專(zhuān)利名稱(chēng)：用于渦激運(yùn)動(dòng)性態(tài)的半潛式浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及深吃水半潛式浮動(dòng)鉆采結(jié)構(gòu)用的系統(tǒng)和方法。更特別的是，本發(fā)明涉及用以最小化渦激運(yùn)動(dòng)的半潛式浮動(dòng)結(jié)構(gòu)用的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
大多數(shù)用于海上鉆采的傳統(tǒng)半潛式海上平臺(tái)包括具有足夠浮力以將工作平臺(tái)支撐于水面之上的殼體。殼體一般包括支撐至少三個(gè)豎直立柱的至少兩個(gè)水平浮箱，豎直立柱支撐甲板平臺(tái)于水面之上。半潛式平臺(tái)主要由于其海上展開(kāi)時(shí)的可允許運(yùn)動(dòng)、成本效率和碼頭區(qū)甲板上部聯(lián)合的能力，已經(jīng)變成作為惡劣環(huán)境中的使用延伸到海底的鋼懸索立管(SCR)的濕式采油樹(shù)浮動(dòng)支承體的有利選擇。圖1是表示傳統(tǒng)半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)設(shè)計(jì)的示意性透視圖，圖中只示出了殼體的水下部分。在深吃水操作形態(tài)中，傳統(tǒng)半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)I在水體中展開(kāi)，并且通過(guò)錨鏈(未示出)錨固到海底。海上平臺(tái)I 一般包括至少三個(gè)、通常四個(gè)立柱2，這些立柱彼此分開(kāi)并從平臺(tái)底座3豎直延伸。在本例中，底座由與立柱2的底部2A聯(lián)接的至少三個(gè)、通常四個(gè)浮箱4形成。每個(gè)浮箱4延伸在兩個(gè)立柱底部之間。每個(gè)立柱2的典型吃水對(duì)于淺吃水平臺(tái)約20-25米(m)，而對(duì)于深吃水平臺(tái)則約35-45m。海上平臺(tái)I 一般通過(guò)錨鏈30錨泊到海底(未示出)，錨鏈30穿過(guò)連接在立柱下端的錨鏈導(dǎo)纜器31延伸。例如吃水20m的傳統(tǒng)半潛式平臺(tái)具有渦激運(yùn)動(dòng)(VM)，由于源自淺吃水的小VM激勵(lì)，該渦激運(yùn)動(dòng)是可接受地小。渦激運(yùn)動(dòng)(VM)或渦激振動(dòng)(VIV)是由外部流的周期不規(guī)則性在面對(duì)外部流的物體上所引發(fā)的運(yùn)動(dòng)。術(shù)語(yǔ)VIM —般應(yīng)用于錨泊浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，術(shù)語(yǔ)VIV應(yīng)用于SCR和其它立管。流體具有某種粘性，圍繞物體如水中柱體的液流在與其表面接觸時(shí)減慢，形成邊界層。在某一點(diǎn)，該邊界層可能從物體分離。于是渦流形成，改變沿表面的壓力分布。當(dāng)渦流不是相對(duì)物體中平面圍繞物體對(duì)稱(chēng)形成時(shí)，則在物體的每一側(cè)上形成不同的升力，因而導(dǎo)致橫向于液流的運(yùn)動(dòng)。VIM和VIV是海上石油勘探開(kāi)發(fā)平臺(tái)、立管、和其它結(jié)構(gòu)的疲勞損壞的重要源由。這些結(jié)構(gòu)既經(jīng)受液流又經(jīng)受上下(top-end)船體運(yùn)動(dòng)，其導(dǎo)致流-結(jié)構(gòu)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致VM/VIV “鎖定”?！版i定”在折合速度時(shí)發(fā)生，Um是取決于流動(dòng)條件的臨界范圍，可根據(jù)下式表示:
5<Ur=uTn/D<7Ur:基于錨泊浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的固有周期的折合速度u:液流速度(米/秒)Tn:浮動(dòng)結(jié)構(gòu)在沒(méi)有海流的靜水中的固有周期(秒)D:立柱的直徑或?qū)挾?米)鎖定在渦脫頻率變?yōu)榻咏Y(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)頻率時(shí)發(fā)生。鎖定發(fā)生時(shí)，會(huì)導(dǎo)致大的和破壞性的振動(dòng)。已經(jīng)知道，與帶有較短立柱的淺吃水半潛式平臺(tái)相比，深吃水半潛式平臺(tái)遭受較長(zhǎng)立柱的增加的激勵(lì)長(zhǎng)度所導(dǎo)致的VIM。因此，仍存在提高半潛式浮動(dòng)結(jié)構(gòu)、特別是深吃水半潛式浮動(dòng)結(jié)構(gòu)關(guān)于VIM的性態(tài)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出帶有立柱和聯(lián)接在立柱之間的浮箱的半潛式海上平臺(tái)，所述立柱在每個(gè)立柱的底部上具有擴(kuò)大底座。擴(kuò)大底座形成具有從立柱周邊向外水平延伸的水平尺寸的立柱底部部分。擴(kuò)大底座可以從與所述至少一個(gè)立柱底座聯(lián)接的立柱起向外延伸該立柱的寬度的至少10%。