CN100355985C - 船舶减震设备 - Google Patents

Abstract

一种牺牲式减震和能量分散设备，其用于保护所述的海上装置不受海上船只意外撞击的破坏性力，所述的设备由多根通过焊接而永久固定在一起的廉价的钢管或管件构成，从而形成一开放式的三维线形框架，其由可塑性变形的材料制成，一些或所有管件的内部是流体连通的。构成所述设备的一根或多根管件充填有水、硬质泡沫材料和/或木质元件，所述的充填材料在所述的管件遭受变形撞击的时候提供附加的能量分散能力。可选择地是，充填口、排放口、卸压塞和阀可设置在一根或多根管件上。

Description

船舶减震设备

技术领域

本发明涉及固定到海上装置(如船坞、码头，海上油气钻井平台和装料站)上以吸收由大型船只造成的潜在的破坏性撞击力的保护设备。

背景技术

在出现预料不到的动力损失或者遇到风暴或其它恶劣的情况下，大型海上船只(如货船、原油运输船、供给船和服务船)能够对海上设备产生相当严重的撞击破坏。已经提出了用于这些海运和海上环境的各种牺牲式的减震设备，例如美国专利US4,398,848披露了一种开放式管状结构的海上屏障，该结构由可变形的减震件所支承。然而，所述的开放式管状框架结构由各种直径的金属管制成，包括那些相对较小并具有小的撞击能量分散能力的管。所述的框架并不是组合设备的主要能量吸收元件。其中没有给出关于构成屏障的管子充填有任何材料的任何暗示，或者没有给出所述的管状屏障结构能够发生破坏性的变形以保护所述的支承设备不与船只发生碰撞的暗示。相反，许多具有内部连接膜和外部环的伸缩式油缸作为轴向旋转减震组件。沿着水平扩展的管状屏障的任一位置的撞击可被传到所有的减震元件上以分散所述的力。美国专利US4,398,848所披露的结构对足以使所述框架发生破坏性变形的撞击力的吸收的能力是有限的。事实上，如果所述的框架结构变形了，那么所述的减震元件也就不能工作了。

因此，本发明的目的在于提供一种牺牲式的减震设备和方法，该设备的结构可保护海上装置不会遭受大型船只的破坏性撞击。

本发明的另一目的在于提供一种保护设备，该设备用于可承受遍及整个结构的塑性变形的海上环境中，以便在被海上船只撞击时提供最大的能量吸收能力。

本发明的另一目的在于提供一种设计可靠、简单并且建造成本经济的减震设备。

发明内容

本发明提供了上述的目的和其它优点，其中，一种新颖的减震屏障由多个统一横截面结构的管件构成，以提供一种三维线形设备。在优选实施例中，一种单独结构装置包括统一长度的管件，其形成了一种开放式立方体形的框架。

在本发明的另一实施例中，一个或多个管状交叉元件对角安装在三维线形或者立方体形的框架内以接受并分散所预计的撞击力。所述的一个或多个对角加固支杆可从表面的一个拐角伸到处于同一侧壁平面内相对的拐角处；或者所述的支杆可从前面的一个拐角斜着穿过其内部而伸到对面拐角处。

在特定的优选实施例中，所述的管件具有环形横截面。碳钢钢管易于使用且不昂贵。也可使用其它商业上可用的形状(如正方形和线形管子)。然而，在发生破坏性的撞击时，圆形的管子具有使能量吸收能力最大化的优点。

所述的管子可具有从约6英寸到15英寸(15.24cm到38.1cm)的外径和从约0.125英寸到0.5英寸(0.318cm到1.27cm)的壁厚。所述的管子可由碳钢或者类似的材料制成。所述的管子应该由可被切割并易于焊接到可变形屏障的简易组件上的材料制成。

在一个优选实施例中，由包括组装好的结构的管子的内部所限定的内部空间互相连通，也就是说，一个管子上的内部空间与一些或所有焊接到其上的管子流体连通。这种结构的内部流体连通由组装所述的管子之前或期间在管子上进行切口而提供。

一根或多根管子可选择地充填有减震介质。所述的充填介质可为硬质聚合泡沫材料，如聚氨酯甲醛泡沫或者其它这样的材料。

一根或多根管子还可充填有水，并且所述的管子设有卸压口，该卸压口由塞子所封闭，当增加的撞击压力通过必需的不可压缩的水进行传递时，所述的塞子就会破裂或者从所述接头上脱离。卸压口的数量和尺寸是预设好的以便使由所述设备提供的能量分散最优化。所述设备的不同元件可具有零个、一个或多个各种尺寸的卸压口和卸压阀，以便它们能够在随后的撞击和所述设备的框架进行破坏性的能量分散破碎的不同时间内开始排水。空管的壁也可设有一个或多个卸压口以使水由充满水的相邻管子进行传送。

