CN106232468B - 具有转向架轮的外转塔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于将浮式船舶(2)系泊至海床的外转塔组件(1)，该外转塔组件包括延伸结构(3)、转塔(4)和轴承组件(5、6)，其中延伸结构(3)具有转台(12)；转塔(4)通过轴承组件(5、6)可旋转地稳固在转台(12)内，并且在其下端设置有链台(11)；轴承组件(5、6)包括用于传输轴向系泊力的第一轴承装置(5)和用于传输径向系泊力的第二轴承装置(6)，第一轴承装置(5)位于转塔(4)的上端附近。在第一轴承装置(5)与第二轴承装置(6)之间沿转塔轴线(X)的距离小于第二轴承装置(6)的直径，以及第一轴承装置(5)包括转向架轮(28)，其中，第二轴承装置(6)布置在第一轴承装置(5)以下5m至20m。

Description

具有转向架轮的外转塔

技术领域

本发明涉及在近海船舶和浮式生产单元(FPU)(诸如，浮式储油卸油船(FSO)和浮式生产储油卸油船(FPSO))中使用的外转塔船舶组件，其中，转塔可旋转地连接至船舶的船首或船尾，转塔连接至烃生产立管并且通过系泊线和锚固定至海床，以使得船舶可绕转塔随风摆动(weathervane)。

背景技术

这种外转塔船舶组件在本领域是普遍已知的。

对于近海应用，使用浮式结构(诸如船舶)替代用于油井开采的平台的趋势增加。一个原因是涉及的成本更低，同时另一个原因是能够将通过从海床上的井连接出的烃流体立管接收的所产生烃存储在船舶的储油罐中。

通过轴承系统可旋转地连接至船舶月池的转塔也是多个立管的连接点，所述多个立管连接至基于海床的井头并且将烃从井传输至船舶上的加工装备。

尤其是对于温和至中性的海洋环境而言，由于这种外转塔不需要对船舶内部结构(船舶的内部完整性)进行大量且昂贵的修改，而只需对船首或船尾进行修改，因此外转塔系泊装配优于内转塔。外转塔另一有益效果是无需使用烃储油罐，而对置于船舶船身内部的转塔而言则需要使用烃储油罐。

这种外转塔船舶组件一般包括钢制箱型框架结构从而为旋转轴承装置(arrangement)提供基础部，其中该钢制箱型框架结构可任一地靠近船舶的船首或船尾或者从船舶的船首或船尾延伸出一定距离。另一有益效果是整个转塔可位于海水水平面以上。

转塔容纳具有链式系缆的链台，以及包括用于立管、立管管道、立管连接件和或歧管的空间，其中系泊腿(链、导线线缆、聚酯纤维导线或其组合)连接至该链台。可通过锚或(吸力)桩将系泊腿栓固至海床。通过放置在转塔上的转环堆来进行生产以及在船舶上的设施与海床之间建立实用连接，从而允许船舶绕固定转塔随风摆动同时令烃持续从井流动至生产船舶上的加工装备。

为了优化海下油井的使用以及为了优化近海烃田上的生产船舶的效率，需要增加立管的数量和/或直径或必须使延伸穿过转塔的导管增加，具体地因为生产阶段期间通常涉及更多的井因此需要更多立管连接至转塔。

因此，为了提高效率，需要外转塔能够涉及大量立管以及需要外转塔的直径更大。当已知外转塔的直径的大小按比例增大时，极限由转塔的外部位置(取决于船舶的结构长度横梁)以及通常用于支承外转塔的轴向-径向三排滚柱式轴承的最大直径来确定。轴向-径向三排滚柱式轴承还受限于载荷，并且在出现功能障碍或问题的情况中、在没有耗时的检修过程以及不中断烃生产过程的情况下不能被原位更换。为了解决外转塔轴承的问题，漫长且昂贵的更换、修理和检修操作需要令生产停工。

EP2145819 A1描述了这样的系泊系统，在该系泊系统中，主轴承组件包括至少两个单独的滚柱轴承，这两个滚柱轴承是可操纵的以使得一个轴承或另一轴承或二者位于操作位置，从而允许在原位对非操作轴承进行更换、检修、修理等，因而避免在更换和/或修理操作期间停工。这种方案可被认为是相当复杂的并且需要有两个单独的滚柱轴承，这大大地增加了系统的成本和工程要求。如果需要更换或完全取出(chanced out)轴承之一，则为了允许移除待更换的轴承，仍需要停止生产否则无法拆除轴承内的管道，这是非常昂贵的检修过程。