在一些實(shí)施方式中，擴(kuò)大底座可以從立柱起朝所有方向這里“對(duì)稱(chēng)”地延伸，而在其它實(shí)施方式中，擴(kuò)大底座可以從立柱起朝少于所有方向的方向這里“非對(duì)稱(chēng)”地延伸。擴(kuò)大底座可以是單一體積體，或是多個(gè)不連接的體積體。擴(kuò)大底座改變圍繞底座和立柱的流動(dòng)型式，因此破壞渦脫規(guī)律性(coherence)。這種擴(kuò)大底座的一個(gè)例子是與立柱同心的45度旋轉(zhuǎn)方形體。該旋轉(zhuǎn)方形底座的內(nèi)角落區(qū)可以經(jīng)過(guò)加工，以便與浮箱寬度吻合。該方形底座的外角落區(qū)也可為構(gòu)造方便或其它設(shè)計(jì)考慮而進(jìn)行加工。盡管底座高度可以相對(duì)浮箱高度從更低向更高變化，但擴(kuò)大底座的高度一般與浮箱高度至少相同，并且在一些實(shí)施方式中要更高。當(dāng)擴(kuò)大底座高于浮箱時(shí)，底座頂部處在浮箱頂部與平臺(tái)浮于其中的水面之間的高度。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，底座高度可以在平臺(tái)吃水的20%到60%之間。在一些實(shí)施方式中，浮箱體積可以與底座擴(kuò)大成反比地減少，以便有同等的總浮力。底座本身可以在底座的底部附近進(jìn)一步增加尺寸，以適應(yīng)其它要求，如碼頭區(qū)處的浮力?？梢韵嘈诺氖?，擴(kuò)大底座破壞沿立柱長(zhǎng)度的渦脫規(guī)律性，因此降低VM。還可相信的是，某種程度上中斷了沿立柱長(zhǎng)度的渦脫規(guī)律性，減少立柱的有效VIM激勵(lì)長(zhǎng)度。顯示出立柱之間的渦脫的同步性也有某種程度中斷。期待VM應(yīng)小于類(lèi)似的具有恒定橫截面立柱的深吃水半潛式平臺(tái)?？梢韵嘈诺氖?，底座和其對(duì)立柱型廓的結(jié)構(gòu)中斷，形成中斷整體渦流的干擾渦流。干擾渦流的產(chǎn)生對(duì)于通常追求限制渦流產(chǎn)生和尋求提供海上結(jié)構(gòu)周?chē)椒€(wěn)流動(dòng)的典型工業(yè)設(shè)計(jì)努力在常識(shí)上是相悖的。另外，高于傳統(tǒng)浮箱，則通過(guò)提供更大阻尼使VIM甚至更小。本發(fā)明提供具有改進(jìn)的渦激運(yùn)動(dòng)的半潛式浮動(dòng)海上結(jié)構(gòu)，該海上結(jié)構(gòu)包括:與一甲板連接并彼此分開(kāi)的多個(gè)立柱，立柱具有從立柱底部到甲板測(cè)量的立柱高度；與至少兩個(gè)立柱連接的至少兩個(gè)立柱底座，立柱底座具有底座高度；及與所述立柱、立柱底座或它們的組合中的至少之一連接的至少兩個(gè)浮箱，浮箱具有浮箱高度；其中，海上結(jié)構(gòu)具有用于浮動(dòng)在水中的吃水高度，至少一個(gè)立柱底座的底座高度為吃水高度的20%-60%，并且所述至少一個(gè)立柱底座的延伸寬度為與所述至少一個(gè)立柱底座相聯(lián)接的立柱的寬度的至少10%。本發(fā)明提供改進(jìn)半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)的渦激運(yùn)動(dòng)的方法，海上平臺(tái)具有:與一甲板相聯(lián)接并彼此分開(kāi)的多個(gè)立柱，立柱具有從立柱底部到甲板測(cè)量的立柱高度；與至少兩個(gè)立柱相聯(lián)接的至少兩個(gè)立柱底座，立柱底座具有底座高度；及與所述立柱、立柱底座或它們的組合中的至少之一相聯(lián)接的至少兩個(gè)浮箱，浮箱具有浮箱高度；其中，海上結(jié)構(gòu)具有用于浮在水中的吃水高度，并且至少一個(gè)立柱底座的底座高度為吃水高度的至少20%-60%，所述至少一個(gè)立柱底座的延伸寬度為與所述至少一個(gè)立柱底座連接的立柱的寬度的至少10%，該方法包括:允許水流經(jīng)過(guò)海上結(jié)構(gòu)；當(dāng)水流經(jīng)過(guò)立柱和立柱底座時(shí),在至少一個(gè)所述立柱及與立柱相聯(lián)接的立柱底座周?chē)a(chǎn)生干擾渦流，來(lái)破壞海上結(jié)構(gòu)周?chē)臏u脫的規(guī)律性。


圖1是表示傳統(tǒng)半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)設(shè)計(jì)的示意性透視圖，該圖只示出殼體的水下部分。圖2A是表示根據(jù)這里教導(dǎo)的帶有擴(kuò)大立柱底座的示例性半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)的示意性透視圖。圖2B是圖2A的示例性半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)的示意俯視圖。圖2C是圖2A的示例性半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)的示意側(cè)視圖。圖2D是表示圖2B的示例性半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)的變型的示意性透視圖。圖3A是表示根據(jù)這里教導(dǎo)的帶有擴(kuò)大底座的可替換的示例性半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)的示意性透視圖。