所述的牺牲式减震设备的浸入水中的元件可设有小开口以便允许一根或多根管子充满水，其在安装到海上装置上之后浸入水中以对其进行保护。如上所述，可选择地提供破裂塞子和/或大的卸压部件。

为了将所述的管子充填有可膨胀的硬质泡沫组合物或者水，可在合适的位置将一个或多个充填口设置在管子上。在该实施例中，管子的内部未互相连通和未彼此流体连通，所选的管子可根据可能的最大撞击的预定方向进行充填。例如，船坞或者捆绑式平台通常通过艇或服务船而从一个方向靠近，撞击区和可能的力矢量可被计算出来，并且通过这一信息，就可以确定传递到并穿过减震设备的相应的力矢量。因此，在最大撞击力矢量的地方通常垂直于所要保护的装置，平行于该矢量的管子充填有附加的能量吸收介质，所述的介质在所述管子发生破碎或者其它塑性变形的时候用于进一步分散撞击的能量。

所述的管子还可充填有固体材料，如木头。所述的木头可为新的或者用过的木桩，铁道枕木或者木材，或者甚至是小的木屑或木片，在组装之前可将其紧紧地堆叠入一根或多根管子内，但是，如果所述的管子发生变形则所述木头在阻力的作用下将会压缩。硬质泡沫和疏松的木质充填材料的混合物可用于使成本最小。

为了便于已经设定基本与可能的最大撞击力矢量对齐的管件的塑性变形，这些管件可由壁厚比连接在直角处的管子薄的管子构成。与之相似，在具有可选择的对角支杆的设备内，所述支杆的壁厚比垂直于预计力矢量设置的管件的壁厚薄。

在另一优选实施例中，加固元件用于增强外部元件与同所预计最大力矢量相同的方向伸出的元件之间的连接。所述的加固元件用于维持焊接节点的完整性，以便艇或船只的壳体不会在撞击期间被在焊接节点处分离的管子端部击穿。

利用常规的方法和本领域所公知的装备可将本发明的改进设备固定的海上或其它海上装置上。固定装置包括焊接到海上钻井平台的钢支承腿，螺栓固定的支架组件、钢缆及其类似的装置。

附图说明

下面将结合附图对本发明做详细描述，其中

图1为根据本发明建造的减震设备或单元的一个实施例的视图；

图2为图1所示实施例的分解图；

图3为类似于图1的视图，但是其为本发明的另一个实施例；

图4示出了本发明的另一实施例，其用于保护海上船坞装置；以及

图5示出了一种加固连接。

具体实施方式

将结合附图对本发明做更详尽的描述，其中，图1示意性示出了本发明的一个实施例，在该实施例中，立方形的减震框架10由通常以12表示的管子构成，其具有环形的横截面。管子12a设有密封的暴露的端盖14。管子12b在它们的各端部15处被切割以适应管子12a的外轮廓。在该优选实施例中，管子12a和12b具有同样的横截面和直径以增加框架结构的整体减震能力。然而，本发明还包括使用用于构成减震框架的不同横截面和尺寸的管子。

参看分解图2，其示出了一个实施例，其中在管子12a切出开口18以提供使流体穿过由单元或元件10所限定的内部空间的通道。在图2所示的实施例中，多根管子12a和12b中的几个在预定位置设置有充填口20以接收可流动的流体，如水和/或一种可膨胀的硬泡沫合成物。入口20可以是装有螺纹的旋塞22、接收软管接头24的具有螺纹的阀26或者类似的装置。同样如图2所示，一根或多根管子12可设置有一个或多个卸压或排放部件30。如上所述，这些部件优选使用在充填有不可压缩流体(如水)的一根或多根管子的地方，所述的不可压缩流体用于减缓管子12的挤压变形或者其他变形的速度。较大的部件30a用于允许水快速地排放以使管子12沿着纵向裂缝破裂的可能性最小，从而降低它的能量吸收能力和可能降低相关框架结构的完整性。

还可理解到：单元结构10内所选择的管子12可以是孤立的并充填有不同的能量吸收物质，如硬质泡沫、水、木头及其类似的物质。在图2所示的实施例中使用了用过的木桩29形式的木头，所述的木桩被切削成一定长度以紧密地装配在管子12a或12b内，在管子的一端已经用端盖14密封或者通过焊接而连接到另一管子上。一旦将木桩插入到管子12b中，所述的管子则罩在或者焊接在另一管子上。一根或多根具有木质充填物的管子可选择地充填有水或者硬质泡沫。

参看图3，其中示出了减震设备10的另一实施例，其中多个元件形成了一个细长的线形框架40，该框架包括四根由管子12b连接而成的柱状管子12c。如上所述的结构，管子12c由端盖14密封。对角管状支杆安装在末端和安装在结构的内部的支杆上。

本发明减震框架的海上设备的装配在图4中示出。在该装配中，与图3所示类似的细长的框架40安装在海上平台60的两个垂直台柱62的表面以吸收正在水面上航行的空的原油运输船的撞击。一组小的装置42以垂向阵列被固定到相邻的用以接收供给船只和服务船只的停泊位置上。

