CN1097390A - 船舶系泊系统 - Google Patents

Abstract

海洋系泊系统，包括：一船舶，具有一船体，其底 部有一环状系泊凹槽；一漂浮系泊装置，具有一上部， 它可与船体底部中的系泊凹槽相接合；多个缆索，连 接系泊装置于海底，系泊装置通常保持在船体底部以 下的某一深度处；用于从预先选定的深度提升该系泊 装置以与船体底部中的系泊凹槽相结合的装置，用于 通过系泊凹槽之中的进水孔口急速地抽取海水进入 船体的装置，以在系泊装置与系泊凹槽接合时减小作 用于系泊装置上部的向下静水压力。

Description

本发明一般地涉及在非防护水域中的油轮或其他船舶的系泊系统。更具体地说，涉及一种系泊系统，它是一部潜没式漂浮系泊装置和一只船舶的组合，前者借助于悬缆锚固于海底上，后者配备着用于提升系泊装置使之与船身底部内的系泊凹槽相接合的起重设备。

近年来，已经在经受极端天气条件的离岸海域中开发出许多油田和气田。油与气一般都是从海底的井口装置输送到半永久性地系泊着的改装油轮或特殊用途的船舶-称作浮动式储卸船（FSO）或浮动式采储卸船（FPSO）。这些船舶目的是要永久性地保留在停泊场所的，除非面临的严酷风暴或浮冰状况使船舶受到损坏或丧失的威胁。在此情况下，船舶不加系泊而驶开或拖走，一旦风暴或浮冰状况过后，船舶即返回或再度系泊于井口上方。

一种典型的系泊系统，例如美国专利第4，604，961号和第4，892，495号所说明的那种，包括一部漂浮系泊装置，用挠性管道连接于井口装置，并用许多成角度地间隔开来的悬缆连接于海底。系统配置得使那些未置放于海底的悬缆部分的重量可抵消系泊装置的浮力，以便把该系统在没有船舶系泊时，一般地保持在某一预定的称作潜隐位置的潜没深度上。这就确保系泊装置不会是一种航海危害，或受到某种碰撞而损坏。

系泊作业的实现方式是：把潜没的系泊装置拉上船舶，并用机械装置把它固定于安装在船舶底部之内的凹槽或井坑中的旋转塔架。这种作业只能发生在低浪海况下。当FSO或FPSO离开时，井口装置通常是关闭的;因而，在风暴过后等待海况平息所需的时间是油田生产时间上的一种额外损失。

现有技术的另一问题是，在系泊期间，船舶或系泊系统可能因撞击而发生损坏。在起重缆绳把系泊装置带近船舶底部之后，要固定系泊装置于塔架还需要较长时间;在这段时间内，即使在中浪海况下也可能发生多次循环的横摇和纵摇摆动，而这些摆动会造成船舶与系泊装置之间的多次碰撞。

起锚作业是靠在负载情况下解脱结构连接器来实现的。这种方法具有的固有风险是，在解离期间系泊连接器发生结构变形和损坏。机械式系泊组件的损坏一般会造成几个星期的停机时间，引起油田的生产停顿，耗资巨大。

本发明的一个目的是提供上述类型的一种改进型系泊系统，此系统可保证漂浮系泊装置与船舶底部的系泊凹槽迅速而牢固的接合。

本发明的另一个目的是，提供一种改进型系泊系统，此系统使得有可能在开始起锚操作之前就解脱所有的结构连接器。

本发明的再一个目的是，提供一种系泊装置结构，此结构可减少在系泊操作期间发生撞击损坏的可能性。

本发明的另外一个目的是，提供一种系泊系统，在系泊装置已被固定于船舶之后可提供干通道至系泊装置。

本发明还有另一个目的是，提供一述类型的一种改进型系泊系统，此系统比起常见的一些系统来，容许在高浪海况下系泊船舶。

上述以及其他一些目的是靠一种海上系泊系统来实现的，此系统包括：

一船舶，具有船体，船体底部带有环状的系泊凹槽;

一漂浮系泊装置，具有与船体底部的系泊凹槽相接合的上部;

多个缆索，把系泊装置连向海底，这些缆索的重量与系泊装置的浮力的相对关系使得系泊装置在船身底部以下的某一预先选定的深度处占取某一平衡位置;以及

用于从预先选定的深度处提升系泊装置使之与船体底部中的系泊凹槽相接合的装置，其中此系统还包括：

用于通过位于系泊凹槽之中的进水孔口急速地抽取海水进入船体的装置，以在系泊装置与系泊凹槽接合时减小作用于系泊装置上部的向下静水压力。

用于急速地抽取海水进入船身的装置最好是可提供一定的流速，在系泊装置接合船体的潜没底部时，足以产生缆索和系泊装置这一综合体的相当大的净正值浮力。

用于从系泊凹槽急速地抽取海水进入船体的装置最好是包括一台泵、一条第一导管，它连接此泵的入口至系泊凹槽之中的进水孔口、以及一条第二导管，它连接此泵的出口至远离系泊凹槽的至少一个排水孔口。最好是，此泵也可以起到船头助推泵的作用，而该至少一个排水孔口包括两个水下孔口，分处船头附近、船体的对置两侧。第二导管包括用于有选择地把水流从泵引向一个或另一个排水孔口的装置。