圖3B是與圖3A所示實(shí)施方式類(lèi)似的可替換的示例性半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)的示意側(cè)視圖，主要不同在于浮箱相對(duì)底座的高度。圖4A是示例性立柱和立柱底座的示意俯視圖。圖4B是另一示例性立柱和立柱底座的示意俯視圖。圖4C是另一示例性立柱和立柱底座的示意俯視圖。圖4D是另一示例性立柱和立柱底座的示意俯視圖。圖4E是另一示例性立柱和立柱底座的示意俯視圖。圖5是另一示例性半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)的示意俯視圖。圖6是用于對(duì)比傳統(tǒng)半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)設(shè)計(jì)與這里描述的新設(shè)計(jì)的各種實(shí)施方式之間的性態(tài)的各種測(cè)試構(gòu)型的渦激運(yùn)動(dòng)(VIM)圖。
具體實(shí)施例方式上述附圖和下面對(duì)特殊結(jié)構(gòu)及功能的書(shū)面描述并非呈現(xiàn)來(lái)限定申請(qǐng)人所提出發(fā)明的范圍或所附權(quán)利要求的范圍。所述附圖和書(shū)面描述而是提供來(lái)教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何實(shí)現(xiàn)和使用尋求專(zhuān)利保護(hù)的發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到的是，出于清楚和理解原因，不是本發(fā)明的商業(yè)實(shí)施方式的所有特征都被描述或示出。本領(lǐng)域技術(shù)人員還會(huì)認(rèn)識(shí)到的是，對(duì)包括本發(fā)明一些方面的實(shí)際商業(yè)實(shí)施方式的開(kāi)發(fā)還要求許多具體實(shí)施決策，以達(dá)到開(kāi)發(fā)者對(duì)于所述商業(yè)實(shí)施方式的最終目標(biāo)。這些具體實(shí)施決策可以包括可隨具體實(shí)施、地點(diǎn)、和不同時(shí)間變化的與系統(tǒng)相關(guān)、商業(yè)相關(guān)、政府相關(guān)和其它的約束的順從性，但可能地并不限于此。即便開(kāi)發(fā)者的努力可能在絕對(duì)意義上是耗時(shí)的和復(fù)雜的，但這種努力對(duì)于受益于本發(fā)明公開(kāi)的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)會(huì)是常規(guī)任務(wù)。必須明白的是，這里公開(kāi)和教導(dǎo)的本發(fā)明可以有許多種不同的改變和替代方式。單數(shù)詞匯如“a”、但不限于“a”的使用，并不意在對(duì)物件數(shù)量的限制。同樣，關(guān)系詞匯如“頂部”、“底部”、“左”、“右”、“上”、“下”、“向下”、“向上”、“側(cè)”和類(lèi)似詞匯但又不限于它們的使用，出于清楚特別參照附圖在書(shū)面描述中使用，而并不意在限制所附權(quán)利要求或本發(fā)明的范圍。適當(dāng)時(shí)，某些零件用數(shù)字后帶字母字符來(lái)標(biāo)注，以表示數(shù)字編號(hào)零件的特殊構(gòu)件，以便有助于結(jié)合附圖描述結(jié)構(gòu)，但是除非特別指出，其在權(quán)利要求中并不是限制性的。當(dāng)整體上提及這類(lèi)構(gòu)件時(shí)，使用沒(méi)有字母的數(shù)字。另外，這些標(biāo)注并不限制可用于該功能的構(gòu)件數(shù)目。本發(fā)明提出一種帶有立柱并帶有聯(lián)接在立柱之間的浮箱的半潛式海上平臺(tái)，在每個(gè)立柱底部上都具有一擴(kuò)大底座。擴(kuò)大立柱底座的高度可以與浮箱高度至少相同，并且在至少一個(gè)實(shí)施方式中可以為平臺(tái)吃水的大約50%。擴(kuò)大底座可以改變底座和立柱周?chē)囊毫餍螤钜越档蚔IM。底座的外角落區(qū)可以按一角度加工?？蛇x地，立柱的下部分可以向外水平延伸，以便形成具有類(lèi)似特征的有效擴(kuò)大底座。在一些實(shí)施方式中，浮箱體積可以與底座擴(kuò)大成反比地縮小，以便具有同等的總浮力。圖2A是表示根據(jù)此處教導(dǎo)的帶有擴(kuò)大立柱底座的示例性半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)的示意性透視圖。圖2B是圖2A的示例性半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)的示意俯視圖。圖2C是圖2A的示例性半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)的示意側(cè)視圖。這些附圖將彼此相結(jié)合來(lái)進(jìn)行描述。示例性海上平臺(tái)5可以包括彼此分開(kāi)并且豎直延伸到甲板21的四個(gè)立柱6，但也可使用更少或更多的立柱。立柱6與立柱底座8相聯(lián)接。立柱底座8通常圍繞立柱相對(duì)立柱6擴(kuò)大，因此這里稱(chēng)為是“對(duì)稱(chēng)”的，但是圍繞立柱擴(kuò)大或延伸的量可以變化。立柱底座8的底座橫截面尺寸“B”大于立柱6的相應(yīng)立柱橫截面尺寸“C”，其中，這些尺寸從相關(guān)結(jié)構(gòu)的外側(cè)進(jìn)行測(cè)量。