CN106114775A - 一种平台立柱及海洋平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种平台立柱及海洋平台，涉及海洋工程技术领域，为解决海洋平台受涡激运动影响较大、稳定性较差的问题。所述平台立柱包括：依次连接的第一段、第二段和第三段，所述第一段的底部面积小于所述第三段的顶部面积，所述第二段的顶面与所述第一段的底面形状相同、面积相等，所述第二段的底面与所述第三段的顶面形状相同、面积相等，所述第二段的横截面积从上到下逐渐增大。所述平台立柱应用于海洋平台。

Description

一种平台立柱及海洋平台

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，尤其是涉及一种平台立柱及海洋平台。

背景技术

海洋平台为在海上进行钻井、采油、集运、观测、施工等活动提供生产和生活设施的构筑物。半潜式平台为常用的海洋平台的一种，主要由上部结构、下浮体和立柱构成，上部结构用于装设钻井机械、平台操作设备等。

半潜式平台根据吃水程度分为浅吃水半潜平台和深吃水半潜平台，其中吃水小于30米的平台为浅吃水半潜平台，吃水大于30米的平台为深吃水半潜平台。增加浮式半潜平台的吃水会减小垂荡运动(即垂向的运动)，因为下浮体在水面以下越深，它受到的波浪激励就越小，因此，深吃水半潜平台的垂向运动要比浅吃水半潜平台的垂向运动要小。

半潜式平台吃水的增加通过增长立柱来实现，尽管将下浮体放得更深可以减小垂荡运动，但是立柱越长越容易导致“涡激诱导运动(Vortex Induced Motion，简称VIM)”。VIM会引发海洋平台在水平面内产生长周期大振幅的往复运动，这种大范围的往复运动对海洋平台以及与海洋平台相连的锚缆和立管等结构的疲劳损坏影响很大，进而影响正常的海上作业。此外，由于半潜平台的组装位置通常在码头，但是码头的水深一般只能达到9.0－10.5米，因此，在码头组装时，船体在必须提供足够的浮力来支撑其本身重量和上部模块重量的同时，仍须保持吃水小于9.0－10.5米。对于深吃水半潜平台而言，要在码头维持这么浅的吃水很困难，从而导致了深吃水半潜平台很难在码头完成组装工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平台立柱，以解决现有技术中存在的海洋平台受涡激运动影响较大、稳定性较差的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供的平台立柱，包括：依次连接的第一段、第二段和第三段，所述第一段的底部面积小于所述第三段的顶部面积，所述第二段的顶面与所述第一段的底面形状相同、面积相等，所述第二段的底面与所述第三段的顶面形状相同、面积相等，所述第二段的横截面积从上到下逐渐增大。

进一步地，所述第二段的高度占所述第一段、所述第二段和所述第三段的高度之和的15％－50％。

优选地，所述第三段的宽度与相同方向上所述第一段的宽度之间的差值范围为所述第一段的宽度的25％－50％。

可选地，所述第二段的侧面与竖直面之间夹角范围为5°－20°。

可选地，所述第一段和所述第三段均为长方体结构，所述第二段为四棱台结构。

优选地，所述第二段的四个侧面与所述第二段的底面之间的夹角的角度相同。

可选地，所述第一段和所述第三段均为圆柱结构，所述第二段为圆台结构。

进一步地，还包括第四段和第五段，所述第四段的顶面与所述第三段的底面相连且面积相等，所述第四段的底面与所述第五段的顶面相连且面积相等，所述第四段的底面面积大于所述第四段的顶面面积。

相对于现有技术，本发明所述的平台立柱具有以下优势：

与现有技术中的从上到下截面积相等的平台立柱相比，本发明所述的平台立柱从上到下至少分为三部分，且三部分的截面积均不相同。由于当主体的固有频率与漩涡脱落的频率接近时，涡激运动现象最为明显，对结构的损害更大，因此，当将本发明提供的立柱应用于海洋平台中时，由于本发明提供的平台立柱中，由上到下三部分的固有频率均不相同，因此与涡流的释放频率均接近的可能性降低，从而可以有效减轻涡激运动。同时，由于本发明提供的平台立柱的三部分的截面尺寸有所差异，三部分不同截面的主体结构打破了漩涡脱落的周期规律，因此，在平台立柱的长度方向上，可有效激发涡激运动的长度减少，从而减轻了涡激运动。本发明提供的平台立柱的多段设计能够有效抑制漩涡脱落引起的涡激运动，降低涡激运动对海洋平台以及与海洋平台相连的锚缆和立管产生的疲劳损伤。

