CN109305308B - 一种自发电式半潜式海洋平台 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自发电式半潜式海洋平台。本发明包括：高于海平面的海洋平台主体和用于支撑所述海洋平台主体的多个气柱式平台支柱。所述气柱式平台支柱包括立柱和平台浮筒，所述立柱连接于所述平台浮筒上部，所述气柱式平台支柱为空腔结构，立柱空腔竖直贯通所述立柱和平台浮筒，所述气体通道部内设置双向气流作用下均能同向旋转的涡轮机，所述涡轮机与海洋平台主体的发电机相连，所述涡轮机下方的气体通道部上设有至少一个用于调控通过气流流量的阀门。本发明能够利用波浪进行发电，通过阀门控制气体通道部气体流速，不仅改善平台垂荡性能，而且使得海洋平台的用电更有保障。

Description

一种自发电式半潜式海洋平台
技术领域
本发明涉及海洋工程技术领域，尤其涉及一种自发电式半潜式海洋平台。
背景技术
海洋平台是海上进行勘探、钻探、采油、集运、观测、施工等活动提供生产和生活设施的构筑物。半潜式平台作为常用的海洋平台的一种，主要由上部结构、下部浮箱和立柱构成，上部结构用于装设钻井机械、平台操作设备等。半潜式平台具有作业水深范围广、水线面面积小、抵抗风浪能力强和可变载荷大等优点。
半潜式平台由于下部浸没在水中，其横摇与纵摇的幅值都很小，半潜平台自振周期一般在20-50s之间，易与长周期波浪耦合，导致半潜平台的垂荡运动(即垂向的运动)较大，干采油树系统无法应用，导致其难以应用于大型油气资源的开采。
改善半潜式平台的垂荡水动力特征有很多方法，如增大平台的吃水，在平台下方布置垂荡板等。但是这些方法均改变了平台的主尺度。同时，由于平台距离内陆较远，海洋平台所需电力通常需要3–5台船用柴油发电机组并联运行提供，这种自身发电方法不仅污染环境，也为平台使用带来了诸多不便。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种自发电式半潜式海洋平台。本发明可以不显著改变平台主尺度，通过吸收波浪能改善平台的垂荡特征；同时，将吸收的波浪能转换为电能，实现海洋平台的波浪能发电。本发明采用的技术手段如下：
一种自发电式半潜式海洋平台，包括：高于海平面的海洋平台主体和用于支撑所述海洋平台主体的多个气柱式平台支柱，所述多个为至少四个的偶数个，
所述气柱式平台支柱包括立柱和平台浮筒，所述立柱连接于所述平台浮筒上部，所述气柱式平台支柱为空腔结构，立柱空腔竖直贯通所述立柱和平台浮筒，所述立柱空腔从上至下依次为横截面为S1的气体通道部、变截面的连接部以及横截面为S2的气室部，其满足：S1＜S2，所述气体通道部内设置双向气流作用下均能同向旋转的涡轮机，所述涡轮机与海洋平台主体的发电机相连，所述涡轮机下方的气体通道部上设有至少一个用于调控通过气流流量的阀门，所述海洋平台主体对应气体通道部的位置开设与其匹配的孔；
所述气柱式平台支柱呈两列并排布设，同列的立柱位于一条直线上且共用一个平台浮筒，两列平台浮筒通过固接于平台浮筒端部的两根连接管紧固。
进一步地，所述阀门为电动截止阀。
进一步地，所述气柱式平台支柱为金属材质，其表面采用表面喷漆或者牺牲阳极的方式进行防腐，通过焊接的方式固定在海洋平台本体的靠近海平面的表面。
进一步地，所述立柱空腔的高度为h1，所述立柱高度为h2，所述平台浮筒高度为h3，h1＝h2+h3。
进一步地，所述气体通道部各处横截面面积均相同，所述气室部各处横截面面积均相同。
