CN101472792B - 浮体式结构物的辅助浮力体及浮体式结构物的改造方法 - Google Patents

浮体式结构物的辅助浮力体及浮体式结构物的改造方法 Download PDF

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Abstract

一种浮体式结构物的辅助浮力体及浮体式结构物的改造方法，该浮体式结构物的辅助浮力体可以减小施加在支柱上的外力而延长浮体式结构物的寿命，并且使浮力增大而在深水区也可以使用。本发明的辅助浮力体(11)包括：2个浮力体(12)，连接到构成浮体式结构物的2个下骨架(1)的各下部；2根主连接部件(13)，连接该浮力体(12)彼此；以及4根副连接部件(14)，连接主连接部件(13)和浮力体(12)。并且，事先制造辅助浮力体(11)，将浮体式结构物设置在辅助浮力体(11)之上，连接下骨架(1)和浮力体(12)而对浮体式结构物进行改造。

Description

浮体式结构物的辅助浮力体及浮体式结构物的改造方法 
技术领域
本发明涉及能够延长海洋中使用的浮体式结构物的寿命、同时能够使工作水深增加的浮体式结构物的辅助浮力体及浮体式结构物的改造方法。具体涉及与半潜水型或者半没水型(以下称为[半潜式])的浮体式结构物相适应的东西。
背景技术
一般来讲，海洋结构物会受到波浪、潮流、风等的外力而产生摇摆，而从机器和附带设备的性能、强度上的限制来看有必要减小摇摆。作为其对策，在浮体式结构物的情况下，对结构物的水面下的形状想了各种办法。例如，有通过缩小浮体的水线面积，并在水线面下的没水部设置成具有大排水量的结构，对于某些特定范围周期的波浪而减小摇摆的方法。将采用该方法的浮体式结构物称为半潜式，可以用于石油挖掘钻塔(rig)、海上起重机船(crane barge)、管道(pipe)铺设船、采油处理设备平台(platform)、大型海洋结构物(海上机场等)等。
图6是表示半潜式石油挖掘钻塔的图，(A)是半潜式石油挖掘钻塔的概略正面图，(B)是仅表示该浮体结构部分的侧面图。半潜式石油挖掘钻塔的浮体结构由以下部分构成：在水面下具有排水量的下骨架1；在水面上具有机械室、居住区、挖掘装置等上部设备的上骨架2；连接在下骨架1和上骨架2之间的断面积小的立柱(column)3；以及立体地连接它们的支柱(brace)4。在图6(A)中，作为半潜式石油挖掘钻塔的主要外观构成物，图示了吊起挖掘海底5的带切削器(cutter)的钻杆(drillpipe)的井架(derrick)6和进行泥水循环的竖管7。
一般的半潜式石油挖掘钻塔的情况下，如图6(A)所示，设置有2根构成浮力体的下骨架1，如图6(B)所示，在各下骨架上设置有2～4根(图中为4根)立柱3，如图6(A)所示，为在相对的立柱3、3和上骨架2之间形成桁架(truss)结构而设置有多个支柱(brace)4。而且，下骨架1的两端也有为了减小半潜式石油挖掘钻塔移动时或拖曳时的阻力而形成锥形(taper)的情况。另外，在初期的半潜式石油挖掘钻塔中，大多将3～5根使用支柱连接的立柱设置在上骨架上，并在各立柱下部将称作底脚(footing)的浮力体独立连接。
该半潜式石油挖掘钻塔在利用下骨架1而上浮的状态下移动，在目的地在下骨架1的内部、立柱3的一部分中注入压载物(ballast)而使之下沉，成为半潜水状态，停留在海洋的一点上进行挖掘作业。通常预计这时的吃水深度是上骨架2之下与波浪不会碰撞。因此，支柱4暴露在水线上，分裂(split)力(将下骨架向左右方向相互分离的力)、倾斜连接力矩(pitch connecting moment)(使下骨架以180度相位差相互纵向摇摆的力矩)、挤压(racking)力(将下骨架以180度相位差前后移动的力)等外力起作用，并由于波浪等导致的重复负荷，支柱4和接合部容易损伤。由于该损伤导致钻塔的崩溃，所以半潜式石油挖掘钻塔的寿命根据支柱4的耐久性而决定。
在如上述的半潜式的浮体式结构物中，支柱4是强度上重要的部件，有必要定期地进行维修。该维修作业一般是在海洋上或在船坞(dock)内排出压载物，使支柱4的部分在水面上露出而进行。在船坞内进行维修的时候，也有将上骨架2的货物或上部设备除去而减轻负荷，从而使支柱4的部分在水面上露出的情况。在该维修作业中存在无法使用浮体式结构物的问题，从该情况来看，有提高浮体式结构物的耐久力，并希望在使用中尽可能减少支柱4的维修的要求。
还有，以往大多在水深D为300～500m的情况下利用半潜式的浮体式结构物，但最近有在1500m或2000m的深水区中也有使用半潜式的浮体式结构物的要求。如果要在该深水区中使用半潜式石油挖掘钻塔，则钻杆和竖管7变长，上骨架2上的负荷(可变甲板负载(variabledeck load))增加。例如，可变甲板负载在水深D为300～500m的情况下为2000～2500t的程度，但如果水深D成为1500m～2000m则增大到4000～5000t以上。结果，以往的浮体式结构物浮力不足，无法原样使用。