GB 2 320 231 A描述了用于与近海船舶一起使用的转塔组件，其中，转塔的轴向轴承以及径向轴承是可容易更换的。

GB 2 320 231 A的转塔组件的缺点是：未公开第一轴承装置与第二轴承装置之间沿转塔轴的最优距离，该最优距离使得转塔上的力矩最小化以及可容易地从转台的顶部到达第二轴承装置。同时，为了允许在实践中获得转塔组件构造，第一轴承装置与第二轴承装置之间的距离不应太小。对于上述问题，GB 2 320 231 A未记载。

GB 2 320 231 A本质上只解决了可互换性问题。还应注意的是，GB 2 320 231 A首先且主要涉及内转塔组件。将内转塔组件转换为外转塔组件将需要克服额外的问题。

虽然对本领域技术人员这将是清楚的，但在该专利申请的上下文中，“直径(diameter)”通常用于表示由轴承在运动时行进的圆形轨迹的直径(该圆形轨迹构成垂直于X轴的平面)。

发明内容

本发明的目的是提供外转塔船舶组件，该外转塔船舶组件减缓了上述已知系统和方法的缺点和局限性。

为此，提供了用于将浮式船舶系泊至海床的外转塔组件，该外转塔组件包括延伸结构(诸如框架)、转塔和轴承组件，其中，延伸结构具有适合于连接至船舶的船首端或船尾端的转台；转塔通过轴承组件可旋转地稳固在转台内并且在其下端设置有链台，链台具有用于连接系泊线的链式系缆，以及转塔在工作条件时置于水平面以上；轴承组件包括第一轴承装置和第二轴承装置，第一轴承装置位于转塔的上端附近并且用于传输轴向系泊力，第二轴承装置位于第一轴承装置与链台之间并且用于传输径向系泊力。该外转塔组件的特征在于，在第一轴承装置与第二轴承装置之间沿转塔轴线(X)的距离小于轴承组件的直径，即小于第二轴承装置的直径，以及第一轴承装置包括转向架轮，其中第二轴承装置布置在第一轴承装置以下5m至20m。

与已知的外转塔相比，根据本发明的外转塔船舶组件允许直径更大、载荷处理更大以及外转塔更可靠。

发明人注意到，所陈述的在第一轴向轴承装置与第二径向轴承装置之间的距离使作用在转塔上的力矩显著地减小，从而减少轴承装置的磨损进而延长使用寿命。在第一轴承装置或第二轴承装置出现磨损、功能障碍和/或毁坏的情况下，组件允许对第一轴承装置中的转向架轮和/或第二轴承装置中的滑垫进行原位更换或修理，从而避免更换和/或修理操作期间发生任何过程停工。可例如从转台的顶部容易地到达第二轴承装置，例如，通过处于第一轴承装置附近的进入或维修舱口到达第二轴承装置。

在实践中，距离较大使得转塔上的力矩过多地增大，并且降低了为检查、维修和/或更换而从转台顶部至第二轴承装置的可进入性。另一方面，距离较短将引起转台顶部附近的结构问题。实践中，以上方案一方面在减小力矩与提供从转台的顶部至第二轴承的入口之间提供非常有用的折中，另一方面创建实践上可实际实现的、具有第一轴承和第二轴承的构造。

文献EP 0 942 864 A中已经描述将转向架轮用于转塔，该文献在此通过引用并入本文，以及为对包括转向架轮装置的第一轴向轴承装置进行详述申请人引用此文献。

根据本发明的实施方式，外转塔船舶组件的特征在于，转塔被永久性拦水围绕件环绕。

这种围绕件的出现保护轴承装置不被海洋环境腐蚀，以及确保轴承的不同部件有更长的使用寿命。

根据本发明的实施方式，外转塔船舶组件的特征在于，径向圆形轴承包括多个滚柱轮。

根据本发明的实施方式，外转塔船舶组件的特征在于，第一轴向轴承装置和第二径向轴承装置二者均放置在水平面以上。

根据本发明的实施方式，外转塔船舶组件的特征在于，转塔包括用于接纳从海底延伸出的多个立管的立管甲板，立管甲板沿转塔的方向置于比第一轴承装置更高的位置处。

有益的实施方式进一步由从属权利要求限定。

附图说明

以下结合所附附图对目前优选的实施方式进行描述，在各图中，相同的附图标记代表相同的元件，以及其中：

图1示出根据该发明的外转塔船舶组件的示意性侧视图；

图2在横截面中示出图1的根据该发明的外转塔船舶组件的几个部件的放大细节；以及

图3示出根据该发明的外转塔船舶组件的外转塔的实施方式的俯视图。

具体实施方式

将针对具体实施方式以及参照某些图对本发明进行描述，但该发明不限于此。所描述的图仅仅是示意性的而非限制性的。在图中，出于说明性的目的，一些元件的尺寸可能被放大且可能没有按比例绘制。

