CN101384474A - 用于浮动结构的系泊系统 - Google Patents

Abstract

一种用于浮动结构的系泊系统，包括一种系泊结构如浮标、另一个浮动结构或固定塔。系泊结构具有转台和连接结构，所述转台可绕旋转轴线转动，而所述连接结构适合于在浮动结构和系泊结构之间提供连接。连接结构包括刚性臂组件和摆式构件，其中刚性臂组件和摆式构件在一端处铰接式相互连接，而在它们的另一端处适合于分别连接到浮动结构和系泊结构上。阻尼系统包括至少一个液体箱，所述液体箱装入液体，并位于系泊系统中距垂直轴线一定距离处。液体箱具有这种尺寸，以致在摆式构件摆动时，液体适合于在液体箱中移动，以便提供阻尼力，所述阻尼力反作用于摆式构件的摆动。

Description

用于浮动结构的系泊系统

本发明涉及一种系泊系统，所述系泊系统用于浮动结构如船舶，该系统包括系泊结构和连接结构；所述系泊结构如浮标、另外的浮动结构或固定塔具有一可绕竖直轴线旋转的转台，而所述连接结构适合于在浮动结构与系泊结构之间提供连接，连接结构包括刚性臂组件和摆式构件；其中，刚性臂组件和摆式构件在一端处铰接地相互连接，而在另一端处适合于分别连接到浮动结构和系泊结构上，其中，在相互连接端处设置压载重物。

这种类型的系泊系统例如在EP-A-0096119，EP-A-0105976和EP-A-0152975中公开。在这种系泊系统中，压载重物提供恢复力，以便使浮动结构能相对于系泊结构而保持一位置窗口。刚性臂组件和摆式构件不限制由环境条件所造成的浮动结构的第一次运动。在摆式构件连接到浮动结构上的实施例中，刚性臂组件和摆式构件的带有压载重物的相互连接端由于例如浮动结构的滚动而垂直于恢复力自由摆动。在已知的系泊系统中，当摆式构件以其自然频率或者接近其自然频率退出时，摆式构件的摆动可能变得不合乎需要地大。应该注意，摆式构件的运动包括系泊系统的其它可移动部件，亦即转台和刚性臂组件的运动。这种移动系统的自然频率取决于所有部件的几何形状和重量。当涉及摆式构件的自然或摆动频率或运动时，这应理解为包括摆式构件、刚性臂和转台的整个移动系统的自然或摆动频率或运动。

本发明的目的是提供所述类型的一种改进的系泊系统，其中阻尼摆式构件的运动以有效的方式获得。

按照本发明，系泊系统特征在于，用于阻尼摆式构件的摆动的阻尼系统，阻尼系统包括至少一个液体箱，所述液体箱容纳液体，并以距竖直轴线一定距离处而位于系泊系统中，其中，液体箱具有这样的尺寸，以使在摆式构件的摆动下，液体适合于在液体箱中运动以提供阻尼力，所述阻尼力反作用于摆式构件的摆动。

以这种方式，获得一种有效的阻尼系统，其中在箱中运动的液体的反作用力，更具体地说猛烈冲击力和惯性力，被用作阻尼力以提供阻尼摆式构件的摆动。阻尼系统不能通过环境力直接退出。另一个优点是阻尼系统不易被海水弄脏。

现在参照附图更详细说明本发明，所述附图示意示出按照本发明所述的系泊系统的实施例。

图1示意示出按照本发明所述的系泊系统的实施例。

图2示意示出图1的系泊系统的顶视图。

图3是一个摆式构件的下端的剖视图，所述摆式构件具有图1的系泊系统的压载重物和液体箱。

图1和2示出一种用于浮动结构1如船舶的系泊系统的实施例，所述系泊系统包括系泊结构2，在这个实施例中系泊结构2制成锚固到海床上的固定塔。然而，系泊结构也可以制成浮标或者另外的浮动结构。这种另外的浮动结构可以是例如船舶，所述船舶通过另一个系泊系统或者例如动态定位系统来保持位置。

塔2设置有一转台3，所述转台3绕竖直轴线4可旋转地支承在塔2上。系泊结构还包括一连接结构5，所述连接结构5适合于在浮动结构1与塔2之间提供连接。在这个实施例中，连接结构5包括两个刚性臂，所述两个刚性臂被制成三角形的轭架6。在一端处，每个轭架6通过铰接件7连接到转台3上。在相对的端处，每个轭架6连接到压载重物8上。

连接结构5还包括两个摆式构件9，每个摆式构件9都通过一铰接组件(未示出)连接到支承臂11上，所述支承臂11安装在浮动结构1上。在摆式构件9的下端处，模式构件通过铰接组件12连接到压载重物8上，由此，提供摆式构件9和轭架6的端部之间的相互连接。在摆式构件9的上端和下端处的各铰接组件提供两个垂直的铰接轴，使得这些摆式构件在所有方向上能运动。

在图1和2所示的实施例中，每个压载重物8都包括一箱13，所述箱13装有液体例如海水，如图3中所示意示出的。箱13的尺寸和液体量这样选择，即，使得液体适合于由于摆式构件9的摆动而在箱13中移动。这样产生液体波浪14或者行进的水弹(water bullet)提供猛烈冲击力和惯性力，所述猛烈冲击力和惯性力形成水箱的反作用力，该反作用力反作用于摆式构件9的摆动，由此造成缓冲摆式构件9的摆动。在图3中，示出其中一个摆式构件9的下端处于外部位置，摆动正好与另一个外面位置相反，其中反作用力用抵抗摆动的箭头15表示。摆动方向在图2中用圆形虚线表示，所述圆形虚线具有一轴线4作为它的中心。