用于从系泊凹槽急速地抽取海水进入船体的装置也可以，或者任由选择地，包括船体内部的一间气密舱，它具有开向船体底部内的系泊凹槽的一只阀，以及用于在舱内产生真空的装置。此真空产生装置可包括一台真空泵，或者可包括一条蒸汽供给管线、一条通风管线、以及一条冷水供给管线;带有两只各自的阀，用于开启蒸汽供给管线和通风管线，直到基本上舱内的所有空气都已经由蒸汽所取代为止，以及另一只阀，用于开启冷水供给管线，以便在前两只阀已经关断之后冷凝蒸汽。

用于从系泊凹槽急速地抽取海水的装置另外包括船体中的一间空舱和一只阀，此阀开向系泊凹槽，以便让海水流入此空舱。

漂浮装置的上部最好是包括至少一个弹性环状构件，与系泊装置的垂直轴线同心，此弹性环状构件最先接触系泊凹槽以缓冲系泊装置与船舶之间的任何撞击。最好是，此弹性环状构件与船体底部形成一圈密封接触，因此，用于抽取海水进入船体的装置能够把这圈密封接触以内的船体底部与系泊装置上部之间的区域汲空。

漂浮系泊装置可另外包括一个下部和用于把上部安装于下部以便围绕此装置的垂直轴线转动的装置，而连接系泊装置于海底的许多缆索则固定于下部，因此，在上部接合住船体底部内的系泊凹槽时，上部和船舶都可以围绕下部转动。

上部最好是包括两个同心的弹性环状构件，它们在系泊凹槽的两处形成两圈密封接触，这两处分别沿径向居于泵的进水口位置之内和之外，以及/或者从气密真空舱向外开启的阀的位置之内和之外，因此，在同心的两圈密封接触之间的系泊装置上部上面的向下压力可以减小到有可能低至气密舱中真空的水平。

本发明的系泊系统的上述和其他一些特性和优点将结合附图详细说明如下：

图1是一只船舶的侧视图，部分切除以表明在根据本发明的系泊系统中与船舶船体内的系泊凹槽相接合的系泊装置;

图2是不带船舶的系泊装置的侧视图，系泊装置在平衡状态下保持潜没在某一预先选定的深度处;

图3是图1中船舶的侧视图，部分切除以表明系泊装置从预先选定的平衡深度处提升起来与船体内的系泊凹槽相接合;

图4是图1中船舶和系泊装置的剖面中的放大的局部侧视图，表明系泊系统的结构细节;

图5是图1中漂浮系泊装置的更进一步放大的侧视图;

图6a类似于图4，是船舶和漂浮系泊装置第二实施例的剖面中的放大的局部侧视图;

图6b是类型于图3的侧视图，表明图6a的系泊装置为挠性管线式起吊缆绳所吊起;

图7是一只供应船的侧视图，此船以压缩空气管线连接于图6中可供选择的漂浮系泊装置的端面向下的气阱，此系泊装置处于预先选定的平衡深度处;

图8是类似于图7的侧视图，但是系泊装置由注入气阱的压缩空气所举升并浮在海洋表面，使维护保养时易于进出;

图9类似于图4，是船舶和漂浮系泊装置第三实施例的剖面中的放大的局部侧视图;

图10类似于图4，是船舶和漂浮系泊装置第四实施例的剖面中的放大的局部侧视图。

本发明的第一实施例示于图1-5。图1中，一只船舶，例如一艘油轮11，系泊于一部潜没在海面13以下的漂浮系泊装置12。系泊装置12具有上部14，与船舶船体16的底部内的系泊凹槽15相接合。系泊装置的下部17由悬垂锚缆18连接于打入洋底20的桩柱19。这些桩柱，只画出其中两根，一般围绕井口装置21沿圆周间隔开来，形成一组，而井口装置通过一根挠性软管或管线22也连接于漂浮系泊装置的下部，以便把井内产出的油或气通过位于穿过船体的垂直井坑25中的流体旋转接头24输往常见的船上管路系统23。

图2和3表明系泊程序中的各个步骤，在详细说明漂浮系泊装置的结构和系泊系统的船上组件之后，要加以讨论。

图4以放大的比例表明与船体底部内系泊凹槽15相接合的系泊装置12以及包含在船舶中的、系泊系统的相关部分的结构细节。图5以更加放大的比例表明系泊装置第一实施例的结构。参照这些图形可见，漂浮系泊装置第一实施例的上部14基本上是一个盘状中空箱体，具有平坦的环状上甲板26围绕着抬起的截头圆锥形中间部分27。