至少一個(gè)立柱底座超過(guò)與該底座相聯(lián)接的立柱延伸這里稱(chēng)為延伸寬度“E”的量。延伸寬度E的量可以為與所述至少一個(gè)立柱底座相聯(lián)接的立柱的寬度的至少10%，超過(guò)立柱至少20%、有利地至少30%。下面將廣義地使用術(shù)語(yǔ)“寬度”，該術(shù)語(yǔ)“寬度”用于表示從立柱一側(cè)經(jīng)過(guò)立柱中間到一相對(duì)外側(cè)點(diǎn)的穿過(guò)立柱或底座的平均寬度，如果立柱為圓形或橢圓形，則穿過(guò)圓形立柱的平均寬度。例如，矩形立柱的寬度是垂直于邊側(cè)測(cè)量的。六邊形或八邊形立柱具有從一面到相對(duì)面經(jīng)過(guò)八邊形中心垂直測(cè)量的寬度。圓形立柱具有經(jīng)過(guò)直徑的寬度。矩形立柱的寬度為來(lái)自經(jīng)過(guò)短邊和長(zhǎng)邊的垂直尺寸的平均值。橢圓立柱的寬度是來(lái)自經(jīng)過(guò)橢圓中心的短軸和長(zhǎng)軸的平均值。對(duì)于沒(méi)有直接對(duì)齊的相對(duì)邊的異形立柱，如三角形或五邊形，寬度可以垂直于一邊經(jīng)過(guò)立柱中心到相對(duì)角來(lái)進(jìn)行測(cè)量。這樣，在至少一個(gè)實(shí)施方式中，底座超過(guò)立柱的最小延伸可以這樣來(lái)確定:測(cè)量立柱寬度并將該尺寸乘以10%，以確定超過(guò)立柱的底座延伸量。立柱底座可以具有底座高度“HB”，立柱可以具有從立柱底部26到甲板21的立柱高度Hc。立柱底座8可以有效地替代沒(méi)有底座的傳統(tǒng)立柱6的一部分長(zhǎng)度，使立柱長(zhǎng)度有效地為Hc’，這樣就縮短了與經(jīng)過(guò)立柱的水流相關(guān)的有效立柱長(zhǎng)度。立柱底座8可以圍繞立柱6的一部分，或者與立柱底部相聯(lián)接。錨鏈30 —般通過(guò)錨鏈導(dǎo)纜器31與立柱底座8滑動(dòng)連接。
在深吃水操作形態(tài)中，半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)5可以在水體中展開(kāi)。一般地，吃水“Hd”從結(jié)構(gòu)底部到平均水面22進(jìn)行測(cè)量。在至少一些實(shí)施方式中，底座高度Hb可以為半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)的吃水Hd的一較大百分比，如約20%-60%和它們之間的任何增量百分比(如21%-59%、30%-50%、20.1%-59.9%，如此等等)，更嚴(yán)格地約為40%_60%和它們之間的任何增量百分比，有利地約為吃水的50%。立柱底座8通過(guò)浮箱7聯(lián)接在一起，以形成平臺(tái)底座10。一般說(shuō)來(lái)，任何給定立柱、與立柱相聯(lián)接的立柱底座、或它們的組合，將與至少兩個(gè)浮箱相聯(lián)接，以形成浮箱和立柱/底座的封閉組件。浮箱7具有浮箱寬度“P”和浮箱高度“H/’。在圖2A中所示的示例性實(shí)施方式中，浮箱的寬度基本恒定。底座高度Hb—般至少與浮箱高度Hp相同。在一些實(shí)施方式中，底座高度Hb大于浮箱高度HP，從而底座8的頂部28布置于浮箱頂部27與水面22之間。擴(kuò)大立柱底座有助于破壞沿整個(gè)立柱長(zhǎng)度的渦脫的規(guī)律性。得到證實(shí)的是，破壞規(guī)律性是當(dāng)水流經(jīng)過(guò)立柱和立柱底座時(shí)在立柱和立柱底座周?chē)a(chǎn)生干擾渦流的附加結(jié)構(gòu)所造成的。干擾局部渦流對(duì)抗對(duì)于浮動(dòng)海上結(jié)構(gòu)的整體渦流，以便在渦流中產(chǎn)生局部擾亂。在傳統(tǒng)的海上船只設(shè)計(jì)中通常應(yīng)避免這些局部擾亂。但是，本發(fā)明者意識(shí)到，有意產(chǎn)生這種局部渦流可以有效用于擾亂對(duì)·浮動(dòng)海上結(jié)構(gòu)的整體渦流，降低整體VM。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，立柱底座8的側(cè)面25可以與立柱6的側(cè)面24成角度“ α ”地取向，從而立柱底座相對(duì)立柱有效地被“轉(zhuǎn)動(dòng)”。相對(duì)在平臺(tái)5 —給定側(cè)面上的立柱之間所劃的線16的角度“ α ”可以在10-80度之間，可以是它們之間的任何角度，有利地在30-60度之間，更有利地為45度。應(yīng)理解的是，角度測(cè)量并不意味著應(yīng)是準(zhǔn)確測(cè)量，而是意在描述對(duì)于這種大型結(jié)構(gòu)在通常的工程和結(jié)構(gòu)參數(shù)中的角度?？梢詷?gòu)造(“加工”)內(nèi)角落區(qū)23，以便與配套浮箱7的寬度吻合。作為選擇，外角落區(qū)9也可經(jīng)過(guò)加工以適應(yīng)構(gòu)造需要。加工角落區(qū)的角度“ β ”的量可以與立柱底座的角度“ α ”的量相似。在描述每個(gè)角落區(qū)9、23時(shí)，可以理解的是，底座的其他角落區(qū)可以類(lèi)似地形成。另外，當(dāng)?shù)鬃D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以調(diào)節(jié)底座在被轉(zhuǎn)動(dòng)側(cè)面在立柱外的延伸寬度Ε’的合成量，以滿足預(yù)先建立的底座延伸超過(guò)立柱的百分比標(biāo)準(zhǔn)。