此外，在描述中术语第一、第二、第三等用来将相似的元件区分开而不一定用于描述顺序或时间次序。该术语在适当的环境下是可互换的，且该发明的实施方式可按不同于本文所描述或示出的顺序来操作。

此外，在描述中，术语顶部、底部、在……上、在……下等出于描述性目的而使用，而不一定用于描述相对位置。因此，所使用的术语在适当的环境下是可互换的，本文所描述的发明的实施方式可以以不同于本文所描述或示出的方位来操作。

术语“包括”不应理解为受限于其后列出的装置，其不排除其他元件或步骤。该术语需要理解为：指出存在如所提到的所述特征、整体、步骤或部件，但不排除存在或添加一个或多个其他特点、整体、步骤或部件或其集合。因此，表述“设备包括装置A和B”的范围不应限于仅由部件A和B组成的设备。这意味着，针对本描述，设备仅有的相关部件是A和B。

图1示意性示出外转塔船舶组件1。船舶用2表示。应理解的是，船舶2可指可与该发明一起使用的任何浮式结构。框架3从船舶2的船首延伸出，但其可从船舶2的船尾同等地延伸出。在转塔的顶部上，设置转环9以用于在从海底延伸出的立管与船舶2上的管道之间实现流体连接。

在图2中，示出外转塔船舶组件1的几个部件的放大细节。可以看出，具有转塔轴线X的外转塔4通过轴承装置5、6可旋转地稳固至框架3，所述轴承装置5、6设置在框架3与转塔4之间并且支承转塔4的重量。设置第一轴向轴承装置5和第二径向圆形轴承装置6，第一轴向轴承装置5包括转向架轮装置。径向圆形轴承装置6可例如包括多个滑垫或多个滚柱轮。在图2中，转塔4具有由至少一个系泊线7锚固的下端(具体为链台11)，所述系泊线7延伸至海底以将转塔4锚固在对地静止的位置中。在图2中示出的实施方式中，转塔4包括用于接纳从海底延伸出的多个立管的立管甲板8，所述立管甲板8沿转塔4的方向放置在比第一轴向轴承装置5和第二径向轴承装置6更高的位置处。

外转塔单点系泊系统1可包括呈轴向转向架形式的第一轴承装置5和呈径向轮形式的第二轴承装置6。系统1可永久地整合至生产船舶2，并允许生产船舶2被动地“随风摆动”并且占据对盛行天气阻力最小的位置，同时在海下设施与浮筒(floater)之间传输流体、电力和控制信号。

所提出的外转塔系泊系统1包括固定部分(对地静止的)30和旋转部分29。转塔固定部分30(对地静止的)形成船舶2系泊的不随风摆动侧，所述转塔固定部分30包括转塔柱体20、位于下缘处的链台11以及歧管。转塔固定部分30通过大直径的转向架系统连接至船舶2，如图3中更清楚地示出。

转塔柱体20和链台11位于转台12内的柱状形月池中。歧管结构位于顶上，其可容纳管道、安装和生产装备以及转环堆9。

固定部分30容纳立管终端以及立管悬挂凸缘与转环入口之间的管道。固定部分结构30通过转台12将来自锚固腿的系泊载荷以及将立管载荷传输至刚性臂。

旋转部分29附接至船舶2，因而绕固定部分30随风摆动。通常，旋转部分29包括转台12和刚性臂以及吊架13。

下文中将更详细地解释固定转塔部分30(通过系泊线7连接至海床)所包括的部件：

链台11

链台11具有两个功能：

1.支承联接件(unijoint)以及将系泊载荷传输至转塔4；

2.充当悬挂至立管、连接管和/或其弯曲加固件的悬挂点。

链台11设计成环状箱形结构。其在3个区段中容纳两行同轴引导管道，立管8和连接管将被引导通过该两行同轴管道并且弯曲加固件将固定至这两行同轴管道。I型管的尺寸主要由其容纳的立管8决定。