一外部第一环形弹性构件28，图示为内部加压的弹性软管，固定于上甲板26的周边。一内部第二环形弹性构件29，具有相同的结构，固定于截头圆锥形中间部分27的顶部。第一和第二环形弹性构件与系泊装置的垂直轴线同轴，此轴线由点划线30表示。

后面结合系泊程序的说明将要解释，这些弹性构件28和29既用来缓冲在系泊期间系泊装置与船体底部内系泊凹槽之间的撞击，也用来在系泊装置的上部与系泊凹槽相接合时密封系泊装置的环状上甲板和中间部分与形成系泊凹槽的船体底部的相应部分之间的空间。成角度地间隔开来的一些径向肋板31和32用作挡板，当系泊装置接合系泊凹槽时限制弹性构件所受到的压缩（见图4）。

第二弹性构件29围绕着穿过上部14的垂直通道33。系泊装置的下部17包括一水密圆筒箱体34，其上端配置在通道33的下段之中。组合式径向止推轴承35支承着通道33内的箱体34以围绕垂直轴线30相对于上部14转动。轴承以上、箱体外围与通道壁部之间的第一旋转密封36和轴承以下、类似的第二旋转密封37可防止轴承受海水浸湿。

从圆筒箱体34的下段沿径向向外伸展的结构38支承着适当的装置39，用于把悬垂锚缆18的各个上端固定于漂浮系泊装置的下部17。结果，下部17相对于洋底保持着固定的方位，而在船舶11固定于系泊装置时上部14相对于船舶11保持在固定的方位上。当船舶11响应海流、风和浪而随动时，系泊装置的两部分14和17可通过轴承35彼此相对转动。

为了完成从挠性的产品供输软管22到船上管路系统23的连接（如图1所示），一条管道40穿过箱体34终止于装在箱体顶部并位于由通道33上端形成的防护井坑42之内的关断阀41之中。位于这一井坑42之内还有一环状托盘43，它托住盘卷起来的提升缆绳44，具有一条漂浮收放缆索45（见图2）连接于缆绳的自由端。当系泊装置潜没于其潜隐位置时，漂浮收放缆索从托盘放出。导引护板46可防止缆索磨蹭双系柱47（只示出两个），这些双系柱是围绕垂直通道33的上端沿周向间隔开来的。同样围绕垂直通道沿周向间隔开来的还有若干带有遥控启动阀49（只示出其中的两个）的排水管48，可选择地防护井坑34连接于系泊装置上部14的甲板26，其目的将结合系泊程序予以说明。

本发明的系泊系统包括船上的若干新颖组件。这些组件现在特别参照图4予以说明。图4是船舶11靠近船头51的那部分的剖面侧视图，表明带有已连接上的系泊装置12的系泊凹槽15区域。

“系泊凹槽”一词，用于说明书与权利要求书之中时，包括了由系泊装置的上部所接触的船体16底部的一个区域，无论这一区域的任何部分是否事实上相对于船体底面呈凹进形状。因而，在图4的实施例中，系泊凹槽15从垂直井坑25的轴线沿径向向外伸展到外部第一弹性构件28的接触圆圈。它包括对置于系泊装置上部的平坦上甲板26的船底底部的一平坦环状区域53，以及向内呈锥形的部分54，此部分与系泊装置的截头圆锥形部分27相匹配而终止于一内部平坦环状部分55，而此部分与内部第二弹性构件29形成密封接触。

如本发明的综述中所述，系泊系统包括用于通过位于系泊凹槽内的一个进水孔口急速地抽取海水进入船体的装置，以便减小在系泊装置上部与系泊凹槽接合时作用在系泊装置上部上面的向下静水压力。在图4中，船舶11包含三部这种装置。不过，其中任何一部都可单独使用，或者与其他两部中的任何一部结合使用。

第一部这种装置是一台高流量泵56，此泵具有一进水导管或吸水管57，带有一进水孔口58，位于外部和内部弹性构件28和29的两个同轴的密封接触圆圈之间的系泊凹槽区域之中。一第二导管59连接泵的出口60至远离系泊凹槽的至少一个排水孔口61。最好是，泵56也可以是船头推进系统的一部分，具有分居船头两侧的两个排水孔口（图中只画出右舷开孔61）以及用于有选择地在两个排水孔口之间成比例地分配出自此泵的水流，以协助操纵船舶的装置（未画出）。

用于从系泊凹槽急速地抽取海水进入船体的示于图4的第二部装置是在船体内部的一间气密舱或真空箱体62，此舱62具有一只阀63，它也开向弹性构件28和29的外部和内部密封接触圆圈之间的系泊凹槽区域，以及用于在舱中产生真空的装置。真空产生装置可以是一部通常的真空泵（图中未示）。在图4的实施例中，用于在舱62中产生真空的装置包括一条蒸汽供给管线64、一条通风管线65、以及一条冷水供给管线66;两只阀67和68，用于开启蒸汽供给管线和通风管线，直到基本上舱内的所有空气都由蒸汽所取代为止，还有另一只阀69，用于开启冷水供给管线，以便在前两只阀已经关断之后冷凝蒸汽。

