CN104854388A - 混合万向节支撑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种浮动结构(1)，包括船体(3)和用以支撑、提升或降低延伸物体(5，6，17)的作业结构(4)。所述作业结构包括具有用以接收要被支撑、提升或降低的物体的开口(24)的升降平台(25)。所述升降平台支撑在所述船体(3)上并与可移动的力部件(35，36)连接。本发明的特征在于，所述作业结构包括补偿器平台(26)，所述补偿器平台(26)通过支撑架(61)或者至少一个弧形轨道(30，31)围绕枢转轴线(60，64)可旋转地支撑在所述船体上。所述补偿器平台(26)包括用于接收要被操作物体的开口(45)，同时所述升降平台通过至少一个弹性支撑(28，29)支撑在所述补偿器平台上。所述力部件(35，36)在一侧(37)连接到所述船体，并且在另一侧(38)连接到所述补偿器平台(26)，以在所述补偿器平台(26)绕销(64)枢转或在所述弧形轨道(30，31)上移动时，将驱动力或阻尼力传输至所述补偿器平台(26)。

Description

混合万向节支撑结构
技术领域
本发明涉及一种浮动结构，该浮动结构包括船体(hull)和用于支撑、提升或降低延伸物体(elongate objects)的作业结构，所述作业结构包括具有用于接纳所提升物体的开口的升降平台，该升降平台支撑在船体上并连接到可移动的力部件。
从专利申请US6213686可知道这样一种结构，该专利申请公开了一种管路铺设船(pipe-lay vessel)，该管路铺设船具有J-铺设塔、支撑桅杆的工作平台以及沿所述桅杆的大体竖直装配位置放置管路段的架设器(erector)。所述工作平台能够通过四个竖直布置的液压缸相对于船体移动，以调整桅杆和架设器(erector)相对于铺设在海底的管线的角度。
专利申请US 2010/0119307以申请人的名义公开了一种安装在外万向架和内万向架的J铺设塔，每个万向架通过一对枢轴支撑，以围绕两个互相垂直的轴转动。
专利申请EP 2201280公开了一种具有工作平台和管夹支撑的管路铺设船，所述工作平台由竖直布置的液压缸支撑，所述管夹支撑设置有球形弹性支撑。
为在几千米深的海底的水中进行各种操作，例如维护或者装配以及拆卸电潜水泵、海底碳氢化合物处理设备或者其它的海底设备，重的、延伸(elongate)的结构(如管线或者沉箱)需要平稳地支撑在工作船上。近来发展的无需使用钻机的干预系统(rigless intervention systems)重量更轻，结构简化，从而提供了更具有成本效益的干预(intervention)，而不使用具有相对复杂的钻孔和在钻机上工作的船。
本发明的目的在于提供一种作业结构，该作业结构适合于在离岸状态下的无需使用钻机的干预(rigless intervention)，该作业结构能够在不同的海况下稳定支撑伸长结构(elongate structure)。本发明的另一目的在于提供一种适合于为所支撑的物体提供可靠的静态和动态定位的作业结构。
发明内容
根据本发明的浮动结构的补偿器组件包括补偿器平台，该补偿器平台围绕至少一个枢转轴线可旋转地支撑在船体上，所述补偿器平台包括用于接收被接提升物体的开口，升降平台通过至少一个弹性支撑支撑在所述补偿器平台上，力部件在一侧连接到所述船体，并且在另一侧连接到所述补偿器平台，以在所述补偿器平台绕轴线枢转时，将驱动力或阻尼力传输至所述补偿器平台。
当所述浮动结构进行摆动和俯仰运动(roll and pitch movements)时，例如低于10度的角度偏移，优选为低于5度，所述弹性支撑补偿工作平台的较小的动态偏移，同时所述补偿器平台保持不动。对于较大的偏移，例如偏转达到20度，除所述弹性支撑提供的补偿外，所述补偿器平台相对于所述船体绕枢转轴线作枢转运动。所述补偿器平台的这些动态运动可通过力部件减弱。通过所述力部件积极驱动所述补偿器平台使得所述补偿器平台静止也是可能的，也可在平的海的状态下，例如调整被提升的延伸物体的角度，该角度可能在管路铺设操作中需要。
根据本发明，所述作业结构可以与所述浮动结构上的桅杆和吊车配合，并且能够支撑要被提升的物体相对于升降平台移动。可选择地，所述升降平台可设置有夹持机构以与要被提升的结构配合，例如海底管线的凸缘。
