CN108639249A - 浮力式单点系泊系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种浮力式单点系泊系统，涉及船舶与海洋工程装备技术领域。该系统用于供船舶系泊，包括系泊塔、浮力机构、系泊腿以及系泊臂：系泊塔固定立于海底并出露于水面之上，浮力机构漂浮于水面上并位于系泊塔与船舶之间；系泊腿的两端分别可转动地连接于船舶以及浮力机构；系泊臂的一端连接于浮力机构，系泊臂另一端可转动地连接于系泊塔。一方面可以有效减小船舶位移，避免压溃现象，从而避免系泊系统或船舶的撞击和损坏；另一方面，使用浮力机构将浮力转化为恢复力，不需要额外增加阻尼器，可以降低建造、维护以及修理成本；再一方面，使用浮箱作为浮力机构，还可以在浮箱中存储大量的油、气和水等，作为海上燃油供给站。

Description

浮力式单点系泊系统

技术领域

本公开涉及船舶与海洋工程装备技术领域，尤其涉及一种浮力式单点系泊系统。

背景技术

石油是推动经济发展的血液，近年来新发现的油气田60％位于海上，且有向深海区域集中的趋势。系泊系统是可供海上油轮例如FPSO(Floating Production Storage andOffloading，浮式生产储油卸油装置)等不用停靠码头就可以进行原油装卸的“浮动式码头”。与传统的固定式原油码头相比，系泊系统具有原油装卸能力大、建造投资省、工期短、受气候影响较小的优点。

系泊系统通常可以包括多点系泊系统和单点系泊系统，而其中多点系泊系统比较适用于海况较好的海域，相比于多点系泊，单点系泊方式的应用更加广泛。单点系泊系统，就是将FPSO固定在海上单个系泊点处。在风、浪和海流的作用下，FPSO会以单点系泊为中心进行360度旋转，如此就大大减少了海流对船体的冲击。单点系泊系统又进一步包括转塔和软刚臂单点系泊系统。其中传统软刚臂单点系泊系统通常为“双瓶式”结构，与系泊头连接端呈A字头结构，在风流突然转向FPSO前冲过激的情况下，可能发生A字头压溃，从而造成系泊腿的极限拉伸或船艏与压载水舱的撞击，导致系泊平台和系泊船舶的损坏。

为减少系泊平台和系泊船舶的碰撞及损坏，有必要研究一种浮力式单点系泊系统。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种浮力式单点系泊系统，以减少系泊平台和系泊船舶的碰撞及损坏。

根据本公开的一个方面，提供一种浮力式单点系泊系统，用于供船舶系泊，所述浮力式软钢臂单点系泊系统包括系泊塔、浮力机构、系泊腿以及系泊臂：

所述系泊塔固定立于海底并出露于水面之上；

所述浮力机构漂浮于水面上，并位于所述系泊塔与所述船舶之间；

所述系泊腿第一端可转动地连接于所述船舶，所述系泊腿第二端可转动地连接于所述浮力机构；

所述系泊臂第一端连接于所述浮力机构，所述系泊臂第二端可转动地连接于所述系泊塔。

在本公开的一种示例性实施例中，所述浮力式单点系泊系统还包括系泊构架：

所述系泊构架设于所述船舶的船艏，所述系泊腿第一端可转动地连接于所述系泊构架。

在本公开的一种示例性实施例中，所述系泊腿数量为两个，各所述系泊腿第一端分别可转动地连接于所述系泊构架，各所述系泊腿的第二端分别可转动地连接于所述浮力机构的顶面上，且两个所述系泊腿相互平行。