用于从系泊凹槽急速地抽取海水、示于图4的第三部装置包括船体内的一间空舱70和一只阀71，此阀开向系泊凹槽，以便让海水流入此空舱。在这种情况下，阀71位于系泊凹槽的内部环状部分55以上的井坑25之中，以至于进水井坑中的大部分水能够借助于重力流入空舱70。

图4也表明了一种可能的配置，用于实质上连接系泊装置12至船舶11。这种配置包括许多直线致动器，诸如液压缸72，围绕井坑25的内部周边间隔开来安装。一条系泊绳索73从每一液压缸的可动部分悬吊下来，并在其下端具有一只挂钩或眼孔接头，与双系柱47之一相接合，这些双系柱是围绕系泊装置的上部14中的垂直井坑25的上端间隔开来的。当液压缸在某一下冲程位置时，此挂钩或眼孔接头可以置放在双系柱上，而此系泊绳索则可以借助于推动液压缸至某一上冲程位置而予以系紧。液压缸最好是以下类型的：可以锁定于上冲程位置以保持系泊绳索73处于张紧状态。每条系泊绳索中的张力水平选定得使所有系泊绳索中拉力的总和显著地超过系泊装置与船舶之间在垂直方向所期望的最大分离力量，从而防止二者之间的相对运动。

本发明的系泊系统的操作现在特别参照图2和3予以说明。

图2表明船舶11未系泊于浮台时系泊装置12处于潜隐位置或中性平衡状态。系泊装置12处于相对于海平面13的某一深度，因此系泊装置12的净浮力正好等于锚缆18和挠性软管22的潜没重量。如果装置12下降到平衡水位以下，锚缆18的悬垂部分就会座落在海床20上面，从而减小了漂浮装置12所支承的重量并产生一个净正值浮力。如果装置上升到平衡水位以上，更多的锚缆就会从海底提起，造成一个净负值浮力。系泊装置制造时带有过度的设计浮力，而平衡水位是靠在初次布置时添加压载而达到的。

图3表明系泊船舶11于系泊装置12的几个初始步骤。当船舶11到达时，它托起漂浮收放缆索45，此缆索经过井坑25的底部并固定于绞车74。拖进缆索45，随后提升缆绳44-此缆绳在优选实施例中通过许多成角度地间隔开来的尾绳75固接于系泊装置上部14中的防护井坑42的内部周边，因此当上部14被引向紧靠船舶11的底部时，这些尾绳将有助于系泊装置12在井坑25里面的对中。

此时，泵56通过进水孔口58从事抽吸，而如果此泵是船头推进系统的一部分时，从此泵排出的水流在需要时可借助于提供侧向推力而有助于控制船舶11的船头在系泊装置上方的位置。

绞车74最好是恒定张力类型的，每当张力太低时就卷收提升缆绳，而当张力超过预定水平时就放出提升缆绳，从而避免在系泊过程中使提升缆绳承受过度应力。当绞车74提升系泊装置上达船舶11底部时，尾绳75即抵达井坑25。尾绳组合致力于相对于井坑25对中系泊装置12。绞车74继续卷收提升缆绳，直到系泊装置的抬起的截头圆锥形部分27进入向内呈锥形的部分54，自动地在系泊凹槽15之内对中系泊装置12。

当弹性构件28和29接触船舶11的底部时，如图4所示，泵56的进水孔口58、真空舱进水阀62和开向空舱70的阀71全都由于各弹性构件的密封接触而与海水隔绝，以及就阀71而论，也由于系泊装置下部17的支撑轴承以上和以下的旋转密封36和37而与海水隔绝。

当泵56继续从由于弹性构件28和29而与海水隔绝的容积中取水时，泵的吸入压力达到最小净吸入压头并开始气穴现象。在弹性构件28、29与系泊凹槽之间的密封并非完全水密的情况下，泵56将继续排除漏入这一隔绝容积中的水。

井坑25中的水也将由泵56经由连接系泊装置12中防护井坑42的底部至由于弹性构件28和29的密封接触而隔绝开来的容积的管道48泵出。在连接管道48内的阀49允许液体通行，但在空气出现时关断，这样，由于构件28、29而隔绝开来的容积将不通向大气。在这一空间内的压力将因而变得基本上等于泵56的低于大气压力的气穴压力。

