CN111634383A - 一种圆筒形海洋平台的运动抑制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种圆筒形海洋平台的运动抑制装置，属于海洋工程技术领域；包括可旋转抑制结构、滑动抑制结构、垂荡抑制器阵列、控制单元和平台运动监测系统；海洋平台中控室中平台运动监测系统通过控制单元控制可旋转抑制结构和滑动抑制结构。通过可旋转抑制结构和滑动抑制结构中的螺旋形板在洋流中能够扰乱流场的功能来有效抑制平台的水平涡激运动，通过可旋转抑制结构的旋转增大螺旋列板的垂向投影面积，从而起到抑制平台垂荡运动的效果。通过滑动抑制结构的同步和非同步运动有效的抑制平台的垂荡和横摇、纵摇运动，从而达到高效抑制平台运动的作用，使圆筒形平台更适合在恶劣海洋环境下的油气生产作业。

Description

一种圆筒形海洋平台的运动抑制装置

技术领域

本发明涉及一种圆筒形海洋平台的运动抑制装置，属于海洋工程技术领域。

背景技术

海洋环境下的油气生产作业中通常采用海洋平台的形式。单立柱的海洋平台在结构设计上通常采用圆筒形或者其他具有对称截面(六角形、八角形等)的设计，因为采用对称截面，在抵抗风、浪、流等复杂海洋环境下没有方向性，特别适合作为生产类海洋平台长期固定地点作业的平台。但是圆形截面平台也存在缺陷，即存在垂向运动(垂荡)，同时对称截面在洋流作用下容易产生交替泄涡，从而产生水平方向上的涡激运动。

目前，为抑制圆筒形平台的垂荡运动，通常将圆筒底部直径做大形成一个圆环形的垂荡板，以增加垂向阻尼从而抑制垂荡运动。圆环形垂荡板受结构强度限制尺寸不能太大，抑制垂荡能力有限，并且不能抑制水平方向上的涡激运动，同时连续圆环结构影响立管和系泊锚链的布置，因此目前的结构难以满足圆筒形平台在恶劣海洋环境下的使用。

发明内容

本发明的目的是为解决如何抑制圆筒形平台垂荡运动、水平方向上的涡激运动以及解决立管和系泊锚链如何布置的技术问题。

为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种圆筒形海洋平台的运动抑制装置，包括可旋转抑制结构、滑动抑制结构、垂荡抑制器阵列、控制单元和平台运动监测系统；所述圆筒形海洋平台的外圆周圆筒外壁上设有可旋转抑制结构；可旋转抑制结构下方圆筒外壁上设有滑动抑制结构；滑动抑制结构两侧设有垂荡抑制器阵列；海洋平台中控室中设有用于监测平台运动速度和方向的平台运动监测系统；平台运动监测系统通过控制单元连接可旋转抑制结构和滑动抑制结构。

优选地，所述可旋转抑制结构包括可旋转式的螺旋列板、旋转铰点和液压伸缩油缸一；所述圆筒形海洋平台的圆筒外壁上绕设有螺旋形可旋转式的螺旋列板；可旋转式的螺旋列板的一端设有旋转铰点，可旋转式的螺旋列板通过旋转铰点连接于圆筒形海洋平台的圆筒外壁；可旋转式的螺旋列板的另一端通过液压伸缩油缸一连接于圆筒形海洋平台的圆筒外壁上。

优选地，所述可旋转式的螺旋列板的初始布置角度即可旋转式的螺旋列板展开后形成的一平面的长度方向与圆筒形海洋平台垂直中轴线的夹角设为40度-50度。

优选地，所述可旋转式的螺旋列板的另一端设有推动可旋转式螺旋列板，使其绕所述的旋转铰点顺时针向下旋转的液压伸缩油缸一。

优选地，所述可旋转抑制结构的数量至少设为3个，等高且均匀分布设于圆筒形海洋平台的圆筒外壁上。

优选地，所述可旋转式的螺旋列板的高度设为圆筒形海洋平台的圆筒直径的0.05-0.15倍。

优选地，所述滑动抑制结构包括基板、垂荡抑制板、螺旋列板二、导向轨道和液压伸缩油缸二；所述可旋转抑制结构下方圆筒外壁上设有滑动抑制结构，所述可旋转式的螺旋列板绕圆筒外壁沿螺旋向下延长线上设有固定连接于基板上的螺旋列板二，螺旋列板二下端部连接水平设有的垂荡抑制板；垂荡抑制板板面垂直设于基板外侧；基板与圆筒形海洋平台的圆筒外壁之间设有与平台圆筒中轴线平行的导向轨道和用于上下移动基板的液压伸缩油缸二。

