[發明專利]超大型海洋浮式結構物的基礎模塊

在審

• 申請號: 201710343352.0
• 申請日: 2017-05-16
• 公開（公告）號: CN107097913A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 袁曉紀;繆泉明;王士朝;張增光
• 申請（專利權）人: 唐山航島海洋重工有限公司
• 主分類號: B63B35/44
• 分類號: B63B35/44;B63B43/04;B63B43/10;B63B39/00
• 代理公司: 北京律智知識產權代理有限公司11438
• 代理人: 王衛忠,闞梓瑄

技術領域

本發明涉及一種超大型海洋浮式結構物(Very Large Floating Structure,VLFS)的基礎模塊，尤其涉及一種單體尺度即介于400米至800米之間，并具有獨特抗搖擺運動的能力，通過一次連接既可達到800米至1600米長度的基礎模塊。

背景技術

在人類對海洋進行開發和探索的活動中，無論是應用于何種功能性用途的海上浮式結構物，如海上綜合保障基地、遠洋開發社區、海上旅游娛樂平臺、海上工業中心等，均呈現出結構物尺度大型化的迫切需求。目前已經實施的箱式結構、船舶結構和各種海洋平臺結構等，其尺度仍然難以滿足人類對海洋進行開發和探索活動的巨大需求，研發超大型海洋浮式結構物(VLFS)已成為世界海洋工程領域的熱點課題。

在現有的超大型海洋浮式結構物(VLFS)研究領域，主要有箱型結構和半潛式結構。箱型結構為整體結構，型深較小，只能適用于有防波堤保護的淺海區域使用，不具備航行移動條件。

在深海遠海，超大型海洋浮式結構物(VLFS)選型通常采用半潛式結構作為基礎模塊，并且由三個及三個以上基礎模塊通過連接器鉸接連接形成，單個模塊的尺度一般在400米以下，是一種采用柔性連接的“多剛體”復雜系統。例如，由美國麥克德莫技術股份有限公司申請的中國發明專利“可移動的海上基地”(專利號ZL98808856.8)。

由半潛式結構基礎模塊構成的總體系統具有一系列難以克服的技術問題、安全問題和經濟問題，盡管有巨大而迫切的海洋開發和軍事需求，世界海洋強國投入了大量的資源進行了近二十年的攻關，至今仍未能取得關鍵性突破，超大型海洋浮式結構物工程化實踐至今仍末見付諸實施。

上述半潛式結構基礎模塊存在的主要技術問題體現在以下幾個方面：

第一，基礎模塊的主體尺度較小。

半潛式結構基礎模塊采用典型的小水線面結構形式，受結構形式、連接器載荷、壓載系統實施等諸多因素的限制，其主尺度很難超過300米。為了實現千米級別的主尺度要求，就必然需要有三個以上的基礎模塊進行至少兩次連接才能實現，極地大增加了連接的實施難度和安全風險。

第二，基礎模塊的穩定性對載荷變化(不含波浪載荷)非常敏感，抗搖蕩穩定剛度很小，在外界干擾作用下搖蕩幅度較大、恢復周期長。

半潛式結構基礎模塊的基本特性是垂蕩周期遠大于波浪譜峰周期，因而有較好的耐波性，但正因為如此，使其的浮態對載荷變化極為敏感。在載荷變化作用下，基礎模塊會發生較大幅值的運動且其運動周期較長，因此，會大大限制基礎模塊的使用便利性，同時，會極大地增加基礎模塊之間連接的實施難度。

受限制于上述固有特性，多個半潛式結構基礎模塊連接成超大型海洋浮式結構物(VLFS)時，其多剛體運動分析(包括模塊間浮體運動的互相作用分析)預報、連接器載荷預報、連接過程的安全風險控制等將變得極為困難。

第三，基礎模塊必需要有復雜和巨大的壓載系統。

半潛式結構基礎模塊是典型的柱穩式結構，其典型的工況包括遷移工況、風暴自存工況以及正常作業工況。必須依托復雜的壓載系統以及壓載控制系統方能實現其各項功能。對于超大型海洋浮式結構物(VLFS)而言，其遷航狀態與作業狀態轉換、物資裝卸、外部載荷變化等均必須以大量復雜的壓/減載作業作為前提條件。為了應對巨大的載荷變化所需的壓/減載作業量是很難在工程上實現的。

第四，基礎模塊的連接需要很復雜的連接裝置且連接過程危險。

半潛式結構基礎模塊在連接過程中，除了其自身會受到波浪激勵會產生運動外，連接過程引起的載荷變化也會使其產生明顯的運動，該運動相當復雜，且會持續較長時間。兩種運動疊加在一起，合成后的運動特性更難有效預報和控制。基于上述原因，連接器問題難以解決。

第五，基礎模塊及基礎模塊連接成的超大型海洋浮式結構物(VLFS)使用限制較大。

受限于半潛式結構基礎模塊的固有特征，其在作業時處于半潛狀態，基本無航行能力，且不允許大型船舶直接靠泊；即使多個基礎模塊連接成超大型海洋浮式結構物(VLFS)也無航行能力。

上述半潛式結構基礎模塊存在的主要安全問題體現在以下幾個方面：

第一，基礎模塊的穩性較差。

半潛式結構基礎模塊完整穩性和破損穩性均以滿足現行的相關規范和標準為設計準則，其在作業狀態時，無法航行，不具備通過機動航行來規避風暴的能力，只能在較小海況條件下進行遷航作業，且基礎模塊初穩性高(GM)很小，遷航安全性較差，如遇風暴、碰撞、觸礁等極端事件，可能會導致傾覆和沉沒。