刚刚在弹性构件28和29与系泊凹槽接触之前，系泊装置、悬挂锚缆和软管的共同净浮力，由于随着系泊装置从中性浮力深度升高到船舶的龙骨深度而从海底提起的附加锚缆和软管的重量影响是负值的。系泊装置上部14的盘状或煎饼状外形设计造成了一个相对于这一容积来说-并因而相对于上部的浮力来说-是很大的一个水平表面面积。水平表面面积、装置的浮力和在船舶龙头深度处锚缆和供输软管的悬挂重量这三者之间的关系是预先确定的，因此，一旦弹性构件28和29接触系泊凹槽，在环状上甲板26、截头圆锥形中间部分27和圆筒箱体34顶部上面的静水力压力受泵的作用而急速减小，使系泊装置系统的净浮力由于作用在系泊装置顶部的静水压力的大大降低而从负值变换成正值。

在这种情况下，系泊装置12牢固地压靠着船舶11的船身，而且无泄漏通过弹性构件28或旋转密封36和37的状况将在长时期保持下去。不过，作为一种安全预防措施，希望把系泊装置的上部14实际上固牢于船舶，例如，借助于使用前述的液压缸72和系泊绳索73。

如果船舶11未配备适当的泵56，用于真空箱体62的阀63、用于空舱70的阀71、或者二者一起，将在弹性构件28和29接触船舶11底部时开启，从而把井坑25的水排入空舱70并降低由于构件28和29而隔绝出来的容积内的静水压力。

即使密封泄漏，系泊装置12顶部上的已减低的静水压力也会保持到真空舱62充满海水为止。在真空舱充满海水之前就会有充分的时间让船员进行连接系泊绳索73的工作，从而牢固地系泊船舶11于系泊装置12。

真空舱62可以在系泊之前用一台普通真空泵（未画出）抽空，或者可以方便地使用油轮通常所配备的、用于向船舶的货物装卸泵提供动力的辅助蒸汽供输设备来抽空。真空舱62的抽空方式是：将阀63固定在关闭位置上，用一台泵（未示出）从真空舱排掉所有的水，开启蒸汽阀67使真空舱62通过管道64充满蒸汽，提高舱62中的压力和迫使蒸汽和空气的混合物通过止回阀68排出通风口65。这一过程将继续到舱62中的所有空气均已通过通风口65排出为止。真空基本上是靠关闭阀67和开启允许冷水进入舱62内的阀69而造成的。这样做可降低舱62中的压力，使止回阀68关断。蒸汽的急速冷凝可降低舱62内的压力至水的汽化压力，对于冷水来说，这就非常接近绝对真空了。开启阀63会使更多的冷海水进入，确保汽化压力较低并从而确保在系泊作业期间舱62中压力较低。

在某些情况下，船舶可以只配备连接井坑25至空舱70的阀71。在这种情况下，当弹性构件28和29接触船舶11底部时，阀71将开启。这将使井坑25中的大部分海水排入到空舱70，并因而经由连接管道48降低由于弹性构件28和29而隔绝开来的容积中的静水压力。如果密封泄漏，系泊装置顶部处的已减低的静力压力将保持到空舱70充满海水为止。就象真空舱的情况一样，在空舱70充满水之前，会取得充分的时间让船员进行结构上的与系泊绳索72的系泊连接工作。由于阀71必需位于平坦的环状区域53以上，系泊装置上部中的井坑42可以用一台迁移式或内装式污水泵（图中未示）汲空。

图6表明系泊装置76的第二实施例，其中上部77装有向下伸出的外部裙圈78以使空气得以捕集。系泊装置的这一实施例也在上部77上与下部79之间配备着两个轴承：一径向轴承80，它只能传递垂直于系泊装置76的垂直轴线81的作用力，和一止推轴承82，它只能传递平行于回转轴线81的作用力。这种径向与止推轴承80和82的分别配置并不局限于图6所示的系泊装置实施例，而是可以取代其他所说明的各项实施例中的径向与止推组合式轴承35。

在完成系泊操作之后，船上的一条压缩空气供输管线83连接于系泊装置76上面的联接器84，以通过管路85向气阱空间86供给压缩空气，从而迫使气阱内的海水水位下降至裙圈的边缘87。工作人员于是可借助于下部79的箱体34中的密封舱（未示出）从船舶11进出气阱空间86，以从事锚缆18、下部旋转密封37、径向轴承80和止推轴承82的检查和维护。上部77的底部配备着许多加强部位88，用于支承维修设备以起升锚缆18并有助于维护轴承80和82。

图6a的实施例也容许有另一可供选择的配置，其中压缩空气管线83的下端永久性地连接于管路85而上端连接于漂浮收放缆索，因此，空气管线83要提升缆绳44收回时可以连通船上的压缩空气源。事实上，如图6b所示，提升缆绳本身可以是一条强固的挠性管线44′，能够发送压缩空气至气阱空间86。在这种情况下，提升管线44′的下端永久性地连通于管路85，而尾绳75连接于管线44′下端的近处以接受提升载荷，因此，从挠性提升管线44′至管路85的连接部分不受应力。提升管线44′的上端通过绞车74鼓轮上面的通常的旋转密封连通至某一压缩空气供给源83′。