优选地，所述导向轨道竖直设于圆筒形海洋平台的圆筒外壁，导向轨道可通过基板向上移动所述的螺旋列板二设于与所述可旋转式的螺旋列板高度一致。

优选地，所述螺旋列板二的长度、初始位置的角度设于与所述可旋转式的螺旋列板的长度、初始位置的角度相同。

优选地，所述导向轨道的两侧设有垂荡抑制器阵列；所述一侧的垂荡抑制器阵列设为三组，每组阵列的抑制板数量设为6-12块，每块抑制板的长度与宽度的比值设为4-8倍。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、固定的可旋转式的螺旋形板可以有效地抑制圆筒形海洋平台水平方向的涡激运动；

2、滑动抑制结构的螺旋形板可加强螺旋形板对平台水平方向上的涡激运动的抑制效果，当其与固定的可旋转式螺旋形板平行时，以及运动至固定可旋转式螺旋形板延长线时，都有很好的水平涡激运动抑制效果，可以达到80％以上；

3、滑动抑制结构的水平垂荡抑制板能够有效抑制平台的垂荡运动；

4、通过控制单元和液压伸缩油缸使滑动抑制结构同步沿平台运动方向运动可以大大加强滑动抑制结构对平台垂荡运动的抑制效果；

5、通过控制单元和液压伸缩油缸使滑动抑制结构沿导向轨道的反向运动可以产生沿平台横摇和纵摇方向相反的复原力矩，相当于减摇装置，在抑制平台垂荡运动的同时，抑制平台的横摇和纵摇运动。

附图说明

图1为本发明一种圆筒形海洋平台的运动抑制装置的结构图；

图2为本发明一种圆筒形海洋平台的运动抑制装置俯视结构图；

附图标记：1.可旋转抑制结构；2.滑动抑制结构；21.垂荡抑制板；22.螺旋列板二；3.导向轨道；4.液压伸缩油缸一；5.垂荡抑制器阵列；6.旋转铰点；7.控制单元；8.平台运动监测系统；9.液压伸缩油缸二；10.基板；11.圆筒形海洋平台；

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：

如图1-2所示，本发明提供一种圆筒形海洋平台的运动抑制装置，包括可旋转抑制结构1、滑动抑制结构2、垂荡抑制器阵列5、控制单元7和平台运动监测系统8；圆筒形海洋平台11的外圆周圆筒外壁上设有可旋转抑制结构1；可旋转抑制结构1下方圆筒外壁上设有滑动抑制结构2；滑动抑制结构2两侧设有垂荡抑制器阵列5；海洋平台中控室中设有用于监测平台运动速度和方向的平台运动监测系统8；平台运动监测系统8通过控制单元7连接可旋转抑制结构1和滑动抑制结构2。可旋转抑制结构1包括可旋转式的螺旋列板、旋转铰点6和液压伸缩油缸一4；圆筒形海洋平台的圆筒外壁上绕设有螺旋形可旋转式的螺旋列板；可旋转式的螺旋列板的一端设有旋转铰点6，可旋转式的螺旋列板通过旋转铰点6连接于圆筒形海洋平台的圆筒外壁；可旋转式的螺旋列板的另一端通过液压伸缩油缸一4连接于圆筒形海洋平台的圆筒外壁上。可旋转式的螺旋列板的初始布置角度即可旋转式的螺旋列板展开后形成的一平面的长度方向与圆筒形海洋平台垂直中轴线的夹角设为40度-50度。可旋转式的螺旋列板的另一端设有推动可旋转式螺旋列板，使其绕所述的旋转铰点6顺时针向下旋转的液压伸缩油缸一4。可旋转抑制结构的数量至少设为3个，等高且均匀分布设于圆筒形海洋平台的圆筒外壁上。可旋转式的螺旋列板的高度设为圆筒形海洋平台的圆筒直径的0.05-0.15倍。滑动抑制结构2包括基板10、垂荡抑制板21、螺旋列板二22、导向轨道3和液压伸缩油缸二9；可旋转抑制结构1下方圆筒外壁上设有滑动抑制结构2，可旋转式的螺旋列板绕圆筒外壁沿螺旋向下延长线上设有固定连接于基板上的螺旋列板二22，螺旋列板二22下端部连接水平设置有的垂荡抑制板21；垂荡抑制板21板面垂直设于基板10外侧；基板10与圆筒形海洋平台的圆筒外壁之间设有与平台圆筒中轴线平行的导向轨道3和用于上下移动基板的液压伸缩油缸二9。导向轨道3竖直设于圆筒形海洋平台的圆筒外壁，导向轨道3可通过基板10向上移动螺旋列板二22到达与可旋转式的螺旋列板高度一致的位置。螺旋列板二22的长度、初始位置的角度设于与可旋转式的螺旋列板的长度、初始位置的角度相同。导向轨道3的两侧设置有垂荡抑制器阵列5；一侧的垂荡抑制器阵列5设置为三组，每组阵列的抑制板数量设置为6-12块，每块抑制板的长度与宽度的比值设为4-8倍。

