CN106043612B - 海上浮式结构物的防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海上浮式结构物的防护装置，涉及海洋工程防护装备领域，所述海上浮式结构物的防护装置包括连接结构和至少三个浮筒；至少三个所述浮筒为中空的圆柱形；至少三个所述浮筒围绕海上浮式结构物均匀分布；至少三个所述浮筒内均装有压载物；至少三个所述浮筒分别通过所述连接结构与海上浮式结构物连接；所述连接结构能够调节至少三个所述浮筒与海上浮式结构物的距离。本申请的海上浮式结构物的防护装置，解决了现有技术中海上浮式结构物的防护装备的实施难度大、成本高、移动性差的技术问题。

Description

海上浮式结构物的防护装置

技术领域

本发明涉及海洋工程防护装备技术领域，尤其是涉及一种海上浮式结构物的防护装置。

背景技术

海洋是人类生存和可持续发展的重要领域，21世纪将是人类认知海洋、开发海洋的世纪，海洋资源极其丰富，蕴藏着大量的矿产资源、天然气资源和石油资源，近些年来，世界各国都在加紧研究和开发海洋资源，海洋的开发和利用已成为决定国家兴衰的基本因素之一。在海洋资源和空间利用过程中，波浪荷载是海上建筑物所受的主要荷载之一。由于波漂移力等波浪载荷的作用，海上浮式结构物需要进行锚泊定位，波浪漂移力等波浪载荷直接影响着锚链等系缆的安全性和经济性。目前人们主要着眼于：通过改变海上建筑物的水动力特性，提高结构强度和安全系数等方式来确保建筑物的安全。但是，石油平台等海上建筑物仍置于恶劣海洋环境中这一事实并没有改变。

海上浮式结构物的防护装备是一种利用波浪的相互作用实现降低波浪漂移力的海洋工程装备。Alam考虑将水面波浪激发为水下传播的的内波实现对水面浮式结构物的保护。并于2012年验证了通过在隐形区域外围水底安装Ripples，可以将表面重力波激发为内波。该技术需要对海底地形进行改变或安装相应设备，具有实施难度大、成本高、移动性差等缺点；另外需要两层流或多层流的界面作为内波传播的媒界。Porter与Newman考虑通过改变海底地形来影响波浪的传播以实现对水面浮式结构物的保护，并在理论上进行了验证，但是该方法实施难度大，成本高。

因此，如何发明一种实施难度小、成本低廉、移动性好的海上浮式结构物防护装备成为了本领域亟待解决的工程难题。基于此，本发明提供了一种海上浮式结构物的防护装置以解决上述的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海上浮式结构物的防护装置，以解决现有技术中存在的海上浮式结构物的防护装备的实施难度大、成本高、移动性差等技术问题。

本发明提供的海上浮式结构物的防护装置，包括连接结构和至少三个浮筒；

至少三个所述浮筒为中空的圆柱形；至少三个所述浮筒围绕海上浮式结构物均匀分布；至少三个所述浮筒内均装有压载物；

至少三个所述浮筒分别通过所述连接结构与海上浮式结构物连接；所述连接结构能够调节至少三个所述浮筒与海上浮式结构物的距离。

可选的，所述连接结构包括至少三个连接横梁；至少三个所述连接横梁水平放置；

至少三个所述连接横梁的一端均与海上浮式结构物转动连接，至少三个所述连接横梁的另一端分别与至少三个垂直竖梁的一端一一对应转动连接；至少三个所述连接横梁围绕海上浮式结构物均匀分布；

至少三个所述垂直竖梁竖直放置，至少三个所述垂直竖梁的另一端分别与至少三个所述浮筒一一对应连接；

至少三个所述连接横梁和至少三个所述垂直竖梁均采用桁架结构梁。

可选的，所述至少三个连接横梁和海上浮式结构物之间还设置有至少三个支撑梁，至少三个所述支撑梁的一端均与海上浮式结构物转动连接，另一端分别与至少三个连接横梁一一对应连接。