在本公开的一种示例性实施例中，所述浮力式单点系泊系统还包括万向接头：

所述万向接头数量为四个，每两个所述万向接头分别设于所述系泊腿的两端，以使所述系泊腿的两端分别可转动地连接于所述浮力机构以及所述系泊构架。

在本公开的一种示例性实施例中，所述系泊塔包括导管架、系泊转盘以及纵摇-横摇铰接头：

所述导管架立于海底并出露于水面之上；

所述系泊转盘套设于所述导管架顶端；

所述纵摇-横摇铰接头设于所述系泊转盘上，并连接于所述系泊臂第二端。

在本公开的一种示例性实施例中，

所述系泊转盘设有轴与轴座，所述轴座可绕所述轴在水平面内做圆周转动；

所述纵摇-横摇铰接头连接于所述轴座，所述纵摇-横摇铰接头连接于所述轴座以及所述系泊臂之间，以使所述系泊臂实现纵摇以及横摇。

在本公开的一种示例性实施例中，所述系泊臂为A字型结构，所述A字型系泊臂顶端可转动地连接于所述纵摇-横摇铰接头，所述A字型系泊臂两个尾端分别连接于所述浮力机构的侧面。

在本公开的一种示例性实施例中，所述浮力机构包括浮箱以及浮块中的一种。

在本公开的一种示例性实施例中，所述浮箱包括箱体以及至少一个接口：

所述箱体在竖直方向上具有预设高度，以及所述箱体在水平方向上的投影为长方形或椭圆形；

至少一个所述接口设于所述箱体上，用于注入或放出流体。

在本公开的一种示例性实施例中，所述流体为石油、天然气以及水中的一种或多种。

本公开提供的一种浮力式单点系泊系统，用于供船舶系泊，该系统包括系泊塔、浮力机构、系泊腿以及系泊臂：系泊塔固定立于海底并出露于水面之上，浮力机构漂浮于水面上并位于系泊塔与船舶之间；系泊腿的两端分别可转动地连接于船舶以及浮力机构；系泊臂的一端连接于浮力机构，系泊臂另一端可转动地连接于系泊塔。

船舶正常漂浮时，漂浮于水面上的浮力机构以及船舶均处于一平衡位置；当船舶远离或靠近系泊塔时，一同带动浮力机构上浮或下沉，浮力机构变化的浮力为船舶提供了指向其平衡位置的恢复力；采用浮力机构例如浮箱，相比于传统的刚臂，其体积和重量要大很多，当船舶远离或靠近系统时，可以提供较大的恢复力。

由上述技术方案可知，本公开提供的浮力式单点系泊系统，其优点和积极效果在于：

采用浮力机构代替传统的刚臂系统，一方面可以有效减小船舶位移，避免压溃现象，从而避免系泊系统或船舶的撞击和损坏；另一方面，使用浮力机构将浮力转化为恢复力，不需要额外增加阻尼器，可以降低建造、维护以及修理成本；再一方面，使用浮箱作为浮力机构，还可以在浮箱中存储大量的油、气和水等，作为海上燃油供给站。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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示出本公开示例性实施例中浮力式单点系泊系统的作业状态侧视结构示意图；

图2示出本公开示例性实施例中浮力式单点系泊系统的作业状态俯视结构示意图；

图中主要元件附图标记说明如下：10、船舶；20、系泊塔；21、导管架；22、系泊转盘；23、纵摇-横摇铰接头；30、浮力机构；40、系泊腿；50、系泊臂；60、系泊构架；70、万向接头。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

本说明书中使用用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

本示例实施方式提供了一种浮力式单点系泊系统，用于供船舶10系泊，如图1、图2所示，其优点和积极效果在于：

本公开提供的一种浮力式单点系泊系统，该系统可以包括系泊塔20、浮力机构30、系泊腿40以及系泊臂50：系泊塔20可以固定立于海底并出露于水面之上，浮力机构30可以漂浮于水面上并位于系泊塔20与船舶10之间；系泊腿40的两端分别可转动地连接于船舶10以及浮力机构30；系泊臂50的一端连接于浮力机构30，系泊臂另一端可转动地连接于系泊塔20。