所述力部件驱动所述补偿器平台的力的阈值可以设置的相对高，这样在通常情况下，当所述力部件保持所述补偿器平台在静止的中间位置时，只有所述弹性支撑工作。只有在较大的偏移时，所述力部件允许所述补偿器平台相对于船体的甲板绕枢转轴线运动。
在一个实施例中，所述补偿器平台通过至少一个弧形轨道支撑在船体上，所述弧形轨道可通过沿所述甲板的摆动而相对于所述船体移动。通过设置所述弧形轨道，可实现紧凑结构，在该紧凑结构中可免除竖直设置的力部件的需要。
在优选的实施例中，所述的作业结构包括用于锁止所述补偿器平台绕摆动轴线相对于所述船体的位置的锁止机构。所述锁止机构可锁止例如在备用或存储情况下的所述补偿器平台的位置。所述锁止机构可包括如船体上的销或者摩擦制动器，所述销或所述摩擦制动器在驱动器的驱动下可移动，以与所述补偿器平台机械配合。可选择地，或另外，在力部件通过一个或多个液压缸形成的情况下，所述锁止机构可操作以阻止液压流体进入缸体或从缸体流出。
在一个实施例中，补偿器组件包括设置在所述船体上的至少两个间隔开的滚轮部件，所述补偿器组件的所述弧形轨道的相对的端部与所述滚轮部件配合。所述滚轮部件可通过承载能力大的负重轮形成，例如1000kN或更多，所述滚轮部件可允许所述补偿器平台沿所述滚轮摆动。优选地，两个间隔开的所述弧形轨道中的每个通过至少两个所述滚轮部件支撑在所述船体上，以稳定定位所述补偿器平台。所述滚轮部件中的每个可包括有一组至少两个滚轮。
为补偿较小的偏移，围绕所述升降平台的开口设置至少三个弹性支撑组件。所述弹性支撑可为由弹性的弹性材料和金属加固盘体制成的组合支撑。所述弹性支撑优选大致为圆柱形状。所述弹性支撑的中心线以他们指向半径大约为2.2m的相同的中心的方式定位在大约45度角处。在这种方式中，弹性支撑的设置所起的作用是半径为2.2m的球形支撑(spherical bearing)。该这种设置的旋转产生作用在所述弹性支座(elastomeric bearings)上的剪切力。在所述剪切力的方向，这些层压的弹性支撑是非常灵活的，通过这种球形支撑设置可获得较大的角度，如5度或更多的旋转角度。
所述力部件包括至少两个大体水平设置的液压缸，所述液压缸在所述补偿器平台上的驱动凸缘处与一端配合。简单的锁止机构包括可与所述驱动凸缘配合的可移动的销。
每个所述液压缸包括活塞，在所述活塞的每一侧，在缸筒中延伸有活塞杆，旁路管道通过减压阀连接所述缸筒的每一侧。由于所述缸筒中所述活塞每一侧的内部容积是相等的，当流体通过减压阀从所述缸筒的一侧移至另一侧时，可用简单的方式获取阻尼效应。所述阻尼效应可通过所述减压阀的打开或关闭来进行调整，其中所述缸筒通过关闭所述阀锁闭。
根据本发明，所述作业结构可在所述浮动结构的所述船体上的船井上方使用，也可在船头或在船尾或以悬臂的方式伸出于所述船体的一侧使用。所述作业结构不仅可用来操纵例如延伸物体的降低和提升而且能够用于延伸物体的支撑，所述延伸物体可由例如钢悬链线立管形成(Steel Catenary Risers(SCRs))或者冷水进水管等。延伸物体的支撑无疑地可理解为包括该物体的悬挂(暂时或非暂时)。
附图说明
根据本发明的浮动结构的一种实施例(不限于本实施例)将会参考附图进行详细描述。
在图中：
图1为根据本发明的包括作业结构的浮动结构的纵向侧视图；
图2和图3分别为包括设置于船井上方的作业结构和包括设置在悬臂的侧位置的作业结构的浮动结构的横截面图。
图4为不具有竖直的桅杆或塔的浮动结构的纵向示意图；
图5为根据本发明的作业结构的详细的立体图；
图6为图5中的作业结构的俯视图；
图7为图6和图7中的作业结构的液压缸的布置示意图；
图8为作业结构的可替换的实施方式的示意图，补偿器平台从枢转支撑悬置。
具体实施方式
图1显示了浮动结构1，例如修井船(work-over vessel)或者具有船体3并设置有作业结构4的管路铺设船2。作业结构4包括开口，延伸物体穿过该开口，如从海底6向上延伸的管线5。管线的上端7支撑在作业结构4上，例如，管线的上端7通过扩大的法兰支撑在作业结构4上。可选择地，所述作业结构可设置有与管线5接合的夹持机构8。竖直的桅杆或塔10上的管线段11用于连接管线5并且随后管线5下降至海底，在所述的竖直的桅杆或塔10上管线段11通过吊车12或通过装载机臂装载。塔10可设置有能够沿该塔10上升和下降的支撑装置13。在可替代的实施例中，塔10被省略，仅设置有用于从海底提升延伸物体的吊车12，如图4中所示。