环状结构还容纳3个联接铸件，每一联接铸件连接至一捆系泊线7以及连接至4中的链式连接器组件。为了促进FPSO的系泊和立管钩挂，在链台11以下设置有格栅状进入平台或子链台平台21。此平台21位于链台11以下，并且将是具有可拆卸部分的永久性器材以便在系统设计寿命期间的安装与维修。

转塔柱体20

转塔柱体20在顶部将链台11接合至立管甲板19。转塔柱体20是具有环状加固件的制造成柱状的壳结构，其设计成阻挡水以及支承包围立管8和连接管的所有立管I型管。转塔柱体20提供从链式附接件至随风摆动系统的载荷传输路径。

立管甲板19

转塔立管甲板结构19为立管8的终端提供支承，并且为歧管甲板的安装件。所有的立管8I型管穿过立管甲板19在一行或多行同轴立管终端支承中终止。立管甲板结构19的圆周部分是钢制柱状壳结构，该钢制柱状柱壳结构连接至转塔柱体20并且分别与轴向转向架轮5、28(参见图3)的水平运行轨道相适应，以及如果需要，还与径向轮6的竖直运行轨道相适应。转塔4的重量和来自锚固腿、立管8以及连接管的竖直载荷通过轴向转向架轮5、28传输至转台12，而水平系泊载荷通过径向轮6输送。

歧管结构

转塔歧管安装在立管甲板19的顶部上，并且由几个栅格状甲板形成。从一个甲板到另一甲板的入口由位于吊架13上的竖梯和阶梯来提供，并且可经由与歧管甲板齐平的所设旋转部分进入平台来进入。

绞车甲板17支承供锚固腿和立管8钩挂来使用的主安装绞车16。

转环堆9坐落于竖井(即位于中央甲板或海下装备室(SER)甲板15处的转环支承14)上。竖井的底部是敞开的以允许从歧管甲板路由至转环的管道经过，以及提供通向转环堆9的下侧的入口。

下文中将更详细地解释旋转转塔部分29(连接至船舶)包括的部件：

转台12

转台12结构附接至刚性臂3或延伸结构3，以及包括挂接刚性臂3的焊接钢制箱形结构。转台12包括中央开口，转塔固定部分刚好放入该中央开口中。

在转台12的顶部上，厚环形板为轴向转向架5、28提供支承，而两个其他的厚环形板为下面的(诸如若干米之下，例如5m至20m，优选地8m至15m，诸如10m)径向轮6提供容纳部。由转台12通过刚性臂3将所有载荷从转塔固定部分30传输至船舶2。

转台12提供适当的顶部甲板表面以允许维修和检查人员可进入转塔的固定部分30，其中所述转塔包括随风摆动部件。转台12还为坐于其顶部的吊架13提供支承。转台12结构的可靠功能通过具有足够的刚性结构来确保，以使得由系泊载荷引起的变形最小化。

刚性臂3或延伸结构3

转塔4将通过作为船舶2与转塔4之间的主结构连接体的刚性臂3或延伸结构3而接合至船舶2结构。

吊架13

吊架13结构是桥接转塔歧管甲板并环绕转环堆的升举支承框架。

框架结构整合在吊架13结构上，其中所述框架结构提供通向各级转环堆9的入口并且支承各个转环驱动机构。楼梯入口系统和阶梯入口系统设置成容许安全进入围绕转环堆的平台。

此框架结构的顶部上布置有吊运车横梁以用于材料处理和转环维修。

绕船舶2旋转的吊架13结构支承加工、水力和实用管道，以及支承连接在船舶2与转环堆9的旋转部分之间的电力和信号线缆。

图3示出外转塔船舶组件1的外转塔4的实施方式的俯视图，其中，转塔4被永久性拦水围绕件(barrage enclosure)10环绕。拦水围绕件10降低了腐蚀性海洋环境毁坏轴承装置的风险，以及确保轴承的不同部件有更长的使用寿命。