采用这种配置，压缩空气可以在系泊装置升起之前或其间注入气阱空间86，从而增大系泊装置的浮力并相应地减小提升缆绳的张力。在起升操作期间以这种方式增大系泊装置的浮力会产生至少两项优点：第一，所需要的绞车起重能力和提升缆索的抗拉强度可以显著地减小;第二，用于在系泊装置接触系泊凹槽时急速地从系泊凹槽抽除海水进入船体的装置的流量同样可以减小，因为为了压靠系泊装置于船舶的船体所要克服的净负值浮力较小。

图7和图8表示系泊装置89的第三实施例的结构和操作，此装置具有相同于第二实施例的上部77和其中圆筒箱体91带有敞开底部92的下部90。系泊装置89的设计目的是，在圆筒箱体91的任何局部充满状况下均具有正值的稳定中心高度，为了保持系泊装置于海平面下所需要的平衡深度处，这种局部充满状况是必需的，如图7所示。圆筒箱体91的容积是预先确定的，以提供充足的浮力使得在箱体91完全充满空气时系泊装置89会漂浮在海面13上。

系泊装置89可借助于通过一条软管95把维修船舶94上面的空气压缩机93连接到圆筒箱体91顶部上的联接器96而提升到海面，此时要利用潜水员或遥控操作装置（图中未示）。通过软管95送入箱体顶部的空气将置换箱体中的水，增大了浮力而使系泊装置升至海面，如图8中所示。

在系泊装置已往抵达海面以后继续把空气泵入箱体91，过剩空气将逸出敞开底部92并鼓泡进入气阱空间86，直到气阱中的内部水位降低到裙圈78的底部为止，为系泊装置提供了附加的浮力。只要系泊装置浮在海面上，把空气送入气阱空间86将不会使稳空中心高度成为负值的，而系泊装置将稳固地浮在海面上。此时维修船49可以从事一切所需的维修作业。工作人员是通过密封舱（未示出）进出气阱空间86的。

在必需的维护和修理已经完成之后，系泊装置返回到潜隐位置-首先通过一条通风管线（未示出）从气阱空间86放出所有的空气，然后通过压缩机软管把空气抽出箱体91，直到系泊装置沉向其预先确定的平衡水位为止。潜水员随后可以从联接器96拆卸空气压缩机软管95，或者空气软管可以留下来连接于系泊装置而在压缩机93处卸开，在软管的自由端系上一只小型标记浮标以便于日后收回。

图9表明系泊系统的第四实施例，其中漂浮系泊装置97具有一个上部98，带有从垂直中心通道33沿径向向外伸展的完全平坦的环状上甲板99，没有任何抬起的截头圆锥形中间部分。而盘状上部98的外缘100却从底部到顶部向内呈圆锥形。船舶船体的底部中的系泊凹槽101具有平坦的环状部分102和带锥度的周缘103，与上部98的上甲板99和外缘100相匹配。这一实施例的所有其他构件基本上与第一实施例中的对应构件相同并具有相同的参照编号。

如同在第一实施例中，在从潜隐位置拉上系泊装置时，提升缆索的尾绳有助于相对于垂直井坑25对中系泊装置97。当系泊装置98靠近船舶11的底部时，两个带锥度的表面100和103将提供在系泊凹槽101中对系泊装置97的最后导引和对中作用。当弹性构件28和29触及系泊凹槽的平坦环状部分102时，结合图3所说明的系泊顺序将予以实施。在这一实施例中，在船舶11与系泊装置97之间作用的任何水平力将通过表面100和103传递。

图10表明本系统的第五实施例，其中系泊装置基本上与图9中所示的相同（上部98的外缘形状除外），参照编号也相同，但是对船舶11底部的形状未作变更。亦即，系泊凹槽104是由处于外部弹性构件28的接触圆圈以内的船体平坦底部的一个环形区域构成的。

这一实施例的系泊程序与先前各实施例的完全相同，如参照图2、3和4所说明的那样。唯一的区别在于：提升缆绳的尾绳为使系泊装置与垂直井坑25对中而提供了唯一的导引作用。由于没有匹配的两个带锥度的表面来抵抗施加于船舶与系泊装置之间的水平力，所以对于这一实施例就特别希望把系泊装置实际上固定在船舶上，就象参照图4所说明的使用系泊绳索73那样。当系泊绳索已经张紧时，很大的压缩力出现在系泊绳索73那样。当系泊绳索已经张紧时，很大的压缩力出现在系泊装置97与船舶11的底部之间，以至于系泊装置97与船舶11之间的摩擦力可能足以防止它们之间的水平相对运动。此外，在井坑25中可以设置其他一些系泊缆索（图中未示）以阻止系泊装置97与船舶11之间的水平相对运动。