船舶正常漂浮时，漂浮于水面上的浮力机构30以及船舶10均处于一平衡位置；当船舶10远离或靠近系泊塔20时，一同带动浮力机构30上浮或下沉，浮力机构30变化的浮力为船舶10提供了指向其平衡位置的恢复力；采用浮力机构30例如浮箱，相比于传统的刚臂，其体积和重量要大很多，当船舶10远离或靠近系统时，可以提供较大的恢复力。

采用浮力机构代替传统的刚臂系统，一方面可以有效减小船舶位移，避免压溃现象，从而避免系泊系统或船舶的撞击和损坏；另一方面，使用浮力机构将浮力转化为恢复力，不需要额外增加阻尼器，可以降低建造、维护以及修理成本；再一方面，还可以在浮箱中存储大量的油、气和水等，作为海上燃油和水分的供给站。

下面，将对本示例实施方式中的一种浮力式单点系泊系统进行进一步的阐述。

在本示例实施例中，如图1、图2所示，该浮力式单点系泊系统可以包括系泊构架60，该系泊构架60可以设于船舶10的船艏，系泊构架60可以用于连接船舶60与系泊腿40。该系泊构架60的结构如图1、图2所示，为对称的立体构架，其中一侧包括用于固定支撑系泊构架60主体的一竖直支撑杆以及一倾斜支撑杆，该两个支撑杆固定立于船舶10的船艏甲板上，并构成稳定的直角三角形；还包括用于与系泊腿40连接的一水平支撑杆以及一倾斜支撑杆，二者固定连接于竖直支撑杆上，并构成稳定的直角三角形；两侧的多个支撑杆可通过位于其中部在多根横梁连接，以增加结构稳定性。在该系泊构架60面向船艏前端的两侧还各设有连接头，用于与系泊腿40实现转动连接。在其他的实施例中，系泊构架60的结构不限于上述描述，还可以为其他结构，凡是能实现固定于船艏并与系泊腿40连接的结构均在本公开的保护范围之内，本公开在此不做特殊限定。

在本示例实施例中，系泊腿40连接于系泊构架60与浮力机构30之间，且为了使浮力机构30的恢复力充分传递至船舶10。系泊腿40的数量可以为两个，各系泊腿40第一端分别可转动地连接于系泊构架60的连接头，各系泊腿40的第二端分别可转动地连接于浮力机构30的顶面上，且两个系泊腿40相互平行。该系泊腿40可以为杆状。

进一步地，为了实现系泊腿40与系泊构架60以及浮力机构30之间的转动连接，该浮力式单点系泊系统还可以包括万向接头70：万向接头70数量可以为四个，每两个万向接头70分别设于系泊腿40的两端，以使系泊腿40的两端分别可转动地连接于浮力机构30以及系泊构架60。

在本示例实施例中，浮力机构30可以为在竖直方向上具有一定高度，并在水平方向上的投影为长方形或椭圆形的立体结构。设计该浮力机构30在竖直方向上具有一定高度是由于船舶10在远离(或靠近)该系统时，会带动浮力机构30上浮(或下沉)，而浮力机构30在上浮过程中，随着出露水面高度的增加，浮力机构30所受的浮力变小，导致所受总的外力方向竖直向下并且力的大小逐渐增加，从而通过系泊腿40向船舶提供变化的恢复力。因此设计浮力机构30在竖直方向上具有一定高度，以实现浮力机构30能提供较大范围内变化的恢复力，从而有效减小船舶位移，避免压溃现象，从而避免系泊系统或船舶的撞击和损坏。