同时，当将本发明提供的平台立柱应用于深吃水半潜平台中时，由于第三段的底部面积最大，第一段的顶部面积最小，因此，当将平台立柱置于水中时，与现有技术中相同长度的立柱相比，本发明的平台立柱底部浮力变大，从而可以降低立柱的空载吃水，从而使得深吃水半潜平台可以在码头等水位较浅处完成组装工作。此外，在拖拽移动采用了本发明所述的平台立柱的海洋平台时，由于平台立柱的底部体积较大，因此稳定性更强。

在将应用有本发明提供的平台立柱的海洋平台压载下沉的过程中，由于第二段的顶面与第一段的底面的形状相同、面积相等，第二段的底面与第三段的底面形状相同、面积相等，第二段的横截面积呈线性变化；也就是说，第一段与第二段之间、第二段与第三段之间均不存在过渡平台。因此，在将应用有上述平台立柱的海洋平台压载下沉的过程中不会出现立柱截面积的突然变化，从而使得应用有上述平台立柱的海洋平台在压在下沉的过程中具有较好的稳定性。

本发明的另一目的在于提供一种海洋平台，以解决现有技术中存在的海洋平台受涡激运动影响较大、稳定性较差的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种海洋平台，包括：上部结构，用于支撑所述上部结构、如上述技术方案所述的平台立柱，所述平台立柱的数量为多个，相邻的所述平台立柱之间设置有下浮体。

进一步地，所述下浮体包括两个连接部和位于两个所述连接部之间的中部，所述下浮体通过两个所述连接部分别与对应的两个所述平台立柱相连；所述连接部的高度从与所述下浮体的连接处到与所述中部的连接处逐渐减小。

相对于现有技术，本发明所述的海洋平台具有以下优势：

所述海洋平台与上述平台立柱相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的海洋平台的结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的海洋平台的侧视图一；

图3为本发明实施例提供的海洋平台中平台立柱的俯视图一；

图4为本发明实施例提供的海洋平台的结构示意图二；

图5为本发明实施例提供的海洋平台的侧视图二；

图6为本发明实施例提供的海洋平台中平台立柱的俯视图二；

图7为本发明实施例提供的海洋平台的结构示意图三；

图8为本发明实施例提供的海洋平台的侧视图三；

图9为本发明实施例提供的海洋平台的结构示意图四；

图10为本发明实施例提供的海洋平台的侧视图四；

图11为本发明实施例提供的海洋平台的侧视图五。

图中：

11－第一段； 12－第二段； 12a、12b、12c、12d－侧面；

13－第三段； 14－第四段； 15－第五段；

2－上部结构； 3－下浮体； 31－连接部；

32－中部。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

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“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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“吃水”，浮式海洋结构物的吃水定义为水面到结构物的底部的垂向距离。

实施例一

如图1－11所示，本发明实施例提供的平台立柱，包括：依次连接的第一段11、第二段12和第三段13，第一段11的底部面积小于第三段13的顶部面积，第二段12的顶面与第一段11的底面形状相同、面积相等，第二段12的底面与第三段13的顶面形状相同、面积相等，第二段12的横截面积从上到下逐渐增大。

与现有技术中的从上到下截面积相等的平台立柱相比，本发明实施例所述的平台立柱从上到下至少分为三部分，且三部分的截面积均不相同。由于当主体的固有频率与漩涡脱落的频率接近时，涡激运动现象最为明显，对结构的损害更大，因此，当将本发明实施例提供的立柱应用于海洋平台中时，由于本发明实施例提供的平台立柱中，由上到下三部分的固有频率均不相同，因此与涡流的释放频率均接近的可能性降低，从而可以有效减轻涡激运动。同时，由于本发明实施例提供的平台立柱的三部分的截面尺寸有所差异，三部分不同截面的主体结构打破了漩涡脱落的周期规律，因此，在平台立柱的长度方向上，可有效激发涡激运动的长度减少，从而减轻了涡激运动。本发明实施例提供的平台立柱的多段设计能够有效抑制漩涡脱落引起的涡激运动，降低涡激运动对海洋平台以及与海洋平台相连的锚缆和立管产生的疲劳损伤。