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种圆筒形海洋平台运动抑制装置，以高效抑制圆筒形平台的垂荡运动，同时能够有效抑制平台水平方向上的涡激运动，并且采用间隔布置不影响立管、锚链、导链器布置。

如图1-2所示，在平台外板上由3根可旋转式的螺旋列板组成，可旋转式抑制结构1的一端为旋转铰点6固定，另一端连接液压油缸一4连接的机构，各螺旋列板初始布置角度

定义为螺旋列板展开后的方向与平台垂直轴向的夹角，该布置角度在40°-50°范围内，减少涡激运动的效果最佳；当水流引起的平台涡激运动比较小，但外部环境引起的平台垂荡运动较大时，可通过端部配置的液压油缸一4推动螺旋列板，使其绕铰点6顺时针向下旋转，以增大螺旋列板的垂向投影面积，增大平台沿垂向的附加质量和阻尼，从而起到抑制平台垂荡运动的效果。

在可旋转式抑制结构1初始位置，其向下的延长线上对应布置3套垂向运动的导向轨道3，每根轨道上布置一个滑动抑制结构2，每套轨道中间布置一个固定在船体外板上的液压伸缩油缸二9，用于推动滑动抑制结构2沿导向轨道3滑动，控制单元7布置于平台控制室内，用于控制滑动抑制结构2的运动速度和方向，平台运动监测系统8布置于中控室内，用于监测平台的运动速度和方向，并将信号反馈至控制单元7，形成滑动抑制结构2的运动策略；滑动抑制结构2由沿固定抑制结构布置的螺旋形板二22和水平垂荡抑制板21组成。垂荡抑制器阵列5安装于各导向轨道的两侧，垂荡抑制器阵列共三组，每组阵列的抑制板数量控制在6到12根，安装于各导向轨道的两侧，单根抑制板的长度L与宽度B比为4-8倍，其抑制垂荡运动的效果最佳，同时还能增加导向轨道的结构强度。可旋转螺旋形板高度约为圆筒平台直径的0.05-0.15倍，初始布置角度在40°-50°范围内，减少涡激运动的效果最佳。当平台涡激运动较小，平台垂荡运动较大时，通过液压油缸使可旋转螺旋形板绕铰点6顺时针向下旋转，以增大螺旋列板的垂向投影面积，从而起到抑制平台垂荡运动的效果。可旋转螺旋形板至少布置3根，且沿船体外板均匀布置，各螺旋列板的水平投影相隔120度。滑动抑制结构2上的螺旋形板与船体上的可旋转螺旋形板长度、高度和角度都相同。滑动抑制结构2上的螺旋形板二22的初始位置与每个可旋转螺旋形板平行均布。导向轨道沿垂向布置，可滑动距离与可旋转螺旋形板的高度相同。滑动抑制结构2下面装有可以沿导向轨道滑动的至少4个导向框。液压伸缩油缸二9固定于船体上，油缸可推动滑动抑制结构2沿滑动导轨运动，运动距离和速度由运动控制单元7控制。运动控制单元7可控制3个滑动抑制结构2同步沿导向轨道按船体运动方向同向运动，或非同步控制3个滑动抑制结构沿导向轨道运动。滑动抑制结构2的水平垂荡抑制板21为梯形，螺旋形板二22端部与水平垂荡抑制板21相交作为其肘板为其提供垂向支撑。圆筒形海洋平台布置三套可旋转抑制结构1，每套可旋转抑制结构1下布置一套滑动抑制结构2，布置三组抑制装置更便于对应海洋平台常用的三组锚链布置，给系泊系统留有足够的空间，且三组抑制装置相对抑制效率最高。