进一步的，在本示例实施例中，该浮力机构30可以为浮箱，或者可以为浮块，且可以设计该浮箱或浮块的密度与水体密度之间的关系，从而使该浮箱或浮块漂浮于水面上。例如，当该浮力机构30为浮箱时，该浮箱可以为长方体型。此外，还可以在该浮箱内部储存物品或流体，例如将该浮箱用作海上燃油供给站，向其注入石油、天然气、水或以上几种的混合物等。具体而言，在将该浮箱作为海上燃油供给站时，浮箱的箱体上还可以开设至少一个接口，可以用来注入或放出上述流体。在其他的实施例中，该浮力机构30还可以为浮块，该浮块可以为一体成型，还可以为多个浮块拼接在一起，从而实现整个浮力机构的体积及高度可调节，从而扩大该浮力机构30提供恢复力大小的范围。

在本示例实施例中，系泊臂50可以为A字型结构，包括两根主杆以及一根横梁。两根主杆一端相接形成A字型系泊臂50的顶端，两根主杆之间呈一定夹角且尾端分别连接于浮力机构的侧面，在两根主杆之间还设有一个横梁，以提高结构强度，该系泊臂50整体可以位于浮力机构侧面顶部的位置，以使系泊臂50处于水面之上。详细而言，该系泊臂50的顶端可转动地连接于系泊塔20上的纵摇-横摇铰接头23，该系泊臂50两主杆的尾端可以固定连接于浮力机构30的侧面，例如通过焊接连接于浮力机构30的侧面。在其他的实施例中，该系泊臂50两主杆的尾端也可以铰接于浮力机构30的侧面，例如通过万向接头连接于浮力机构30的侧面。

相应地，如图1所示，浮力式单点系泊系统的系泊塔20可以固定于海底且系泊塔20的顶端出露于水面之上。进一步地，该系泊塔20可以包括导管架21、系泊转盘22以及纵摇-横摇铰接头23。导管架21为系泊塔20的主体支撑部分，导管架21通常是由多根中空的腿柱和连接腿柱的纵杆及横杆构成，其中腿柱的数量一般可以为四根，还可以为三根、五根或六根等，导管架21通过打入海底的钢桩固定于海底。系泊转盘22可以套设于导管架21的顶端，系泊转盘22还包括位于其中心轴部的轴以及套设于该轴的旋转轴座，该旋转轴座可以绕该轴在水平面内做圆周转动。从而实现船舶10以系泊塔20为中心进行360度旋转，从而在风、浪和海流的作用下，使船体纵向始终处于顺风方向，以减少风、浪和海流对船体的冲击。

此外，纵摇-横摇铰接头23可以设于系泊转盘22，纵摇-横摇铰接头23一端连接于系泊转盘22的旋转轴座，另一端连接于A字型系泊臂50的顶端。以此，船舶10、浮力机构30以及系泊臂50，可以通过纵摇-横摇铰接头23以及系泊转盘22的旋转轴座，能自由地进行六向运动，即纵摇、横摇、前后移动、升沉、漂移以及摆艏。

在本示例实施例中，本浮力式单点系泊系统的工作原理和过程可以如下：

船舶10正常漂浮时，漂浮于水面上的浮力机构30以及船舶10均处于一平衡位置。

当船舶10远离系泊塔20时，带动系泊腿40和系泊臂50运动，抬高浮力机构30，浮力机构30浮力减小，浮力机构30所受总的外力方向竖直向下，对系泊腿40的拉力可以分解为竖直向下以及水平指向平衡位置的两个分力，其中水平指向平衡位置的分力，即恢复力，可以驱使船舶10有向其平衡位置移动的趋势，从而减小船舶10位移，防止系泊系统拉伸破坏。

当船舶10靠近系泊塔20时，带动系泊腿40和系泊臂50运动，压低浮力机构30，浮力机构30浮力增大，浮力机构30所受总的外力方向竖直向上，对系泊腿40的压力可以分解为竖直向上以及水平指向平衡位置的两个分力，其中水平指向平衡位置的分力，即恢复力。由于浮力的存在，产生的恢复力大于普通软刚臂单点系统，从而可以有效减小船舶10位移，防止系泊系统被压溃。