可选的，至少三个所述连接横梁均包括多个桁架模块，多个桁架模块顺次的可拆卸连接。

可选的，至少三个所述垂直竖梁的端部均设置有圆形的卡箍，至少三个所述浮筒一一对应卡接在其中一个所述卡箍内。

可选的，所述卡箍与所述垂直竖梁可拆卸连接。

可选的，所述浮筒的筒口处设置有翻边，所述翻边与所述卡箍抵接。

可选的，至少三个所述连接横梁的端部均设置有固定板，所述固定板通过螺钉与海上浮式结构物固接，所述连接横梁与所述固定板转动连接。

可选的，所述压载物为水。

本发明提供的所述海上浮式结构物的防护装置，由多个半径为r、吃水为d的圆柱形浮筒组成，所有圆柱形浮筒的尺寸大小和吃水都相同，其水面以上部分高度h任意，圆柱形浮筒为空心结构，内部装有压载物。组成本防护装备的圆柱形浮筒的个数为≥3的整数，圆柱形浮筒的数量越多，防护效果越明显。

至少三个所述浮筒围绕海上浮式结构物均匀分布。所述的圆柱形浮筒规则地围绕在被保护的海上浮式结构物的周围，并以被保护的海上浮式结构物的几何中心为圆心构成半径为R的同心圆。圆柱形浮筒在同心圆上等间隔均匀分布。因为波浪的传播方向是任意且不确定的，该防护装备的这种规则性分布最大程度上保证了波浪在不同方向入射时的防护效果。每一个圆柱形浮筒都通过连接机构与被保护的海上浮式结构物连接在一起。

在使用时，将连接结构与要保护的海上浮式结构物连接，当圆柱形浮筒的半径r、吃水d和同心圆半径R选择恰当时，中心浮式结构物受到波浪漂移力可以减小到几乎为0。由于所述连接结构可改变长度,当入射波浪频率发生变化时，可以通过改变连接机构的尺寸和圆柱形浮筒压载物重量来改变同心圆半径R和圆柱形浮筒的吃水d。

本发明提供的所述海上浮式结构物的防护装置有益效果是，通过设置在海上浮式结构物周围的圆柱形浮筒对海上浮式结构物进行保护，当任意频率任意方向的入射波浪接触到该防护装备和被保护的海上结构物时会发生扰射和反射，因此整个浮筒群之间会同时存在着入射波和扰射波。这时入射波、扰射波之间会产生复杂的干涉现象，此时可以通过调节连接机构的尺寸和圆柱形浮筒压载水重量来改变同心圆半径R和圆柱形浮筒吃水d。当同心圆半径R、圆柱形浮筒的半径r和吃水d选择合适时，波浪之间会产生有益的干涉作用，因此此时的海上浮式结构物所受的漂移力会显著减小，有利于海上浮式结构物的精准定位和正常作业。其系泊系统的受力也会减小，提高了海上浮式平台的安全性。整个装置结构较为简单，仅有连接结构和几个浮筒，实施容易，成本很低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的海上浮式结构物的防护装置的与海上浮式结构物的位置关系示意图；

图2为图1所示的海上浮式结构物的浮筒的使用状态参考图；

图3为图1所示的海上浮式结构物的防护装置的结构示意图；

图4为中心浮体受力与波长关系图；

图5为全部浮体受力与波长关系图。

附图标记：

1-连接结构；2-浮筒；3-海上浮式结构物；

4-连接横梁；5-卡箍；6-垂直竖梁；

7-支撑梁。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图1-3所示，在本实施例中提供了一种海上浮式结构物的防护装置，所述海上浮式结构物的防护装置包括连接结构1和至少三个浮筒2；

至少三个所述浮筒2为中空的圆柱形；至少三个所述浮筒2围绕海上浮式结构物3均匀分布；至少三个所述浮筒2内均装有压载物；

至少三个所述浮筒2分别通过所述连接结构1与海上浮式结构物连接；所述连接结构能够调节至少三个所述浮筒与海上浮式结构物的距离。

本发明提供的所述海上浮式结构物的防护装置，由多个半径为r、吃水为d的圆柱形浮筒2组成，所有圆柱形浮筒2的尺寸大小和吃水都相同，其水面以上部分高度h任意，圆柱形浮筒2为空心结构，内部装有压载物。组成本防护装备的圆柱形浮筒2的个数为≥3的整数，圆柱形浮筒2的数量越多，防护效果越明显。

至少三个所述浮筒2围绕海上浮式结构物均匀分布，所述的圆柱形浮筒2规则地围绕在被保护的海上浮式结构物的周围，并以被保护的海上浮式结构物的几何中心为圆心构成半径为R的同心圆。圆柱形浮筒2在同心圆上等间隔均匀分布。因为波浪的传播方向是任意且不确定的，该防护装备的这种规则性分布最大程度上保证了波浪在不同方向入射时的防护效果。每一个圆柱形浮筒2都通过连接机构与被保护的海上浮式结构物连接在一起。