同时，当将本发明实施例提供的平台立柱应用于深吃水半潜平台中时，由于第三段13的底部面积最大，第一段11的顶部面积最小，因此，当将平台立柱置于水中时，与现有技术中相同长度的立柱相比，本发明实施例的平台立柱底部浮力变大，从而可以降低立柱的空载吃水，从而使得深吃水半潜平台可以在码头等水位较浅处完成组装工作。此外，在拖拽移动采用了本发明实施例所述的平台立柱的海洋平台时，由于平台立柱的底部体积较大，因此稳定性更强。

在将应用有本发明实施例提供的平台立柱的海洋平台压载下沉的过程中，由于第二段12的顶面与第一段11的底面的形状相同、面积相等，第二段12的底面与第三段13的底面形状相同、面积相等，第二段12的横截面积呈线性变化；也就是说，第一段11与第二段12之间、第二段12与第三段13之间均不存在过渡平台。因此，在将应用有上述平台立柱的海洋平台压载下沉的过程中不会出现立柱截面积的突然变化，从而使得应用有上述平台立柱的海洋平台在压在下沉的过程中具有较好的稳定性。

具体实施时，平台立柱整体呈现为细长的管状，它的内部包括多个垂直的相叠的舱室，舱室由舱壁围成，可以布置固体压载、压载水、空气或者它们的组合以对平台立柱的浮力进行控制，从而控制海洋平台的浮力。第一段11、第二段12和第三段13的截面形状相同，截面形状可以为圆形、椭圆形、矩形、多边形等。如图9和图10所示，当截面形状为圆形时，第一段11和第三段13均为圆柱结构，第二段12为圆台结构；当截面形状为矩形或者多边形时，第一段11和第三段13均为棱柱结构，第二段12为棱台结构；如图1－6所示，截面为正方形，如图7和图8所示，截面为正六边形；不同截面形状的平台立柱的结构类似，为了便于描述，下文中以截面形状为正方形为例对平台立柱的设置方式进行具体描述。

如图1－3所示，当第一段11、第二段12和第三段13的截面形状均为正方形时，第一段11和第三段13均为长方体结构，第二段12为四棱台结构，在第二段12中，其中一对相邻的两个侧面12c和12d与底面垂直，另外两个相邻的侧面12a和12b与底面之间的夹角均为锐角且角度相同，以保证在第二段12中，截面面积从上到下呈线性变化(斜率相同)；当将上述平台立柱应用于海洋平台中时，海洋平台中设置有多个平台立柱，多个平台立柱围绕海洋平台的中轴线均匀排布，且第二段12中与底面垂直的两个侧面朝向海洋平台的内侧，第二段12中与底面成锐角的两个侧面朝向海洋平台的外侧。值得一提的是，第一段11、第二段12和第三段13中，相邻的两个侧面的交界处可以做成倒角。

在本实施例中，第三段13的宽度与相同方向上第一段11的宽度之间的差值至少为第一段11的宽度的5％，优选为第一段11宽度的15％－75％，更为优选为第一段11宽度的25％－50％。在图2所示平台立柱中，第三段13的宽度与相同方向上第一段11的宽度之间的差值为第一段11的宽度的31.6％。

当将上述平台立柱应用于深吃水半潜平台中时，为满足深水作业布置，平台立柱的总高度应大于30米，在36米－60米之间为宜；可根据海洋平台的吃水来设置第二段12的高度，具体地，第二段12的高度以大于等于海洋平台吃水的5％为宜，优选为大于等于海洋平台的吃水的15％，更为优选为海洋平台吃水的30％－50％。搬迁平台的深吃水结合平台立柱的组成部分第一段11、第二段12和第三段13的几何外形设计能够减小深吃水半潜平台的垂荡和VIM运动，也能够增加深吃水半潜平台的浮力和稳性。

在第一段11、第二段12和第三段13中，第二段12的高度大于等于第一段11、第二段12和第三段13的高度之和的2％，优选为大于等于高度和的10％，更为优选为第二段12的高度为第一段11、第二段12和第三段13的高度之和的15％－50％，在图2中，第二段12的高度为第一段11、第二段12和第三段13的高度之和的31％。