與傳統(tǒng)半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)相比，平臺(tái)底座3總體積百分比可以轉(zhuǎn)變到擴(kuò)大的立柱底座8，從而降低浮箱7總體積百分比。該轉(zhuǎn)變有效地降低海上平臺(tái)5上的沉重載荷，因?yàn)閷?duì)于每個(gè)立柱6作用在遠(yuǎn)分開(kāi)的立柱底座8上的波浪力，由于波相位，不會(huì)同時(shí)達(dá)到最大。在一非限定例子中，浮箱7可以大約為IOm (米)寬及12m高。浮箱的典型長(zhǎng)度可以約為48m。底座8的典型高度Hb可以約為20m，立柱6的典型吃水可以從立柱底部26到水面22約為41m高。立柱6可以在水面22以上到甲板21另外延伸20m高，從而從底部26到甲板21的立柱6的總高度He約為61m，立柱的有效高度H?！癁?1m，即立柱高度與底座高度之差。在立柱底部26上的立柱底座8有效地縮短立柱6在遇到立柱底座8之前的立柱長(zhǎng)度，有助于破壞立柱與立柱底部之間的渦脫的規(guī)律性。圖2D是表示圖2B的示例性半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)的一變型的示意性透視圖。平臺(tái)5包括多個(gè)與立柱底座8相聯(lián)接的立柱6和連接在它們之間的浮箱7。立柱底座8和浮箱7形成平臺(tái)底座10。立柱6和立柱底座8的橫截面形狀整體為圓形。立柱底座8的橫截面尺寸B大于立柱6的橫截面尺寸C，以留出超過(guò)底座的延伸寬度E，如上面描述的。如果適當(dāng)，立柱6的內(nèi)表面23’可以進(jìn)行加工，以便與浮箱7連接。圖3A是表示根據(jù)此處教導(dǎo)的帶有擴(kuò)大底座的可替換的示例性半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)的示意性透視圖。圖3B是與圖3A所示實(shí)施方式類(lèi)似的可替換的示例性半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)的示意側(cè)視圖，但主要區(qū)別在于浮箱相對(duì)底座的高度。這些圖將彼此結(jié)合進(jìn)行描述。半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)5可以包括與立柱6相結(jié)合的有效立柱底座8’。立柱底座8’可以由立柱水平延伸部11形成，立柱水平延伸部11在立柱6的一個(gè)或多個(gè)外側(cè)面上與立柱6的下部分相聯(lián)接，沒(méi)有圍繞整個(gè)立柱，因此這里稱(chēng)為是“不對(duì)稱(chēng)”的，其中不對(duì)稱(chēng)的量可以變化。水平延伸部11在該區(qū)域中有效地?cái)U(kuò)大立柱6，形成如參照?qǐng)D2A-2D中的立柱底座8運(yùn)行的包括立柱水平延伸部的有效立柱底座8’。有效立柱底座8’的橫截面尺寸B大于立柱6的橫截面尺寸C，從而產(chǎn)生立柱底座8，相對(duì)立柱6的延伸寬度E。因此有效地縮短了立柱6在遇到有效立柱底座8，之前與圍繞立柱外部部分的水流相關(guān)的長(zhǎng)度。立柱水平延伸部11在立柱6的外部部分上于立柱水平延伸部的頂部建立立柱的有效外底部26’，因此與沒(méi)有立柱底座8’的立柱相比，有效地縮短了立柱。作為選擇，角落區(qū)9可以是尖銳的或是有角度的，如這里所描述的。還是如上所述的，通過(guò)浮箱7連接帶有有效立柱底座8’的立柱6，以形成平臺(tái)底座10。另外，立柱延伸部11可以相對(duì)立柱錯(cuò)開(kāi)，以在立柱6上的側(cè)面32與有效底座8’上的側(cè)面33之間形成間隙29，這些側(cè)面在圖3B所示的實(shí)施方式中遠(yuǎn)離開(kāi)立柱水平延伸部11的外側(cè)面34。間隙29引入也可產(chǎn)生渦流以中斷浮動(dòng)海上平臺(tái)周?chē)恼w渦流及另外改變底座和立柱周?chē)囊毫餍螤钜越档蚔M的結(jié)構(gòu)。在其它方面中，該類(lèi)設(shè)計(jì)可以用于更新如圖1中所示的現(xiàn)有傳統(tǒng)平臺(tái)，以根據(jù)這里的教導(dǎo)受益。與圖2A-2C中的實(shí)施方式類(lèi)似地，浮箱體積百分比轉(zhuǎn)變到每個(gè)立柱的有效立柱底座。該轉(zhuǎn)變有效降低波相位造成的平臺(tái)上的沉重載荷。在該特殊的非限定例子中，浮箱寬度可以變化，可以在中段7A寬為10m，在端部7B寬為16m，并且高為12m。該浮箱的長(zhǎng)度可以為48m。立柱水平延伸部11的高度Hb可以是20m，從立柱外側(cè)到延伸部外側(cè)水平測(cè)量的在立柱外的延伸寬度E為8m。立柱可以從底部26起高Hc為61m，而有效高度Hc’為41m。作業(yè)吃水Hd可以為41m，因此立柱6在正常吃水位置可以在水面22以上延伸約20m。如上參照，立柱水平延伸部11的高度Hb可以為吃水高度Hd的一大部分，如為吃水高度的約20%-60%和它們之間的任何增量百分比，約40%-60%，有利地約50%。作為有效立柱底座8’，立柱水平延伸部11有助于破壞沿立柱長(zhǎng)度的渦脫的規(guī)律性。圖4A是示例性立柱和立柱底座的示意俯視圖。立柱6可以布置在對(duì)稱(chēng)的立柱底座8A上或其中。一個(gè)或更多的外角落區(qū)9可以是尖銳的，一個(gè)或更多的內(nèi)角落區(qū)23可以被加工以與相配的浮箱7的寬度吻合。底座8A可以對(duì)稱(chēng)延伸超過(guò)立柱6A，具有延伸寬度E。延伸寬度E’可以足夠大，以滿足上述的預(yù)先建立的關(guān)于底座延伸超過(guò)立柱的百分比標(biāo)準(zhǔn)。圖4B是另一示例性立柱和立柱底座的示意俯視圖。立柱6B可以布置于具有延伸寬度E的對(duì)稱(chēng)的立柱底座8B上或其中。外角落區(qū)9可以按一角度加工，內(nèi)角落區(qū)23可以加工以與相配浮箱7的寬度吻合。延伸寬度E’可以足夠大，以滿足上述的預(yù)先建立的關(guān)于底座延伸超過(guò)立柱的百分比標(biāo)準(zhǔn)。