本系泊系统已经结合FSO和FPSO船舶予以说明;不过，本发明并不局限于这类船舶，而是可以用于包括需要在严酷海况条件下系泊的油轮和军用船舶在内的一切船舶。

本发明的几项实施例和变型已经作为范例而予以说明。在本发明的精神和范畴之内还可以作出各种各样的改动。在所说明的各项实施例中（比如，见图1），系泊凹槽被描述为位于船舶11的船头附近。其实凹槽并不局限于这一区域，而是可以位于沿着船舶11底部的任一位置，包括船尾附近。在系泊凹槽的某些部位处，特别是在船体中部附近，船舶将无法自动地顺应环境作用力，而是需要动力协助做到这一点。不过，涉及在高浪海况下迅速地系泊船舶的方法的本发明也可以用于这些情况。

井坑25经图示并说明为垂直地穿过船舶11;不过，并不要求井坑25一直通到船舶11的甲板。其实，本发明的系泊系统根本不需要任何井坑25，而只需要一条引向已系泊船舶的甲板的狭长管道或一个船体底部中的凹槽，以允许收放和拖进提升缆绳。

虽然以上所阐明的用于迅速地减小静水压力的几种装置已经被描述为凭借一部潜没的系泊装置的净浮力可提供船舶的暂时系泊，直到船舶与系泊装置之间的实际上永久性的连接能够建立为止，本发明也包括勿需求助于任何机械装置而凭借保持系泊装置系统的正浮力以永久性地系泊船舶。

系泊装置的以及船舶中垂直井坑的横截面形状最好是圆形的;不过，本发明也可以用于符合其中所说明的任何技术要求的系泊装置或垂直井坑的任何其他一些形状。

本发明的系泊方法和各项实施例可以综述如下：

i、本发明涉及系泊船舶于离岸的潜没式漂浮系泊装置。当潜没式系泊装置被引向与船舶底部接触时，系泊装置与船舶之间的静水压力迅速地被减小，把系泊装置从一种净负值浮力状况变换到一种净正值浮力状况，并在系泊装置与船舶的船体之间造成压缩力，从而系泊船舶。由于系泊装置与船舶之间和静水压力减小的速度为一个波浪周期量级，所以船舶可以用这种方法在高浪海况下安全地系泊。

ii、用于减低系泊装置与船舶之间的静水压力的装置可以是（a）空吸泵，用于许多船舶均配备着的船头推进系统，（b）船舶中已抽室的抽吸舱，在系泊过程中向系泊装置上方的海水开启，（c）通向船舶中的空舱的孔口，在系泊过程中减低静水压力至空舱的最低程度，（d）以上各种中二者或全部的组合，或者（e）专门配备的高流量泵，在系泊装置与船舶之间从事抽吸。

iii、任何大小的船舶均可用此系统系泊;不过，船舶的吃水量增大，此系统就变得更加有效，而且因此，可允许系泊的海况随船舶尺寸而增多。

iv、本系统适合于所有离岸、近岸和沿海水域，但是特别适合于在浮水蔓延的极地水域中系泊船舶，因为：无船舶出现时系泊装置是潜没水中的，有可能极为迅速地完成连接，以及，更为重要的是，有可能极为迅速地完成拆解。

v、一旦船舶由于静水压差连带船舶船体与系泊装置之间的摩擦合力而被系泊住时，诸如靠液压张紧的系泊绳索那样的普通机械联接可以在系泊装置与船舶之间设立，以便在丧失静水压差的情况下确保系泊状态。

Claims (21)

1、一种海洋系泊系统，包括：

一船舶，具有一船体，其底部有一环状系泊凹槽；

一漂浮系泊装置，具有一上部，它可与船体底部中的系泊凹槽相接合；

多个缆索，连接该系泊装置于海底，该系泊装置通常保持在船体底部以下的某一深度处；以及

用于从预先选定的深度提升该系泊装置以与船体底部中的系泊凹槽相结合的装置，此系统的特征在于：

用于通过位于系泊凹槽之中的进水孔口急速地抽取海水进入船体的装置，以在系泊装置与系泊凹槽接合时减小作用于系泊装置上部的向下静水压力。

2、根据权利要求1的海洋系泊系统，其中，所述的用于急速地抽取海水进入船体的装置提供一定的流速，在系泊装置接合船体的潜没底部时，足以产生缆索和系泊装置这一综合体的净正值浮力。

3、根据权利要求1的海洋系泊系统，其中，用于从系泊凹槽急速地抽取海水进入船体的装置包括一台泵;一条第一导管，它连接该泵的入口至系泊凹槽之中的进水孔口;一条第二导管，它连接该泵的出口至远离系泊凹槽的至少一个排水孔口。

4、根据权利要求3的海洋系泊系统，其中，所述的泵也起到船头助推泵的作用，而所述的至少一个排水孔口包括两个水下孔口，分处船舶船头附近的船体两侧。

5、根据权利要求3的海洋系泊系统，其中，所述的上部包括两个同心的弹性环状构件，它们在系泊凹槽的两处形成两圈密封接触，这两处分别沿经向位于泵的进水口位置之内和之外。