参看图5，其示出了另一个实施例，其多个加固件16被焊接到管子12a和12b上以增强所述的连接，并在发生意外撞击期间使管子12b的末端脱离管子12a而插入船身或艇身的可能性最小。

下面的示例将更加详细地示出本发明的方法和结构材料。

示例1

图1所示类型的一种三维减震设备以立方体的形式建造，其中每一侧的长度约为10英尺(3m)。所使用的低碳钢管的环形横截面的直径为12英寸(25.4cm)，并且该钢管的壁厚为

英寸(0.635cm)。多根单独的管子在将被焊接于该位置附近的侧面具有切口。在将端盖焊接在合适的位置之前，一定长度的用过的木桩被插入到该管子中。垂直伸入海上装置的管子具有其中安装充填阀的开口，所述的减震设备就安装在所述的海上装置上。相同的管子具有卸压排放塞以在预定的阀处释放液压压力。

示例2

图3所示类型的一种细长的三维牺牲式减震设备由四根环形截面的管子构成，所述的管子为10英尺(3m)长，直径为6英寸(15.24cm)，壁厚为

(0.318cm)。

(0.21cm)厚的薄壁管子通常被切割成3英寸(7.62cm)长以构成剩余的元件，包括伸出由侧壁所限定的内部区平面的对角支杆。较短连接件的末端被切割成较长纵向元件的轮廓，从而为焊接做准备。所述的元件12c以与所预测的意外撞击的最大力矢量基本相同的方向伸出，元件12c充填有碎木和任意长度的木材。然后通过先前安装的接头用硬质甲醛泡沫充填它们，以便在出现撞击的时候为钢管元件的塑性提供另外的阻抗力。在首先接受撞击的长元件之间设置这些加固元件是为了在出现意外撞击时使艇或船的壳体遭受最小的损坏。

从上面对本发明的描述和示例可以明显的看出，在不脱离随后的权利要求书所提出的本发明的精神和范围的情况下，在建造方法和材料上可以在对本发明的设备作出各种修改和改变。

Claims (20)

1.一种设备，其包括多根永久固定在一起的管件，以提供一种安装在海上装置中用来保护海上装置不受海上船只的意外撞击的破坏性力破坏的牺牲式减震设备，所述的管件由可塑性变形的材料制成，所述的减震设备限定了一开放式的三维线形框架，从而海上船只撞击的动能由一根或多根所述管件的永久塑性变形所吸收。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述的管件为钢管并通过焊接而固定在一起。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于：其包括12根固定在一起的管件。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于：由多根管件的至少一部分限定的内部空间是流体连通的。

5.如权利要求4所述的设备，其特征在于：其还包括一个或多个流体入口。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于：其还包括一个或多个与由一根或多根管件限定的内部空间连通的卸压装置，其中通过所述设备的变形而穿过流体传递的压力是可释放的。

7.如权利要求1所述的设备，其特征在于：由一根或多根管件限定的内部空间被从水、硬质可膨胀的泡沫组合物、木头和这些物质的混合物所组成的组中选择出的物质所占据。

8.如权利要求6所述的设备，其特征在于：所述的卸压装置在管件内部传递的预设压力下致动。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于：具有不同预设致动压力的多个卸压装置安装在一根或多根管件上。

10.一种设备，其包括四根通过多根短的连接管件而永久固定在一起的细长管件，以提供一种安装在海上装置中用来保护海上装置不受海上船只的意外撞击的破坏性力的破坏的牺牲式减震和能量分散设备，所述的管件由可塑性变形的材料制成，减震和能量分散设备限定了一开放式的三维线形框架，从而海上船只撞击的动能由一根或多根所述管件的永久塑性变形所吸收。

11.如权利要求10所述的设备，其特征在于：所述的细长管件具有基本相同的长度。

12.如权利要求10所述的设备，其特征在于：所有管件的外径和壁厚都是相同的。

13.如权利要求10所述的设备，其特征在于：所述的四根连接管件被固定到四个细长管件上以限定一个平面。

14.如权利要求10所述的设备，其特征在于：所述的管件为钢管并通过焊接固定在一起。

15.如权利要求14所述的设备，其特征在于：其还包括设置在连接所述管件的连接处的一个或多个加固元件。

16.如权利要求10所述的设备，其特征在于：由包括所述设备的两根或两根以上管件所限定的内部空间是流体连通的。

17.如权利要求16所述的设备，其特征在于：所述的流体连通是通过在第一管件上与第二管件连接处的一个开口所提供的。

18.如权利要求16所述的设备，其特征在于：所述的流体连通是通过在第一管件上与第二管件连接处形成的多个开口提供的。

19.如权利要求16所述的设备，其特征在于：一根或多根管件含有水。

20.如权利要求10所述的设备，其特征在于：一根或多根管件包括孔眼以允许流体进入并允许流体从所述的设备排出。

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