圖4C是另一示例性立柱和立柱底座的示意俯視圖。有效立柱底座8’A與立柱6C相聯(lián)接，具有立柱外的延伸寬度E。有效立柱底座8’A不對(duì)稱(chēng)地布置在立柱6C周?chē)Ｓ行Я⒅鬃?’A由可以在立柱6C的兩個(gè)外側(cè)面上與立柱6C相聯(lián)接的立柱水平延伸部IlA形成。立柱水平延伸部IlA可以與立柱6C相聯(lián)接，留有遠(yuǎn)離延伸部IlA的外表面34形成的間隙29A、和遠(yuǎn)離延伸部的外表面35形成的間隙29B。延伸部的外角落區(qū)9可以是尖銳的。延伸寬度E’可以足夠大，以滿足上述的預(yù)先建立的關(guān)于底座在立柱外延伸的百分比標(biāo)準(zhǔn)。圖4D是另一示例性立柱和立柱底座的示意俯視圖。有效立柱底座8’B與立柱6D相聯(lián)接，具有延伸寬度E。如俯視圖所示，有效立柱底座8’C不對(duì)稱(chēng)地布置于立柱6D周?chē)?。有效立柱底?’A由可以在立柱6的兩個(gè)外側(cè)面上與立柱6D相聯(lián)接的立柱水平延伸部IlB形成。立柱水平延伸部IlA可以與立柱6C相聯(lián)接，留出遠(yuǎn)離延伸部的外表面34形成的間隙29A、和遠(yuǎn)離延伸部的外表面35形成的間隙29B。外角落區(qū)9可以按一角度加工。圖4E是另一示例性立柱和立柱底座的示意俯視圖。有效立柱底座8’C與立柱6E相聯(lián)接，具有延伸寬度E。如俯視圖中所示，有效立柱底座8’ C不對(duì)稱(chēng)地布置于立柱6E周?chē)Ａ⒅窖由觳縄lC可以與立柱6E的外側(cè)面相聯(lián)接。立柱水平延伸部IlC可以與立柱6E相聯(lián)接，在延伸部IlC的側(cè)面上留出間隙29A和29B。間隙暴露出幫助產(chǎn)生渦流以破壞海上結(jié)構(gòu)周?chē)臏u流規(guī)律性并減少VM的結(jié)構(gòu)。另一立柱水平延伸部IlD可以與立柱6E的另一外側(cè)面相聯(lián)接。立柱水平延伸部IlD可以與立柱6E相聯(lián)接，在延伸部IlD的側(cè)面上留出間隙29C和間隙29D。示例性立柱底座和有效立柱底座能以各種方式組合。例如，一特殊浮動(dòng)海上平臺(tái)上的所有立柱可以具有相同或相似設(shè)計(jì)的對(duì)稱(chēng)或不對(duì)稱(chēng)的底座。作為變型，一特殊浮動(dòng)海上平臺(tái)上的立柱可以具有不相似的對(duì)稱(chēng)或不對(duì)稱(chēng)的底座，其中一立柱與另一立柱相比可以具有不同的底座。圖5是另一示例性半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)的示意俯視圖。立柱6可以與一個(gè)或更多布置于立柱之間的浮箱7相聯(lián)接。具有立柱水平延伸部IlA的有效立柱底座8A可以沿從立柱6A的第一方向水平布置于外側(cè)。作為例子，立柱水平延伸部IlA可以與立柱6A相聯(lián)接，在延伸部IlA的側(cè)面上留出間隙29A和間隙29B。具有立柱水平延伸部IlB的另一立柱底座8B可以在沿與第一方向不同的從其對(duì)應(yīng)立柱6B起的第二方向水平布置于外側(cè)。具有立柱水平延伸部IlC的另一立柱底座8C可以沿與第一方向和第二方向不同的從其對(duì)應(yīng)立柱6C起的第三方向水平布置于外側(cè)。具有立柱水平延伸部IlD的另一立柱底座8D可以沿與第一、第二及第三方向不同的從其對(duì)應(yīng)立柱6D起的第四方向水平布置于外側(cè)。其它組合也是可以的，其中包括在兩個(gè)立柱上的側(cè)面上設(shè)置水平延伸部，這些水平延伸部沿從它們對(duì)應(yīng)立柱起的相同方向布置。例子圖6是各種測(cè)試構(gòu)型的渦激運(yùn)動(dòng)(VM)圖，用以對(duì)比傳統(tǒng)半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)設(shè)計(jì)與這里描述的新設(shè)計(jì)的各種實(shí)施方式之間的圍繞海上平臺(tái)5的所導(dǎo)致的VM和性態(tài)。圖6表示從這種VM試驗(yàn)結(jié)果得到的代表性圖。試驗(yàn)在靜水船模試驗(yàn)池中用拖車(chē)(carriage)拖曳模型進(jìn)行，以模擬均勻和恒定的水流。一彈簧連接于模型的每個(gè)角落區(qū)，彈簧的另一端被固定在拖車(chē)上。通過(guò)光學(xué)跟蹤系統(tǒng)測(cè)量模型自由運(yùn)動(dòng)的六個(gè)自由度，并通過(guò)內(nèi)聯(lián)稱(chēng)重傳感器測(cè)量每個(gè)彈簧的張力。拖車(chē)的速度是可調(diào)節(jié)的，通過(guò)多次拖曳覆蓋整個(gè)興趣速度范圍。