在使用时，将连接结构1与要保护的海上浮式结构物连接，当圆柱形浮筒2的半径r、吃水d和同心圆半径R选择恰当时，中心浮式结构物受到波浪漂移力可以减小到几乎为0。由于所述连接结构1可调节至少三个所述浮筒与海上浮式结构物的距离,当入射波浪频率发生变化时，可以通过改变连接机构的尺寸和圆柱形浮筒2压载物重量来改变同心圆半径R和圆柱形浮筒2的吃水d。当入射波方向变动时，也可以改变海上浮式结构物与连接结构1的安装方向，从而使多个浮筒2达到最佳保护效果。当然，所述连接结构1与海上浮式结构物设置成转动连接，调节更方便。

本发明提供的所述海上浮式结构物的防护装置有益效果是，通过设置在海上浮式结构物周围的圆柱形浮筒2对海上浮式结构物进行保护，当任意频率任意方向的入射波浪接触到该防护装备和被保护的海上结构物时会发生扰射和反射，因此整个浮筒2群之间会同时存在着入射波和扰射波。这时入射波、扰射波之间会产生复杂的干涉现象，此时可以通过调节连接机构的尺寸和圆柱形浮筒2压载水重量来改变同心圆半径R和圆柱形浮筒2吃水d。当同心圆半径R、圆柱形浮筒2的半径r和吃水d选择合适时，波浪之间会产生有益的干涉作用，因此此时的海上浮式结构物所受的漂移力会显著减小，有利于海上浮式结构物的精准定位和正常作业。其系泊系统的受力也会减小，提高了海上浮式平台的安全性。整个装置结构较为简单，仅有连接结构1和几个浮筒2，实施容易，成本很低。

现举例说明，具体的情况是：

1.被保护的物体为圆柱形，直径1米，吃水1米。(水面以上高度任意)。

2.外围浮体数为8，每个浮体也为圆柱形，直径0.6米。

3.入射波入射的方向为相邻外浮体的对称轴方向。(可通过旋转机构调节)。

4.假设入射波长为π(＝3.1415926)米，通过优化外围浮体的尺寸(吃水d和距离中心圆柱的距离R)来使中心浮体受到保护，最后确定了外围浮体的尺寸大小为：吃水d＝0.8米(可通过往浮筒2加压载水实现)，距离中心圆柱距离R＝2.5米(可通过连接横梁调节)。

5.如图4，就像我们优化的那样，当入射波长为π米附近时，波浪漂移力都变成了0，这样中心圆柱就受到了保护。

6.不仅如此，包括中心浮体在内的所有浮体(9个浮体)的合力也变成了0，如图5所示，这样整个浮体群就通过内部波浪的干涉，受到了保护。

如图3，本实施例的可选方案中，所述伸缩结构包括至少三个连接横梁4；至少三个所述连接横梁4水平放置；

至少三个所述连接横梁4的一端均与海上浮式结构物转动连接，优选的，与海上浮式结构物的侧壁连接；至少三个所述连接横梁4的另一端分别与至少三个垂直竖梁6的一端一一对应转动连接；至少三个所述连接横梁4围绕海上浮式结构物均匀分布；

至少三个所述垂直竖梁6竖直放置，至少三个所述垂直竖梁6的另一端分别与至少三个所述浮筒一一对应连接；

至少三个所述连接横梁4和至少三个所述垂直竖梁6均采用桁架结构梁。

由于连接横梁4与海上浮式结构物和垂直竖梁6都是转动连接，转动方向可以使连接横梁4上下摆动。因而，能够根据入射波浪频率随时调整连接横梁4的角度，从而调节浮筒的分布直径。在海上浮式结构物和每一根连接横梁4之间都设置支撑梁7，支撑梁7与海上俯视结构物转动连接，与连接横梁4可拆卸连接，例如，在连接横梁4上沿长度方向设置有一排孔，支撑梁7通过挂钩挂在孔内，这样，随着连接横梁4旋转角度不同，支撑梁7插入不同的孔，来支撑连接横梁4。至少三个所述连接横梁4和至少三个所述垂直竖梁6均采用桁架结构梁，结构比较稳固，提供较大的支撑力。梁与梁之间的转动连接，可以通过转轴等方式来实现，例如，在连接横梁4的两端焊接有矩形块，垂直竖梁6的一端也焊接矩形块，矩形块与矩形块之间通过转轴转动。连接横梁和海上浮式结构物的转动连接，可以在连接横梁的端部设置有固定板，固定板与海上浮式结构物的侧壁通过螺栓连接，然后通过转轴与连接横梁转动连接。同样，支撑梁与海上浮式结构物之间也可以如此设置。