进一步地，所述连接管置于端部的立柱正中心所在铅垂线的平台浮筒上，所述连接管的直径为h4，h4＜＜h3。
进一步地，所述立柱空腔任一处的横截面面积均小于所述立柱的横截面面积。
本发明具有以下优点：
1.本发明能够利用波浪进行发电，通过阀门控制气体通道部气体流速，不仅改善平台垂荡性能，而且使得海洋平台的用电更有保障。
2.本发明的气柱式平台立柱具有两种工作状态，在波浪不大的状态下可以开启阀门，通过吸收波浪能降低平台运动，并进行波浪发电；在极端状态下可以关闭阀门通过调节抵抗平台运动，降低平台的复杂度，提高平台的安全性。
基于上述理由本发明可在海洋工程技术领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明自发电式半潜式海洋平台的气柱式平台支柱结构简图。
图2为本发明实施例中气柱式平台支柱为8个时的海洋平台示意图。
图3为本发明实施例中气柱式平台支柱为6个时的海洋平台示意图。
图4为本发明实施例中气柱式平台支柱为4个时的海洋平台示意图。
图中：1、平台浮筒；2、立柱；3、气室部；4、连接部；5、气体通道部；6、涡轮机；7、阀门；8、海洋平台主体；9、连接管。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。
如图1所示，一种自发电式半潜式海洋平台，包括：高于海平面的海洋平台主体8和用于支撑所述海洋平台主体的多个气柱式平台支柱，所述多个为至少四个的偶数个。
所述气柱式平台支柱包括立柱2和平台浮筒1，所述立柱2连接于所述平台浮筒1上部，所述气柱式平台支柱为空腔结构，立柱空腔竖直贯通所述立柱2和平台浮筒1，所述立柱空腔从上至下依次为横截面为S1的气体通道部5、变截面的连接部4以及横截面为S2的气室部3，其满足：S1＜S2，所述气体通道部5内设置双向气流作用下均能同向旋转的涡轮机6，所述涡轮机6与海洋平台主体的发电机相连，所述涡轮机6下方的气体通道部5上设有至少一个用于调控通过气流流量的阀门7，所述海洋平台主体对应气体通道部5的位置开设与其匹配的孔。
所述气柱式平台支柱呈两列并排布设，同列的立柱2位于一条直线上且共用一个平台浮筒1，两列平台浮筒1通过固接于平台浮筒端部的两根连接管9紧固。
作为优选的实施方式，所述阀门7为电动截止阀。既可以开启阀门7保证涡轮发电系统的工作，通过吸收波浪能降低平台垂荡振幅；也可以关闭阀门7，通过对气室部3内气压控制对平台性能进行调整，实现对平台性能的主动控制。
作为优选的实施方式，所述气柱式平台支柱为金属材质，其表面采用表面喷漆或者牺牲阳极的方式进行防腐，通过焊接的方式固定在海洋平台本体的靠近海平面的表面。
作为优选的实施方式，所述立柱空腔的高度为h1，所述立柱2高度为h2，所述平台浮筒1高度为h3，h1＝h2+h3。
作为优选的实施方式，所述气体通道部5各处横截面面积均相同，所述气室部3各处横截面面积均相同。
作为优选的实施方式，为了有效稳定平台浮筒的垂向振幅，所述连接管9置于端部的立柱2正中心所在铅垂线的平台浮筒1上，所述连接管的直径为h4，h4＜＜h3，连接管仅起到连接作用，辅助加强平台纵向刚度，连通管直径不宜过大，否则将增大平台拖航时的阻力与波浪纵向作用时的波浪力，尤其是漂移力与慢漂力。
作为优选的实施方式，所述立柱空腔任一处的横截面面积均小于所述立柱2的横截面面积。
如图2所示，作为气柱式平台支柱为8个时的海洋平台的实施例，如图3所示，作为气柱式平台支柱为6个时的海洋平台的实施例，如图4所示，作为气柱式平台支柱为4个时的海洋平台的实施例，根据海洋平台的工作范围及用电量合理分配气柱式平台支柱的数量，最大化利用波浪能。