情形1、2和3全為如圖3A中例舉的類(lèi)型。情形I包括具有立柱水平延伸部的非對(duì)稱(chēng)底座的立柱，該立柱水平延伸部從立柱向外延伸大約8m，底座高度％比與立柱、底座或它們的組合相接合的浮箱的高度Hp高6m。情形2包括具有立柱水平延伸部的非對(duì)稱(chēng)底座的立柱，該立柱水平延伸部從立柱向外延伸約9m，底座高度Hb比與立柱、底座或它們的組合相接合的浮箱的高度Hp高3m。情形3包括具有立柱水平延伸部的非對(duì)稱(chēng)底座的立柱，該立柱水平延伸部從立柱向外延伸約10.5m，底座高度％基本等于與立柱、底座或它們的組合相結(jié)合的浮箱的高度HP。情形4包括沒(méi)有立柱底座的與浮箱相接合的傳統(tǒng)立柱。通常，Y軸上的關(guān)于平臺(tái)的VM因子的大小基于X軸上的水流因子以45度航向(heading)畫(huà)出。該圖表現(xiàn)式(I)相對(duì)式(2)的響應(yīng)，其中，式(I)指在X軸上，水流速度乘以靜水中的結(jié)構(gòu)的固有周期，再除以立柱(或立柱底座)寬度，式(2)指在Y軸上，平臺(tái)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)幅度除以立柱(或立柱底座)寬度。如圖6中所示，傳統(tǒng)平臺(tái)(情形4)在試驗(yàn)結(jié)果中具有最差的VIM。情形1-3顯著降低VIM。可以設(shè)想利用上面描述的本發(fā)明的一個(gè)或更多方面的其它和更多的實(shí)施方式，而不脫離本發(fā)明的精神。例如，可以使用不同數(shù)量的立柱和底座，可以使用具有不同形狀的不同長(zhǎng)度的立柱和底座。系統(tǒng)中的其它變化也是可以的。另外，這里描述的各種方法和實(shí)施方式可被包括在彼此組合中，以產(chǎn)生所公開(kāi)的方法和實(shí)施方式的變型。對(duì)單數(shù)零件的討論可以包含多個(gè)零件，反之亦然。參照至少一物件隨后參照所述物件可以包括一個(gè)或更多的物件。同樣，實(shí)施方式的各個(gè)方面可以彼此相結(jié)合使用，以達(dá)到本發(fā)明的設(shè)定目標(biāo)。除非文中另外要求，詞匯“comprise(包括)”或其變化如“comprises”或“comprising”,應(yīng)理解為意味著至少包含所描述的零件或步驟或者零件組或步驟組或者其等效物，而不排除更大數(shù)量的或任何其他的零件或步驟或者零件組或步驟組或其等效物。裝置或系統(tǒng)可以沿許多方向和朝向被使用。詞匯“C0Upled”、“C0Upling”、“coupler”和類(lèi)似詞匯在這里廣義使用，可以包括用于在其中緊固(securing)、固接(binding)、粘接(bonding)、固定(fastening)、附接(attaching)、連接(joining)、插入(inserting)、在其上或其中形成、連通、或另外地例如通過(guò)機(jī)械、磁、電、化學(xué)、可操作地、直接或間接地利用中間零件使構(gòu)件的一個(gè)或更多元件相連在一起的任何方法或裝置，另外還可無(wú)限制地包括以單元方式將一功能構(gòu)件與另一功能構(gòu)件整體形成。聯(lián)接可以沿任何方向進(jìn)行，其中包括轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接。除非特別限定，步驟的次序能以各種順序進(jìn)行。這里描述的各種步驟可以與其它步驟相組合，插入所描述的步驟，和/或分為多個(gè)步驟。類(lèi)似地，已經(jīng)對(duì)零件在功能方面進(jìn)行了描述，這些零件可以體現(xiàn)為分開(kāi)的組成件，或者可以組合成具有多個(gè)功能的組成件。已經(jīng)在優(yōu)選實(shí)施方式和其它實(shí)施方式的背景下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施方式都進(jìn)行了描述?；谶@里包含的公開(kāi)內(nèi)容，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以對(duì)所描述的實(shí)施方式進(jìn)行顯而易見(jiàn)的變化和改變。公開(kāi)和未公開(kāi)的實(shí)施方式并不意在限制或約束申請(qǐng)人提出的本發(fā)明的范圍或適用性，而是根據(jù)專(zhuān)利法，申請(qǐng)人意圖充分保護(hù)屬于下述權(quán)利要求的等同范圍或領(lǐng)域內(nèi)的所有這類(lèi)變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.具有改進(jìn)的渦激運(yùn)動(dòng)的半潛式浮動(dòng)海上結(jié)構(gòu)，所述半潛式浮動(dòng)海上結(jié)構(gòu)包括: 與一甲板相聯(lián)接并且彼此分開(kāi)的多個(gè)立柱，所述立柱具有從立柱底部到甲板測(cè)量的立柱高度； 與至少兩個(gè)立柱相聯(lián)接的至少兩個(gè)立柱底座，所述立柱底座具有底座高度；和 與所述立柱底座、立柱、或它們的組合中的至少之一相聯(lián)接的至少兩個(gè)浮箱，所述浮箱具有浮箱高度； 其中，所述海上結(jié)構(gòu)具有用于浮在水中的吃水高度，至少一個(gè)立柱底座具有為所述吃水高度的20%-60%的底座高度，并具有為與所述至少一個(gè)立柱底座相聯(lián)接的立柱的寬度的至少10%的延伸寬度。