作为浮体式结构物的浮力改善对策，有在立柱或下骨架上设置辅助浮力体的方法。例如，在特开2001-180584号公报(专利文献1)中记载了在浮体式结构物的立柱的吃水线处形成增加断面积的附加浮力部的发明。还有，作为其他改善对策，公知的是将箱形辅助浮力体设置在下骨架之上并焊接到立柱以及下骨架的方法、将辅助浮力体设置在下骨架外周的方法。
专利文献1：特开2001-180584号公报
发明内容
发明打算解决的课题
然而，在上述浮力改善对策中，必须将附加浮力部或辅助浮力体个别地焊接到立柱或下骨架上，存在作业复杂、改造所需工程变长的问题。而且，由于施加到支柱上的外力和以往没有变化，所以存在不能延长浮体式结构物的寿命，与以往一样有必要定期地进行维修的问题。还有，在下骨架外周设置辅助浮力体的情况下，存在浮体式结构物的宽度变大，不能进入船坞的问题。
对此，本发明提供一种浮体式结构物的辅助浮力体以及浮体式结构物的改造方法，该浮体式结构物的辅助浮力体可以减小施加在支柱上的外力而延长浮体式结构物的寿命，并且可以使浮力增大而在深水区也可使用。
解决课题的方案
本发明的辅助浮力体是一种浮体式结构物的辅助浮力体，其中，所述浮体式结构物包括：多个下骨架，形成浮力体；上骨架，形成甲板；多个立柱，连接所述下骨架和所述上骨架；以及支柱，连接到由所述下骨架、所述上骨架以及所述立柱构成的结构体，所述浮体式结构物的辅助浮力体的特征在于包括：浮力体，连接到所述下骨架的下部；以及多个连接部件，连接该浮力体。
也可以是，所述浮力体包括连接到所述下骨架的一侧有开口的箱体和将该箱体内部划分成多个区域的隔板，所述箱体在长度方向的端部具有锥形面。还有，也可以是，所述连接部件包括：主连接部件，连接所述浮力体彼此；以及副连接部件，与由该主连接部件和所述浮力体构成的结构体相连接。
还有，本发明的浮体式结构物的改造方法的特征在于，浮体式结构物包括：多个下骨架，形成浮力体；上骨架，形成甲板；多个立柱，连接所述下骨架和所述上骨架；以及支柱，与由所述下骨架、所述上骨架以及所述立柱构成的结构体相连接，对于所述浮体式结构物，事先制造由连接到所述下骨架的下部的浮力体和连接该浮力体的多个连接部件形成的辅助浮力体，将所述浮体式结构物放置在该辅助浮力体之上，连接所述下骨架和所述浮力体。还可以在所述下骨架的底面穿设使所述下骨架和所述浮力体的内部空间连通的连通孔，也可以在所述下骨架上部设置补充辅助浮力体的浮力的追加辅助浮力体。
发明效果
本发明的浮体式结构物的辅助浮力体包括与下骨架下部相连接的浮力体和连接该浮力体的多个连接部件，因而可以使用本发明的辅助浮力体来接受以往施加在支柱上的外力(分裂力、倾斜连接力矩、挤压力等)，所以可以减小施加在支柱上的外力，提高浮体式结构物整体的强度，可以延长浮体式结构物的寿命。还有，可以使浮体式结构物的浮力增大，提高货物装载能力，在深水区也可以使用浮体式结构物。
还有，根据本发明的浮体式结构物的改造方法，可以预先制造好辅助浮力体，只是将辅助浮力体连接到浮体式结构物的下部即下骨架的下部，所以容易进行提高浮体式结构物整体的强度并且使浮力增大的改造，能缩短改造需要的工期。
附图说明
图1是表示将本发明的辅助浮力体连接到浮体式结构物的状态的立体图。
图2是本发明的辅助浮力体的顶视图。
图3是表示本发明的辅助浮力体的其他实施方式的顶视图。
图4是表示本发明的浮体式结构物的改造方法的说明图。
图5是表示将本发明的辅助浮力体连接到浮体式结构物的其他实施方式的立体图。
图6是表示半潜式石油挖掘钻塔的图，(A)是半潜式石油挖掘钻塔的概略正面图，(B)是仅表示该浮体结构物的侧面图。
具体实施方式
下面用图1至图5说明本发明的具体实施方式。另外，在表示与图6所示的现有例相同部分的情况下附有相同的标号而省略重复的说明。
图1是表示将本发明的辅助浮力体11连接到浮体式结构物的状态的立体图，是从浮体式结构物的斜下方观看的图。另外，关于浮体式结构物的上骨架，省略其图。还有，图2是本发明的辅助浮力体11的顶视图。
图1及图2所示的本发明的辅助浮力体11由以下部分构成：2个浮力体12，连接到2个构成浮体式结构物的下骨架1的各下部；2根主连接部件13，连接该浮力体12彼此；以及4根副连接部件14，连 接主连接部件13和浮力体12。
所述浮力体12由以下部分构成：箱体12a，在与下骨架1连接的一侧开口；以及隔板12b，将箱体12a的内部划分成多个区域。还有，在箱体12a的长度方向的两端形成锥形面12c。因此，如果将该浮力体12连接到下骨架1的下部，则可由箱体12a、隔板12b以及下骨架1的底面形成区域空间而使浮体式结构物的浮力增大。还有，该区域空间可以作为压载物舱(ballast tank)或燃料舱来使用。
还有，如图1所示，所述浮力体12可以在连接到下骨架1的情况下形成与下骨架一体化的形状。具体来讲，可以是，宽度d形成与下骨架的宽度大体相同的大小，长度1在不超过下骨架1的范围内形成，通过锥形面12c减小与下骨架1的底面的落差。这是考虑了辅助浮力体11的连接工程的容易程度和浮体式结构物的移动或拖曳时的阻抗的结果。还有，高度h是根据浮体式结构物的改造所必要的浮力、连接部件13、14的强度等条件求得的，但如果考虑连接工程的容易程度，则可以是人站立程度的高度。这是为了在辅助浮力体11的连接工程中人进入浮力体12内部进行焊接等作业。