在波浪不大的正常工作状态下，立柱空腔下方充满海水，立柱空腔上方充满空气，形成气室部3。当波浪波峰接近所述立柱2时，海水进入立柱空腔，推动立柱空腔内水位上升，上升的水位使气室部3内气压增加，气室部3内空气通过作为气体出入口的连接部4进入气体通道部5。由于气体出入口与气体通道部5横截面面积小于气室部3，气体高速排出。反之，当波浪波谷接近所述立柱2时，海水流出立柱空腔，立柱空腔内水位下降，下降的水位使箱内气压降低，外面的空气通过与海洋平台连通的气体通道部5高速进入气室部3。上述流入流出空气通道的气体将推动涡轮机的旋转，涡轮机带动发电机旋转，从而产生电能。
在波浪较大的平台生产工况与极端工况状态下，关闭电动截止阀7，不允许空气流出，此时波浪作用下立柱中海水将上升，压缩立柱上方的空气，空气与海水振荡相互作用，能有效的降低平台的垂向振幅，从而提高工作效率。
上述结构不仅可以实现波浪发电，并且通过波浪发电吸收波浪能，从而减少波浪引起海洋平台的垂向振动，提高生产效率。本发明可以将作用在平台上的波浪能转化为电能，实现了波浪发电，同时降低波浪引起的平台垂向运动振幅，提高平台的生产效率。同时，在特殊情况下，也可以关闭气体出入口阀门，通过对气室内气压控制对平台性能进行调整，实现对平台性能的主动控制，使其更加智能的适应各类海况，提高生产效率。
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 (6)

1.一种自发电式半潜式海洋平台，其特征在于，包括：高于海平面的海洋平台主体和用于支撑所述海洋平台主体的多个气柱式平台支柱，所述多个为至少四个的偶数个，
所述气柱式平台支柱包括立柱和平台浮筒，所述立柱连接于所述平台浮筒上部，所述气柱式平台支柱为空腔结构，空腔结构竖直贯通所述立柱和平台浮筒，所述空腔结构从上至下依次为横截面为S1的气体通道部、变截面的连接部以及横截面为S2的气室部，其满足：S1＜S2，所述气体通道部内设置双向气流作用下均能同向旋转的涡轮机，所述涡轮机与海洋平台主体的发电机相连，所述涡轮机下方的气体通道部上设有至少一个用于调控通过气流流量的阀门，所述海洋平台主体对应气体通道部的位置开设与其匹配的孔；
所述气柱式平台支柱呈两列并排布设，同列的立柱位于一条直线上且共用一个平台浮筒，两列平台浮筒通过固接于平台浮筒端部的两根连接管紧固；
所述阀门为电动截止阀。
2.根据权利要求1所述的自发电式半潜式海洋平台，其特征在于，所述气柱式平台支柱为金属材质，其表面采用表面喷漆或者牺牲阳极的方式进行防腐。
3.根据权利要求1所述的自发电式半潜式海洋平台，其特征在于，所述空腔结构的高度为h1，所述立柱高度为h2，所述平台浮筒高度为h3，h1＝h2+h3。
4.根据权利要求1所述的自发电式半潜式海洋平台，其特征在于，所述气体通道部各处横截面面积均相同，所述气室部各处横截面面积均相同。
5.根据权利要求1或4所述的自发电式半潜式海洋平台，其特征在于，所述空腔结构任一处的横截面面积均小于所述立柱的横截面面积。
6.根据权利要求1或3所述的自发电式半潜式海洋平台，其特征在于，所述连接管置于端部的立柱正中心所在铅垂线的平台浮筒上，所述连接管的直径为h4，所述平台浮筒高度为h3，h4＜＜h3。
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