本实施例提供的圆筒形海洋平台运动抑制装置，通过可旋转抑制结构1中的螺旋形板和滑动抑制结构2中的螺旋形板在洋流中能够扰乱流场的功能来有效抑制平台的水平涡激运动，通过可旋转抑制结构1的顺时针往下旋转可增大螺旋列板的垂向投影面积，从而起到抑制平台垂荡运动的效果。通过滑动抑制结构2的同步和非同步运动可以有效的抑制平台的垂荡和横摇、纵摇运动，从而达到高效抑制平台运动的作用，使圆筒形平台更适合在恶劣海洋环境下的油气生产作业。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种圆筒形海洋平台的运动抑制装置，其特征在于：包括可旋转抑制结构、滑动抑制结构、垂荡抑制器阵列、控制单元和平台运动监测系统；所述圆筒形海洋平台的外圆周圆筒外壁上设有可旋转抑制结构；可旋转抑制结构下方圆筒外壁上设有滑动抑制结构；滑动抑制结构两侧设有垂荡抑制器阵列；海洋平台中控室中设有用于监测平台运动速度和方向的平台运动监测系统；平台运动监测系统通过控制单元连接可旋转抑制结构和滑动抑制结构。

2.如权利要求1所述的一种圆筒形海洋平台的运动抑制装置，其特征在于：所述可旋转抑制结构包括可旋转式的螺旋列板、旋转铰点和液压伸缩油缸一；所述圆筒形海洋平台的圆筒外壁上绕设有螺旋形可旋转式的螺旋列板；可旋转式的螺旋列板的一端设有旋转铰点，可旋转式的螺旋列板通过旋转铰点连接于圆筒形海洋平台的圆筒外壁；可旋转式的螺旋列板的另一端通过液压伸缩油缸一连接于圆筒形海洋平台的圆筒外壁上。

3.如权利要求2所述的一种圆筒形海洋平台的运动抑制装置，其特征在于：所述可旋转式的螺旋列板的初始布置角度即可旋转式的螺旋列板展开后形成的一平面的长度方向与圆筒形海洋平台垂直中轴线的夹角设为40度-50度。

4.如权利要求3所述的一种圆筒形海洋平台的运动抑制装置，其特征在于：所述可旋转式的螺旋列板的另一端设有推动可旋转式螺旋列板，使其绕所述的旋转铰点顺时针向下旋转的液压伸缩油缸一。

5.如权利要求4所述的一种圆筒形海洋平台的运动抑制装置，其特征在于：所述可旋转抑制结构的数量至少设为3个，等高且均匀分布设于圆筒形海洋平台的圆筒外壁上。

6.如权利要求5所述的一种圆筒形海洋平台的运动抑制装置，其特征在于：所述可旋转式的螺旋列板的高度设为圆筒形海洋平台的圆筒直径的0.05-0.15倍。

7.如权利要求6所述的一种圆筒形海洋平台的运动抑制装置，其特征在于：所述滑动抑制结构包括基板、垂荡抑制板、螺旋列板二、导向轨道和液压伸缩油缸二；所述可旋转抑制结构下方圆筒外壁上设有滑动抑制结构，所述可旋转式的螺旋列板绕圆筒外壁沿螺旋向下延长线上设有固定连接于基板上的螺旋列板二，螺旋列板二下端部连接水平设有的垂荡抑制板；垂荡抑制板板面垂直设于基板外侧；基板与圆筒形海洋平台的圆筒外壁之间设有与平台圆筒中轴线平行的导向轨道和用于上下移动基板的液压伸缩油缸二。

8.如权利要求7所述的一种圆筒形海洋平台的运动抑制装置，其特征在于：所述导向轨道竖直设于圆筒形海洋平台的圆筒外壁，导向轨道可通过基板向上移动所述的螺旋列板二设于与所述可旋转式的螺旋列板高度一致。

9.如权利要求8所述的一种圆筒形海洋平台的运动抑制装置，其特征在于：所述螺旋列板二的长度、初始位置的角度设于与所述可旋转式的螺旋列板的长度、初始位置的角度相同。

10.如权利要求9所述的一种圆筒形海洋平台的运动抑制装置，其特征在于：所述导向轨道的两侧设有垂荡抑制器阵列；所述一侧的垂荡抑制器阵列设为三组，每组阵列的抑制板数量设为6-12块，每块抑制板的长度与宽度的比值设为4-8倍。

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