所述主连接部件13以及副连接部件14由连接2个浮力体12的连接部件构成。该连接部件13、14由钢板、钢管等形成，成为比支柱4强度更坚固的结构。具体来讲，可以采用比支柱4强度更高的钢种类，也可以使用比支柱更粗或更厚的东西。
主连接部件13配置在浮力体12的两端附近，与浮力体12以大体垂直的角度进行焊接。还有，副连接部件14从主连接部件13的中心附近到浮力体12的中心方向倾斜配置而进行焊接。因此，如图1及图2所示，在辅助浮力体11的中央附近具有菱形(diamond)开口。通过这样连接连接部件13、14，可以增强辅助浮力体11的强度并且在中央部位插入石油挖掘钻塔的切削器、竖管。
图3是表示辅助浮力体11的其他实施方式的顶视图。在本实施方式中，4根主连接部件31a、31b连接到浮力体12，并通过副连接部件32连接一对主连接部件31a、31b彼此。主连接部件31a、31b可以是完全相同的形状，也可以使内侧的主连接部件31b比外侧的主连接部件31a更细。如图3所示，在配置主连接部件31a、31b以及副连接部件32的情况下，也可以增强辅助浮力体11的强度并且在中央部位插入石油挖掘钻塔的切削器、竖管。
将图2或图3所示的本发明的辅助浮力体11如图1所示连接到浮体式结构物下面，从而可以由辅助浮力体11接受以往施加在支柱4上的外力(分裂力、倾斜连接力矩、挤压力等)，所以能减小施加在支柱4上的外力，能提高浮体式结构物整体的强度，能延长浮体式结构物的寿命。还有，能使浮体式结构物的浮力增大，提高货物装载能力，在深水区也可以使用浮体式结构物。
下面使用图4说明本发明的浮体式结构物的改造方法。
(1)如图4(A)所示，在工厂预先制造好辅助浮力体11。具体来讲，在制造浮力体12以后，将主连接部件13以及副连接部件14进行焊接。这时，事先取得改造对象的浮体式结构物41的尺寸和希望增加的货物装载量的信息，基于该信息来设计浮力体12以及连接部件13、14的尺寸和配置。
(2)如图4(B)所示，将辅助浮力体11放置在容纳浮体式结构物41的船坞42内。这里，浮体式结构物41由下骨架、上骨架、立柱以及支柱构成。另外，43是条板。
(3)如图4(C)所示，将压载物注入到船坞42内并将船坞42下沉到与浮体式结构物41的吃水相同的深度。
(4)如图4(D)所示，对浮体式结构物41进行拖曳而将其容纳到船坞42内。这时，事先调整位置，以使浮体式结构物41登载在辅助浮力体11之上。
(5)如图4(E)所示，排出船坞42的压载物，使其以浮体式结构物41放置在辅助浮力体11之上的状态露出水面上。
(6)在如图4(E)所示的状态下，将辅助浮力体11连接到浮体式结构物41。首先，将积存在浮体式结构物41的下骨架以及辅助浮力体11内部的水排出后，在浮体式结构物41的下骨架的底面适当地穿设与辅助浮力体11的区域空间连通的连通孔。穿设作业由作业员进入辅助浮力体11的内部来进行。
(7)然后将辅助浮力体11的浮力体的隔板焊接到下骨架的底面。该焊接作业也是由作业员进入辅助浮力体11的内部来进行。接着将下骨架的外壁和辅助浮力体11的浮力体的外壁进行焊接。
(8)如果全部作业(必要的货物移动作业、上部设备的设置作业等)完成，就将压载物注入到船坞42中，如图4(F)所示，使改造后的浮体式结构物41上浮。
根据上述浮体式结构物41的改造方法，可以预先在工厂等制造辅助浮力体11，所以在此期间可以让浮体式结构物41工作，可以提高浮体式结构物41的工作效率。还有，将浮体式结构物41放置在辅助浮力体11之上，只是连接下骨架和浮力体，所以容易进行改造作业，可以缩短浮体式结构物41改造所需的工期。还有，根据本发明的辅助浮力体11的构成，可以通过容易的改造作业来提高浮体式结构物整体的强度，可以使浮体式结构物的浮力增大。再有，通过在下骨架的底面穿设连通孔，例如，可以使下骨架内的压载物舱和浮力体的区域空间 连通，可以将辅助浮力体11作为压载物舱来使用。
图5是表示将本发明的辅助浮力体11连接到浮体式结构物的其他实施方式的立体图，是从与图1相同角度观看的图。在本实施方式中，在仅使用辅助浮力体11而浮力不足的情况下，将附加辅助浮力体51设置在下骨架1的上部。附加辅助浮力体51是由钢板成形的柱状体，内部是空的。该附加辅助浮力体51放置在下骨架1的两端附近，并焊接到下骨架1以及立柱3。该附加辅助浮力体51的大小与辅助浮力体11的设计同时进行计算、设计。例如，为了在浮体式结构物上具有希望的货物装载负荷，必须提高辅助浮力体11的高度h，对辅助浮力体11的高度h和附加辅助浮力体的大小进行调整，使用辅助浮力体11和附加辅助浮力体得到必要的浮力，依此进行设计。另外，该辅助浮力体51在图4的状态下焊接到在下骨架上部放置的浮体式结构物。
本发明不限于上述的实施方式，浮力体12的宽度d可以比下骨架1更大，也可以更小，浮力体12的长度1也可以比下骨架更长，也可以按照浮体式结构物的使用目的而变更连接部件13、14的配置，辅助浮力体11也可以适用于具有底脚的浮体式结构物等，在不越出本发明的宗旨的范围内当然可以进行各种变更。