进一步的，至少三个所述连接横梁4均包括多个桁架模块，多个桁架模块顺次的可拆卸连接。

桁架结构梁可以采用现有的三角形简单桁架，每个连接横梁4可以分为多段桁架模块，段与段之间可以通过插接的方式连接，也可以通过螺栓连接等方式，从而便于调节连接横梁4的角度，根据不同的同心圆半径R，确定横梁的长度。

进一步的，至少三个所述垂直竖梁6的端部均设置有圆形的卡箍5，至少三个所述浮筒一一对应卡接在其中一个所述卡箍5内。

卡箍5卡接的方式，便于拆卸更换浮筒，向浮筒内添加压载物，以应对不同的入射波浪频率。浮筒可以做的较长，针对不同入射波浪频率，加不同重量的加载水，浮筒与卡箍的插装深度也随之变化。优选的，所述卡箍5中心设置有锥形十字架，所述十字架的中心设置有连接板。通过连接板，与垂直竖梁6通过螺栓连接。

进一步的，所述卡箍5与所述垂直竖梁6可拆卸连接。

卡箍5与垂直竖梁6也可拆卸连接，便于更换拆卸浮筒，向浮筒内添加压载水。

进一步的，所述浮筒的筒口处设置有翻边，所述翻边与所述卡箍5抵接。

通过翻边卡住浮筒，防止所述浮筒从卡箍5中脱落，起到固定浮筒的作用。

所述压载物选择便于调节不同重量的压载物，以便应对不同的入射频率的波浪。沙子或者石子等比较稳定，重量也比较容易调节，随着波浪的拍打也不易晃动洒出。

或者，所述压载物为水。

所述压载物也可以就地取材采用海水等，相对于沙子等，不需要运输，获取方便。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种海上浮式结构物的防护装置，其特征在于，包括连接结构和至少三个浮筒；

至少三个所述浮筒为中空的圆柱形；至少三个所述浮筒围绕海上浮式结构物均匀分布；至少三个所述浮筒内均装有压载物；

至少三个所述浮筒分别通过所述连接结构与海上浮式结构物连接；所述连接结构能够调节至少三个所述浮筒与海上浮式结构物的距离；

所述连接结构包括至少三个连接横梁；至少三个所述连接横梁水平放置；

至少三个所述连接横梁的一端均与海上浮式结构物转动连接，至少三个所述连接横梁的另一端分别与至少三个垂直竖梁的一端一一对应转动连接；至少三个所述连接横梁围绕海上浮式结构物均匀分布；

至少三个所述垂直竖梁竖直放置，至少三个所述垂直竖梁的另一端分别与至少三个所述浮筒一一对应连接；

至少三个所述连接横梁和至少三个所述垂直竖梁均采用桁架结构梁。

2.根据权利要求1所述的海上浮式结构物的防护装置，其特征在于，所述至少三个连接横梁和海上浮式结构物之间还设置有至少三个支撑梁，至少三个所述支撑梁的一端均与海上浮式结构物转动连接，另一端分别与至少三个连接横梁一一对应连接。

3.根据权利要求1所述的海上浮式结构物的防护装置，其特征在于，至少三个所述连接横梁均包括多个桁架模块，多个桁架模块顺次的可拆卸连接。

4.根据权利要求3所述的海上浮式结构物的防护装置，其特征在于，至少三个所述垂直竖梁的端部均设置有圆形的卡箍，至少三个所述浮筒一一对应卡接在其中一个所述卡箍内。

5.根据权利要求4所述的海上浮式结构物的防护装置，其特征在于，所述卡箍与所述垂直竖梁可拆卸连接。

6.根据权利要求5所述的海上浮式结构物的防护装置，其特征在于，所述浮筒的筒口处设置有翻边，所述翻边与所述卡箍抵接。

7.根据权利要求1所述的海上浮式结构物的防护装置，其特征在于，至少三个所述连接横梁的端部均设置有固定板，所述固定板通过螺钉与海上浮式结构物固接，所述连接横梁与所述固定板转动连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的海上浮式结构物的防护装置，其特征在于，所述压载物为水。