图2显示了作业结构4放置于船体3的中间位置的实施方式，在甲板上的圆形柱体或者船井14竖直延伸穿过船体3。图3显示了一种实施方式，在该实施方式中，在船体3的侧面9的悬臂位置上作业结构4设置在船体3的外侧。
图4显示了一种实施方式，该实施方式中没有设置竖立和连接管线段的塔10，但在该实施方式中，作业结构4在沉箱16上设计为无需使用钻机的干预(rigless intervention)，沉箱16包含有如电潜水泵，沉箱16连接到设备模块17上，设备模块17通过吊车12从海底升起，并且在开口18之上，被支撑在所述作业结构上。
图1-4中所示的作业结构4通过弹性支撑装置和转动支撑装置支撑在船体3上，并包括能绕摆动轴线和俯仰轴线(the roll and pitch axes)倾斜的升降平台，所述作业结构4能适应于船绕纵向轴线20的摆动以及绕俯仰轴线的俯仰运动，俯仰轴线沿垂直于图中的水平面延伸。
图5显示了根据本发明的作业结构4，作业结构4包括升降平台25以及补偿器平台26。升降平台25包括能够使所提升的物体穿过的开口24，通过从开口24向升降平台25的侧面延伸的狭缝27。升降平台25通过五个弹性支撑28，29支撑在补偿器平台26上。补偿器平台26在下面是圆形，该补偿器平台26包括两个弧形轨道30，31，弧形轨道30，31支撑在一组安装在甲板34上的负重轮32，33上。
补偿器平台26与两个液压缸35，36连接，液压缸35，36在一端37连接到甲板34上，在另一端38连接到补偿器平台26的凸缘40上。锁止销41可移动地安装在靠近补偿器平台26的一侧的凸缘42上。
升降平台25能够围绕摆动轴线20和俯仰轴线21在弹性支撑28，29上倾斜，例如倾斜5度。在这些相对较小的动态偏移期间，液压缸35，36的活塞不会移动并保持补偿器平台26在中心平衡位置。对于围绕摆动轴线20的较大的偏移，液压缸35，36允许弧形轨道30，31沿负重轮32，33的阻尼运动大约为11度，以使得围绕摆动轴线20的总的偏移16度能够被适应。在弧形轨道30，31沿负重轮32，33的运动期间，补偿器平台26围绕转轴60相对于船体的甲板轴线60枢转，轴线60沿垂直于图中的平面延伸，轴线60在升降平台25的上方一定距离处。
弹性支撑28，29大致为圆柱形，并具有向补偿器平台26的开口45倾斜的轴线43，且弹性支撑28，29与补偿器平台26的表面的夹角α大约为40-60度。弹性支撑28，29由装在上圆柱支撑部47和下圆柱支撑部48之间的金属或塑料盘体的层压堆(laminated stacks)46构成。在一个支撑需要更换，同时减小力臂长度的情况下，五个倾斜的弹性支撑提供足够的冗余。这也在减小弹性盘中的球剪切位移(the spherical shear displacement)时，减小了总的补偿力矩。
图6显示了作业结构4的俯视图，示出了弧形轨道31，32的相对位置、在轨道31，32的端部的四组负重轮32，33以及围绕升降平台25和补偿器平台的开口24，45布置的弹性支撑28，29。锁止销或摩擦制动器41，41’设置在平台25，26的每个侧面上，并且锁止销或摩擦制动器41，41’可以包括远程控制缸(remotely controlled cylinder)，该远程控制缸能够驱动所述锁止销进入或脱出补偿器平台的凸缘40。锁止销41，41’形成为液压缸35，36的辅助，只有在备用或存储条件下使用。在使用状态，锁止销41，41’从补偿器平台26缩回。
图7显示了一种实施例，其中，该实施例中每个液压缸35，36包括活塞50、在活塞50的一侧连接至补偿器平台26的第一活塞杆51以及连接活塞50的相对侧并连接至船的甲板或者发射平台(aunch platform)的第二活塞杆52。液压缸35，36的端部53，54通过管道55和控制阀56相互连接。压力泵57设置为驱动控制液压缸35，36。