此外，示出永久性转向架撤出轨道结构22，以用于优选地在径向方向上撤出构成第一轴承装置的转向架轮28。

还设置初级入口27和次级入口26以及转塔安放区域23。为径向轮设置维修舱口24，以及为径向轮进入平台设置进入舱口25。

以上说明详述了本发明的某些实施方式。然而，应理解的是，无论以上文字多么详细，本发明都可以以诸多方式来实施。应注意的是，当对本发明的某些特点或方面进行描述时，特定术语的使用不应被认为是意味着：术语在本文中被重定义从而限制成包括本发明的特征或方面的、与该术语相关联的任何具体特性。

虽然以上详细说明已示出、描述和指出本发明在应用于各实施方式时的新颖特征，但应理解的是，在不背离本发明的精神的情况下，本技术领域的技术人员可在形式和细节方面对所示设备或过程作出多种省略、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求指示，而不是由前述说明指示。落入权利要求等同的含义和范围内的所有变型均囊括在权利要求的范围内。

附图标记列表

1.外转塔船舶组件

2.船舶

3.框架

4.外转塔

5.第一轴向轴承装置

6.径向圆形轴承装置

7.系泊线

8.立管

9.转环

10.拦水围绕件

11.链台

12.转台

13.吊架

14.转环支承

15.海下装备室甲板

16.主安装绞车

17.绞车甲板

18.绞车基座

19.立管甲板

20.转塔柱体

21.子链台平台

22.永久性转向架撤出轨道结构

23.转塔安放区

24.用于径向轮的维修舱口

25.通向径向轮进入平台的进入舱口

26.次级入口

27.初级入口

28.转向架轮

29.转塔旋转部分

30.转塔固定部分

Claims (11)

1.用于将浮式船舶(2)系泊至海床的外转塔组件(1)，包括：

-延伸结构(3)，具有适合于连接至所述船舶的船首端或船尾端的转台(12)；

-转塔(4)，通过轴承组件可旋转地稳固在所述转台(12)内，并且在其下端设置有链台(11)，所述链台(11)具有用于连接系泊线的链式系缆，所述转塔(4)在工作条件下置于水平面之上；

-所述轴承组件，包括第一轴承装置(5)和第二轴承装置(6)，所述第一轴承装置(5)位于所述转塔(4)的上端附近，用于传输轴向系泊力，所述第二轴承装置(6)位于所述第一轴承装置(5)与所述链台(11)之间，用于传输径向系泊力；

其特征在于，在所述第一轴承装置(5)与所述第二轴承装置(6)之间沿所述转塔的轴线(X)的距离小于所述轴承组件的直径，即小于所述第二轴承装置(6)的直径，以及所述第一轴承装置(5)包括转向架轮(28)，其中所述第二轴承装置(6)布置在所述第一轴承装置(5)下方5m至20m，以减少作用于所述转塔上的力矩并且能够从所述转台(12)的顶部到达所述第二轴承装置(6)。

2.根据权利要求1所述的外转塔组件(1)，其特征在于，所述第二轴承装置(6)包括可更换的周向设置的径向滚柱轮。

3.根据权利要求1或2所述的外转塔组件(1)，其特征在于，所述第一轴承装置(5)设置在封闭的拦水围绕件(10)内以防所述第一轴承装置进海水。

4.根据权利要求1或2所述的外转塔组件(1)，其特征在于，所述转塔(4)包括用于接纳多个立管(8)的立管甲板(19)，所述立管甲板沿所述转塔的轴线(X)设置在所述第一轴承装置(5)上方。

5.根据权利要求1或2所述的外转塔组件(1)，其特征在于，所述转台(12)的高度最多为所述转塔高度的60％。

6.根据权利要求1或2所述的外转塔组件(1)，其特征在于，所述链台(11)设置有子链台平台(21)，所述子链台平台(21)的直径大于所述第一轴承装置(5)的直径和所述第二轴承装置(6)的直径。

7.根据权利要求6所述的外转塔组件(1)，其特征在于，所述子链台平台(21)设置有在输送期间固定链式系缆的位置的装置。

8.根据权利要求1或2所述的外转塔组件(1)，其中，设置有永久性转向架撤出轨道结构(22)以用于撤出所述转向架轮。

9.根据权利要求8所述的外转塔组件(1)，其中，所述转向架轮在径向方向上撤出。

10.根据权利要求1或2所述的外转塔组件(1)，其中，所述转向架轮构成径向轮进入平台，设置有维修舱口(24)或进入舱口(25)以用于进入所述径向轮进入平台中的转向架轮。

11.一种近海船舶(2)，设置有根据权利要求1或2所述的外转塔组件(1)。