需要补充的是，由于浮力机构30同样会产生竖直方向的分力，所以可能会使船舶10产生纵倾，但可以通过调节系泊腿、系泊臂的长度，以及系泊腿与水面夹角等参数来减少纵倾，本公开在此不做特殊限定。

综上所述，本发明具备建造成本低，建造工艺简便，受气候影响较小，功能多样，后期维护和修理成本少等优点，可广泛应用于不具备兴建码头条件的地区和海域，具有良好的市场前景，经济效益非常可观。与此同时，本发明还有助于促进单点系统的自主研发，对打破国外技术垄断，摆脱对进口的依赖，推动我国海洋工程装备走向高端市场具有重要意义。

上述所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中，如有可能，各实施例中所讨论的特征是可互换的。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。

Claims (10)

1.一种浮力式单点系泊系统，用于供船舶系泊，其特征在于，所述浮力式软钢臂单点系泊系统包括系泊塔、浮力机构、系泊腿以及系泊臂：

所述系泊塔固定立于海底并出露于水面之上；

所述浮力机构漂浮于水面上，并位于所述系泊塔与所述船舶之间；

所述系泊腿第一端可转动地连接于所述船舶，所述系泊腿第二端可转动地连接于所述浮力机构；

所述系泊臂第一端连接于所述浮力机构，所述系泊臂第二端可转动地连接于所述系泊塔。

2.根据权利要求1所述的浮力式单点系泊系统，其特征在于，所述浮力式单点系泊系统还包括系泊构架：

所述系泊构架设于所述船舶的船艏，所述系泊腿第一端可转动地连接于所述系泊构架。

3.根据权利要求2所述的浮力式单点系泊系统，其特征在于，所述系泊腿数量为两个，各所述系泊腿第一端分别可转动地连接于所述系泊构架，各所述系泊腿的第二端分别可转动地连接于所述浮力机构的顶面上，且两个所述系泊腿相互平行。

4.根据权利要求3所述的浮力式单点系泊系统，其特征在于，所述浮力式单点系泊系统还包括万向接头：

所述万向接头数量为四个，每两个所述万向接头分别设于所述系泊腿的两端，以使所述系泊腿的两端分别可转动地连接于所述浮力机构以及所述系泊构架。

5.根据权利要求1所述的浮力式单点系泊系统，其特征在于，所述系泊塔包括导管架、系泊转盘以及纵摇-横摇铰接头：

所述导管架立于海底并出露于水面之上；

所述系泊转盘套设于所述导管架顶端；

所述纵摇-横摇铰接头设于所述系泊转盘上，并连接于所述系泊臂第二端。

6.根据权利要求5所述的浮力式单点系泊系统，其特征在于，

所述系泊转盘设有轴与轴座，所述轴座可绕所述轴在水平面内做圆周转动；

所述纵摇-横摇铰接头连接于所述轴座，所述纵摇-横摇铰接头连接于所述轴座以及所述系泊臂之间，以使所述系泊臂实现纵摇以及横摇。

7.根据权利要求6所述的浮力式单点系泊系统，其特征在于，所述系泊臂为A字型结构，所述A字型系泊臂顶端可转动地连接于所述纵摇-横摇铰接头，所述A字型系泊臂两个尾端分别连接于所述浮力机构的侧面。

8.根据权利要求1～7任一项所述的浮力式单点系泊系统，其特征在于，所述浮力机构包括浮箱以及浮块中的一种。

9.根据权利要求8所述的浮力式单点系泊系统，其特征在于，所述浮箱包括箱体以及至少一个接口：

所述箱体在竖直方向上具有预设高度，以及所述箱体在水平方向上的投影为长方形或椭圆形；

至少一个所述接口设于所述箱体上，用于注入或放出流体。

10.根据权利要求9所述的浮力式单点系泊系统，其特征在于，所述流体为石油、天然气以及水中的一种或多种。