按照本发明的一个实施例，箱13的阻尼特性可以通过调节液体量，亦即液体在箱中的高度进行调节。作为一种可供选择的或增加的特征，箱的内部尺寸可以制成能调节的，例如通过改变箱的有效长度进行调节。

如图2中的顶视图所示，箱13的长度尺寸与转台3的旋转轴线4的半径相切。这样产生有效的阻尼操作。

通过选择箱的尺寸、箱的数量和箱中液体的性质，可以调节阻尼的量。尤其是，当设计和安装箱13时，箱的动态行为可以由箱中的液体量进行调节。尽管在所示的实施例中箱13位于轭架6和摆式构件9的相互连接端处，但箱的位置可以在轭架上、摆式构件或者转台上自由选择。一般，箱13可以定位在系泊系统中距竖直轴线4一定距离的任何位置处。然而，当恢复力绕转台3的旋转轴线4产生最大恢复力矩时，箱反作用力在阻尼系泊系统中最有效。另外，最好使有效阻尼具有垂直于朝向旋转轴线4方向的半径的取向的箱的长度尺寸，采用不同长度和不同液体高度的箱也是可行的。

通常，根据摆式构件长度和瞬时摆式构件相对于竖直的斜度，摆动周期可以从6秒到16秒不等。应该注意，旋转的转台3的惯性具有一自然周期，所述自然周期增加对摆式构件9的摆动周期的影响。由于摆式构件在垂直于摆动的平面中的倾斜，随着浮动结构移离或移向系泊系统，所述自然周期将变得更短。因此，当抗偏航箱的最佳阻尼约为如竖直摆的自然周期的85％-95％时，得到最高效率。

在箱中浅液体波的自然频率的情况下，箱的尺寸可以通过下列方程式确定:

M＝ρ·N·B·h·L

T＝2·L/υ_w

$v_w=\sqrt{(g\·h)}$

具有:箱中流体的密度ρ[T/m³]；

　　 箱的个数N；

     箱的宽度B(垂直于流动方向)[m]；

     箱中的液位为h[m]；

     箱的长度L(与流动方向一致)[m]；

     箱的调谐周期T[s]；

     箱中波传播速度υ_w[m/s]；

     重力常数g[m/s²]。

实际上，箱运动幅度也是重要的，随着运动幅度增加，箱运动幅度将要求更长的箱长度。在大的摆动的幅度下，箱自然频率不再存在，因为，流动状态是这样的，与箱频率可以在理论上被确定的驻波或者水激浪(water bore)相比，水表现为更像“液体弹”。下列经验关系根据试验结果建立。然而这些关系不限制箱的尺寸。

L_tank≈a·L_pend·γ或

L_tank≈a·g/ω_pend ²·γ

h_tank≈b·L_tank

H_tank≈c·h_tank

B_tank≈d·F_pend/(g·ρ_liquid·h_tank·L_tank·N)·γ^0.5

γ＝R_tank/R_pend

具有:

0.57<a<0.73或者对未限制长度的箱来说更长

0.035<b<0.05

2<c<4

0.10<d<0.13或者对未限制宽度的箱来说更宽，式中L_tank是箱的长度，ω_pend是移动系统的自然频率，h_tank是箱中的液位，H_tank是箱或者箱水平面的结构高度，B_tank是箱的宽度且N是液位数量，F_pend是下摆铰接件中的力，和ρ_liquid是液体密度。所有单位都是SI(国际单位制)单位(m，kg，N，sec)。比值γ代表从转台轴承到箱中心线的有效半径R_tank与从转台轴承到下摆铰接点的半径R_pend之间的比值。

本发明不限于如上所述的实施例，在如权利要求书所述的本发明的范围内，本发明可以以许多方法而改变。

Claims (6)

1.一种用于浮动结构、如船舶的系泊系统，其包括系泊结构如浮标、另外的浮动结构或固定塔，以及连接结构；所述另外的浮动结构或固定塔具有一可绕竖直轴线旋转的转台，而所述连接结构适合于在浮动结构和系泊结构之间提供连接，连接结构包括刚性臂组件和摆式构件，其中刚性臂组件和摆式构件在一端处铰接地相互连接，而在它们的另一端处适合于分别被连接到浮动结构和系泊结构上；其中，在相互连接端处设置压载重物，其特征在于，该系泊系统包括用于阻尼摆式构件的摆动的阻尼系统，阻尼系统包括至少一个液体箱，所述液体箱包含液体并以距竖直轴线一定距离设置在系泊系统中，其中，液体箱具有这样的尺寸，使得在摆式构件的摆动下，液体适合于在液体箱中运动以提供反作用于摆式构件的摆动的阻尼力。

2.按照权利要求1所述的系泊系统，其中，在刚性臂组件和摆式构件的相互连接端处设置有至少一个液体箱。

3.按照权利要求1或2所述的系泊系统，其中，箱的内部尺寸和/或液体的量是可调节的以调节箱的阻尼特性。

4.按照权利要求1，2或3所述的系泊系统，其中，箱的长度尺寸与转台的旋转轴线相切。

5.按照前述权利要求中任一项所述的系泊系统，其中，箱的尺寸基本上满足本文中第5页第36行—第6页14行的方程式。

6.一种用于按照前述权利要求中任一项所述的系泊系统的阻尼系统，该阻尼系统包括至少一个液体箱，所述液体箱具有这样的尺寸，该尺寸使得液体适合于在液体箱中运动以提供反作用于摆式构件的摆动的阻尼力。

Images