图8显示了一种实施例，其中，该实施例中补偿器平台26通过销64支撑在一对支撑架61上。升降平台25设置在弹性支撑28，29上。竖直设置的液压缸62，63连接到补偿器平台26以减弱旋转运动。锁止销41设置为锁止补偿器平台26相对于甲板34的位置，例如水平位置。补偿器平台26可以通过内部平台和外部平台形成，该内部平台和外部平台围绕相互垂直的轴线旋转，类似于美国专利US 2010/0119307.中的图2所示的万向架的结构。

Claims (13)

1.一种浮动结构(1)，所述浮动结构(1)包括船体(3)和用以支撑、提升或降低延伸物体(5，6，17)的作业结构(4)，所述作业结构包括具有用以接收要被支撑、提升或降低的物体的开口(24)的升降平台(25)，所述升降平台支撑在所述船体(3)上并与可移动的力部件(35，36)连接，其特征在于，所述作业结构包括补偿器平台(26)，所述补偿器平台(26)围绕至少一个枢转轴线(60，64)可旋转地支撑在所述船体上，所述补偿器平台(26)包括用于接收要被操作的物体的开口(45)，所述升降平台通过至少一个弹性支撑件(28，29)支撑在所述补偿器平台上，所述力部件(35，36)在一侧(37)连接到所述船体，并且在另一侧(38)连接到所述补偿器平台(26)，以在所述补偿器平台(26)绕枢转轴线(60，64)枢转时，将驱动力或阻尼力传输至所述补偿器平台(26)。
2.根据权利要求1所述的浮动结构(1)，其中，所述补偿器平台(26)通过至少一个弧形轨道(30，31)支撑在所述船体上，所述弧形轨道(30，31)相对于所述船体(3)为可移动的。
3.根据权利要求1或2所述的浮动结构(1)，其中，所述作业结构(4)包括锁止机构(40，41，41’)，所述锁止机构(40，41，41’)用于锁止所述补偿器平台(26)围绕倾斜轴线(20)相对于所述船体(3)的位置。
4.根据权利要求2或3所述的浮动结构(1)，其中，所述作业结构(4)包括设置在所述船体(34)上的至少两个间隔开的滚轮部件(32，33)，所述补偿器平台(26)的弧形轨道(30，31)的两个相对的端部与所述滚轮部件配合。
5.根据权利要求4所述的浮动结构(1)，其中，所述补偿器平台(26)包括两个大体平行的间隔开的弧形轨道(30，31)，每个所述弧形轨道(30，31)通过至少两个所述滚轮部件(32，33)支撑在所述船体(34)上。
6.根据权利要求4或5所述的浮动结构(1)，其中，每个所述滚轮部件(32，33)包括一组至少两个滚轮或负重轮。
7.根据前述权利要求中的任意一个所述的浮动结构(1)，其中，所述升降平台(25)通过围绕所述开口(24，45)设置的至少三个弹性支撑(28，29)支撑在所述补偿器平台(26)上。
8.根据权利要求7所述的浮动结构(1)，其中，所述弹性支撑(28，29)大致为圆柱形，并具有纵向轴线(43)，所述纵向轴线(43)相对于所述补偿器平台(26)成角度(α)，从而所述纵向轴线(43)朝向所述开口(24，45)的方向倾斜。
9.根据前述权利要求中的任意一项所述的浮动结构(1)，其中，所述力部件包括至少两个大体水平设置的液压缸，所述液压缸在一端(37)与所述补偿器平台(26)上的驱动凸缘(40)连接。
10.根据权利要求9所述的浮动结构(1)，其中，所述锁止机构包括安装于所述船体上的可移动销或者摩擦制动器，所述可移动销或者摩擦制动器能够与所述驱动凸缘连接。
11.根据权利要求9或10所述的浮动结构(1)，其中，每个所述液压缸(35，36)包括活塞(50)，在所述活塞的每一侧，在液压缸中延伸有活塞杆(51，52)，旁路管道(55)通过阀(56)连接所述液压缸的每一侧。
12.根据前述权利要求中的任意一项所述的浮动结构(1)，其中，所述作业结构(4)伸出于所述船体(3)的一侧(9)。
13.根据前述权利要求中的任意一项所述的浮动结构(1)，其中，所述浮动结构包括桅杆(10)和吊车(12)，所述桅杆(10)大体竖直并靠近所述作业结构(4)，以支撑要被降低或提升的延伸结构，所述吊车(12)用于降低或提升所述物体并用于将所述物体与所述作业结构连接。
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