6、根据权利要求1的海洋系泊系统，其中，用于从系泊凹槽抽取海水进入船体的装置包括船体内部的一间气密舱，此舱具有开向船体底部中的系泊凹槽的一只阀以及用于在舱内产生真空的装置。

7、根据权利要求6的海洋系泊系统，其中，所述的真空产生装置包括一蒸汽供给管线、一通风管线、以及一冷水供给管线，蒸汽供给管线和通风管线带有各自的阀，以开启蒸汽供给管线和通风管线，直到舱内的空气基本由蒸汽所取代为止，以及另一只阀，用于开启冷水供给管线，以在前两只阀已经关断之后冷凝蒸汽。

8、根据权利要求6的海洋系泊系统，其中，所述的上部包括两个同心的弹性环状构件，它们在系泊凹槽的两处形成两圈密封接触，这两处分别在自气密真空舱的阀孔位置的径向之内和之外。

9、根据权利要求1的海洋系泊系统，其中，所述的用于急速地从凹槽抽取海水的装置包括船体中的一间空舱和一个通往系泊凹槽的阀孔，以让海水流入此舱。

10、根据权利要求1的海洋系泊系统，其中，所述的漂浮装置的上部包括至少一个弹性环状构件，与系泊装置的垂直轴线同心，该弹性环状构件最先接触系泊凹槽以缓冲系泊装置与船舶之间的撞击。

11、根据权利要求10的海洋系泊系统，其中，该弹性环状构件与船体底部形成一圈密封接触，这样，所述的用于急速地抽取海水进入船体的装置能够把这圈密封接触以内的、船体底部与系泊装置上部之间的区域汲空。

12、根据权利要求1的海洋系泊系统，其中，所述的漂浮系泊装置还包括一个下部和用于把上部安装于下部以围绕此装置的垂直轴线转动的装置，而连接系泊装置于海底的许多缆索则固定于下部，因此在上部接合上船体底部中的系泊凹槽时，上部和船舶都可以围绕着下部转动。

13、根据权利要求12的海洋系泊系统，其中，所述的用于把上部安装于下部以围绕垂直轴线转动的装置包括：一组合式径向止推轴承;一位于上部和下部之间的轴承以下的第一旋转密封，以及一位于上部和下部之间的轴承以上的第二旋转密封，以防止海水进入轴承。

14、根据权利要求12的海洋系泊系统，其中，该系泊装置的上部包括一个环状中空箱体，具有内部的垂直通道和在箱体底部以下伸展的外部的周围裙圈，而此系泊装置的下部包括一个垂直圆筒箱体，具有封闭的顶部和敞开的底部。

15、根据权利要求14海洋系泊系统，其中，该系泊装置还包括用于输送压缩空气至该圆筒箱体的装置，并且该圆筒箱体具有一预先确定的容积，足以在此箱体中的水已经为压缩空气所驱出时升高此系泊装置至海洋表面。

16、根据权利要求14的海洋系泊系统，其中，所述的用于安装该上部于该下部以便围绕一垂直轴线转动的装置包括一径向轴承、一分开的止推轴承、以及在上部与下部之间的至少一个旋转密封。

17、一种用于系泊一船舶于一片水域底部的方法，此方法包括：

（a）藉多根缆索锚固一系泊装置于水底;

（b）保持该系泊装置于该水域的表面以下;

（c）定位船舶于该系泊装置的上方;

（d）通过一来自该船舶的一条缆索提升该系泊装置，以接触该船舶的底部;此方法的特征在于：

（e）急速地从由该系泊装置接触的区域抽取海水进入船舶的船体内，以充分地降低该系泊装置顶部上面的静水压力，以造成一种净正值浮力状况，推压该系泊装置紧靠此船舶的底部。

18、根据权利要求17的用于系泊一船舶于一片水域底部的方法，其中，步骤（d）包括在该系泊装置的外部周围与该船舶的底部之间构成密封接触，以及，步骤（e）包括通过位于该船体的底部、沿径向自此系泊装置的外部周围向内的进水孔口轴除海水进入此船体。

19、根据权利要求17的用于系泊一船舶于一片水域底部的方法，其中，步骤（d）包括在系泊装置从平衡位置提升之前或其间用压缩空气从系泊装置排出海水，以增大系泊装置的浮力并相应地减小由提升缆索所施加的起吊力。

20、根据权利要求17的用于系泊一船舶于一片水域底部的方法，其中，步骤（d）包括收回永久性地因接于系泊装置的一条挠性管线以及在系泊装置从平衡位置提升之前或其间用通过此挠性管线从船舶供给的压缩空气排出海水，以增大系泊装置的浮力并相应地减小由提升缆索所施加的起吊力。

21、根据权利要求20的用于系泊一船舶于一片水域底部的方法，其中，永久性地固接于系泊装置的挠性管线也是提升缆索。

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