Claims (7)

1.一种浮体式结构物的辅助浮力体，其中，所述浮体式结构物包括：多个下骨架，形成第一浮力体；上骨架，形成甲板；多个立柱，连接所述下骨架和所述上骨架；以及支柱，连接到由所述下骨架、所述上骨架以及所述立柱构成的结构体，所述浮体式结构物的辅助浮力体的特征在于包括：第二浮力体，连接到所述下骨架的下部；以及多个连接部件，连接该第二浮力体。
2.根据权利要求1所述的浮体式结构物的辅助浮力体，其特征在于，所述第二浮力体包括：箱体，在与所述下骨架连接的一侧开口；以及隔板，将该箱体内部划分成多个区域。
3.根据权利要求2所述的浮体式结构物的辅助浮力体，其特征在于，所述箱体在长度方向的端部具有锥形面。
4.根据权利要求1所述的浮体式结构物的辅助浮力体，其特征在于，所述连接部件包括：主连接部件，连接所述第二浮力体彼此；以及副连接部件，与由该主连接部件和所述第二浮力体构成的结构体相连接。
5.一种浮体式结构物的改造方法，其特征在于，浮体式结构物包括：多个下骨架，形成第一浮力体；上骨架，形成甲板；多个立柱，连接所述下骨架和所述上骨架；以及支柱，与由所述下骨架、所述上骨架以及所述立柱构成的结构体相连接，对于所述浮体式结构物，事先制造由连接到所述下骨架的下部的第二浮力体和连接该第二浮力体的多个连接部件形成的辅助浮力体，将所述浮体式结构物放置在该辅助浮力体之上，连接所述下骨架和所述第二浮力体。
6.根据权利要求5所述的浮体式结构物的改造方法，其特征在于，在所述下骨架的底面穿设使所述下骨架和所述第二浮力体的内部空间连通的连通孔。
7.根据权利要求5所述的浮体式结构物的改造方法，其特征在于，在所述下骨架的上部设置用于补充辅助浮力体的浮力的追加辅助浮力体。
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