2.如權(quán)利要求1所述的半潛式浮動(dòng)海上結(jié)構(gòu)，其中，所述底座高度為所述吃水高度的40%-60%。
3.如權(quán)利要求1所述的半潛式浮動(dòng)海上結(jié)構(gòu)，其中，至少一個(gè)所述立柱底座的頂部高于至少一個(gè)所述浮箱的 頂部。
4.如權(quán)利要求1所述的半潛式浮動(dòng)海上結(jié)構(gòu)，其中，至少一個(gè)所述立柱底座從與立柱底座相聯(lián)接的至少一個(gè)所述立柱對(duì)稱(chēng)地延伸。
5.如權(quán)利要求4所述的半潛式浮動(dòng)海上結(jié)構(gòu)，其中，至少一個(gè)所述立柱底座的頂部高于至少一個(gè)所述浮箱的頂部。
6.如權(quán)利要求1所述的半潛式浮動(dòng)海上結(jié)構(gòu)，其中，至少一個(gè)所述立柱底座從與立柱底座相聯(lián)接的至少一個(gè)所述立柱向外非對(duì)稱(chēng)地延伸。
7.如權(quán)利要求7所述的半潛式浮動(dòng)海上結(jié)構(gòu)，其中，至少一個(gè)所述立柱底座的頂部與至少一個(gè)所述浮箱的頂部至少同高。
8.如權(quán)利要求1所述的半潛式浮動(dòng)海上結(jié)構(gòu)，其中，至少一個(gè)所述立柱底座相對(duì)與立柱底座相聯(lián)接的立柱錯(cuò)開(kāi)，以在立柱上的一側(cè)面與立柱底座上的一側(cè)面之間形成間隙，其中所述立柱上的一側(cè)面與所述立柱底座上的一側(cè)面遠(yuǎn)離所述立柱底座的一外側(cè)面。
9.如權(quán)利要求1所述的半潛式浮動(dòng)海上結(jié)構(gòu)，其中，至少一個(gè)所述立柱底座包括立柱水平延伸部。
10.如權(quán)利要求9所述的半潛式浮動(dòng)海上結(jié)構(gòu)，其中，所述立柱水平延伸部具有從平臺(tái)向外延伸的角落區(qū)，所述角落區(qū)以相對(duì)沿平臺(tái)一側(cè)面的兩個(gè)所述立柱之間所劃的線成10-80度之間的角度形成。
11.如權(quán)利要求1所述的半潛式浮動(dòng)海上結(jié)構(gòu)，其中，至少一個(gè)所述立柱底座的側(cè)面與立柱的至少一個(gè)側(cè)面成角度地取向。
12.如權(quán)利要求11所述的半潛式浮動(dòng)海上結(jié)構(gòu)，其中，所述角度相對(duì)沿平臺(tái)一側(cè)面的兩個(gè)所述立柱之間所劃的線成10-80度。
13.如權(quán)利要求1所述的半潛式浮動(dòng)海上結(jié)構(gòu)，其中，所述半潛式浮動(dòng)海上結(jié)構(gòu)包括至少三個(gè)立柱、及與所述至少三個(gè)立柱相聯(lián)接的至少三個(gè)立柱底座。
14.用于改進(jìn)半潛式浮動(dòng)海上平臺(tái)的渦激運(yùn)動(dòng)的方法，所述海上平臺(tái)具有:與一甲板相聯(lián)接并彼此分開(kāi)的多個(gè)立柱，所述立柱具有從立柱底部到甲板測(cè)量的立柱高度；與至少兩個(gè)立柱相聯(lián)接的至少兩個(gè)立柱底座，所述立柱底座具有底座高度；及與所述立柱底座、立柱或它們的組合中的至少之一相聯(lián)接的至少兩個(gè)浮箱，所述浮箱具有浮箱高度；其中，海上結(jié)構(gòu)具有用于浮在水中的吃水高度，至少一個(gè)立柱底座具有為所述吃水高度的20%-60%的底座高度，并具有為與所述至少一個(gè)立柱底座相聯(lián)接的立柱的寬度的至少10%的延伸寬度，所述方法包括: 允許水流經(jīng)過(guò)海上結(jié)構(gòu)；和 當(dāng)水流經(jīng)過(guò)立柱和立柱底座時(shí),在至少一個(gè)所述立柱及與立柱相聯(lián)接的立柱底座周?chē)a(chǎn)生干擾渦流，來(lái)破壞半潛式浮動(dòng)海上結(jié)構(gòu)周?chē)臏u脫的規(guī)律性。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，所述方法還包括破壞立柱之間的渦脫的同步性。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，至少一個(gè)所述立柱底座與至少一個(gè)所述立柱相聯(lián)接，以在立柱上的一側(cè)面與立柱底座上的一側(cè)面之間形成間隙，所述立柱上的一側(cè)面與所述立柱底座上的一側(cè)面遠(yuǎn)離所 述立柱底座的一外側(cè)面；所述方法還包括:在所述間隙周?chē)鷱V生潤(rùn)流，以破壞潤(rùn)脫的規(guī)律性。
全文摘要
本發(fā)明提供帶有立柱(6)和連接在立柱之間的浮箱(10)的半潛式海上平臺(tái)(5)，所述立柱在每個(gè)立柱的底部上具有擴(kuò)大底座(8)。擴(kuò)大立柱底座的高度可以至少與浮箱高度相同，在至少一個(gè)實(shí)施方式中，其可以大約為平臺(tái)吃水的50%。擴(kuò)大底座可以改變底座和立柱周?chē)乃餍螤钜越档蚔IM。底座一外角落區(qū)可按一角度加工?？蛇x地，立柱下部分可向外水平延伸，以形成具有類(lèi)似特征的有效擴(kuò)大底座。在一些實(shí)施方式中，浮箱體積可以與底座擴(kuò)大成反比地減少，以具有同等的總浮力。
文檔編號(hào)B63B35/44GK103221302SQ201180053938
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者徐琦 申請(qǐng)人:泰克尼普法國(guó)公司