在本实施例中，第二段12的侧面与竖直面之间的夹角为θ，夹角θ处于3°－60°之间，优选为处于5°－60°之间，更为优选为处于5°－20°之间。图2中，θ为16.5°。

作为对上述结构的变形，如图4－6所示，当第一段11、第二段12和第三段13的截面形状均为正方形时，第一段11和第三段13均为长方体结构，第二段12为四棱台结构，请参阅图6，在第二段12中，四个侧面12a、12b、12c、12d与底面之间的夹角均为锐角且角度相同。如此设计，通过给第二段12的所有侧面设置斜度，可以在保持海洋平台总体尺寸和外周边界不变的前提下，增加周向上两相邻立柱间的水平距离或跨度，从而可以增强海洋平台的稳定性。

作为对上述各种平台立柱的变形，平台立柱还可以包括更多段，每两段为一组，每组内两段中，其中一段结构形状与第二段12相同但尺寸不同，另一段的结构形状与第三段13相同但尺寸不同，但是在整个平台立柱中，各段的宽度从上到下依次增加。例如，平台立柱还包括第四段14和第五段15，第四段14的顶面与第三段13的底面相连且面积相等，第四段14的底面与第五段15的顶面相连且面积相等，第四段14的底面面积大于第四段14的顶面面积。其中，第四段14的结构形状与第二段12相同，但是第四段14的宽度比第三段13宽，第五段15的结构形状与第三段13相同，但是第五段15的宽度比第四段14宽。

实施例二

如图1－11所示，本发明实施例二提供了一种海洋平台，包括：上部结构2，用于支撑上部结构2、如上述实施例一所述的平台立柱，平台立柱的数量为多个，相邻的平台立柱之间设置有下浮体3。海洋平台与上述平台立柱相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

进一步地，下浮体3包括两个连接部31和位于两个连接部31之间的中部32，下浮体3通过两个连接部31分别与对应的两个平台立柱相连；连接部31的高度从与下浮体3的连接处到与中部32的连接处逐渐减小。

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32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 (10)

1.一种平台立柱，其特征在于，包括：依次连接的第一段(11)、第二段(12)和第三段(13)，所述第一段(11)的底部面积小于所述第三段(13)的顶部面积，所述第二段(12)的顶面与所述第一段(11)的底面形状相同、面积相等，所述第二段(12)的底面与所述第三段(13)的顶面形状相同、面积相等，所述第二段(12)的横截面积从上到下逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的平台立柱，其特征在于，所述第二段(12)的高度占所述第一段(11)、所述第二段(12)和所述第三段(13)的高度之和的15％－50％。

3.根据权利要求1所述的平台立柱，其特征在于，所述第三段(13)的宽度与相同方向上所述第一段(11)的宽度之间的差值范围为所述第一段(11)的宽度的25％－50％。

4.根据权利要求1所述的平台立柱，其特征在于，所述第二段(12)的侧面与竖直面之间夹角范围为5°－20°。

5.根据权利要求1－4任一项所述的平台立柱，其特征在于，所述第一段(11)和所述第三段(13)均为长方体结构，所述第二段(12)为四棱台结构。

6.根据权利要求5所述的平台立柱，其特征在于，所述第二段(12)的四个侧面与所述第二段(12)的底面之间的夹角的角度相同。

7.根据权利要求1－4任一项所述的平台立柱，其特征在于，所述第一段(11)和所述第三段(13)均为圆柱结构，所述第二段(12)为圆台结构。

8.根据权利要求1所述的平台立柱，其特征在于，还包括第四段(14)和第五段(15)，所述第四段(14)的顶面与所述第三段(13)的底面相连且面积相等，所述第四段(14)的底面与所述第五段(15)的顶面相连且面积相等，所述第四段(14)的底面面积大于所述第四段(14)的顶面面积。

9.一种海洋平台，其特征在于，包括：上部结构(2)，用于支撑所述上部结构(2)、如权利要求1－8任一项所述的平台立柱，所述平台立柱的数量为多个，相邻的所述平台立柱之间设置有下浮体(3)。

10.根据权利要求9所述的海洋平台，其特征在于，所述下浮体(3)包括两个连接部(31)和位于两个所述连接部(31)之间的中部(32)，所述下浮体(3)通过两个所述连接部(31)分别与对应的两个所述平台立柱相连；所述连接部(31)的高度从与所述下浮体(3)的连接处到与所述中部(32)的连接处逐渐减小。