CN114086528A - 一种适用于极地海域的抗冰导管架平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于极地海域的抗冰导管架平台，包括底端固定在海底的导管架体。导管架体包括导管架腿、支撑平台、阻尼器和防撞球等，阻尼器与支撑平台转动连接且与导管架腿弹性连接，所述防撞球包括橡胶套筒、阻尼弹簧、和粘性阻尼材料，在受到冲击的时候能够吸收冲击能量；阻尼器包括阻尼球、高强度杆和液压杆，高强度杆件一端与支撑平台铰接，另一端连接阻尼球。液压杆两端分别分别连接高强度杆件和导管架腿，在导管架腿受到冲击而晃动时通过液压杆伸缩起到缓冲作用。本发明能降低导管架腿在受到偶然荷载时被破坏的可能性，提高导管架结构在恶劣海况下的抗倾覆、倒塌能力；且能对各个方向的荷载起到缓冲作用，稳定性和安全性高。

Description

一种适用于极地海域的抗冰导管架平台

技术领域

本发明涉及一种海上导管架平台，尤其涉及一种能减小海面浮冰带来的破坏的导管架平台。

背景技术

海洋中的油气资源十分丰富，尤其是石油资源的开发有着十分广阔的前景。而海洋资源的开发离不开海洋平台的发展，随着海洋石油开发的迅速发展，导管架式海洋平台由于其结构简单稳定的优点，被广泛用于海上油田开发、海洋科学观测等。

导管架平台在完成钻井、采油、储油等一系列作业的同时，由于长期暴露在海洋环境中，所处的环境以及天气都较为恶劣，且经常受到风荷载，洋流荷载，冰荷载等复杂因素的作用以及爆炸、撞击等突发的偶然荷载的影响；在这些环境荷载的影响下，导管架结构的震动通常十分剧烈，甚至曾发生导管架平台的倒塌事故。这不仅会对海洋环境带来巨大的污染，也会造成巨大的经济损失；同时，极地地区等寒冷海域蕴藏着丰富的石油、天然气等海洋资源，也有较高的科研价值，但由于冰区环境更加恶劣，浮冰对导管架的撞击频繁，令导管架的损坏风险提高，使用寿命将会大大降低。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种适用于极地海域，能小海面浮冰带来的破坏的导管架平台。

技术方案：本发明的适用于极地海域的抗冰导管架平台，包括底端固定在海底的导管架体、阻尼器和防撞球。所述导管架体包括导管架腿、支撑平台和设置在导管架腿之间起稳定作用的桁架结构。所述阻尼器与支撑平台转动连接且与导管架腿弹性连接，所述防撞球套设在导管架腿上。

所述防撞球设置在海平面与导管架腿的交界处。防撞球包括由外向内层叠设置的橡胶套筒、阻尼弹簧和粘性阻尼材料。

所述阻尼器包括阻尼球、高强度杆件和液压杆组，所述高强度杆件一端连接阻尼球，另一端与支撑平台铰接；所述液压杆组包括与导管架腿数量相同的液压杆，所述液压杆一端与高强度杆件连接，另一端抵接在导管架腿上。

所述液压杆中设置有能量收集装置，所述液压杆中有液压油，所述能量收集装置包括由液压油驱动的液压泵和蓄电池，所述蓄电池通过敷设在导管架体上的电线连接上层甲板，为上层甲板的用电器供电。

所述橡胶套筒的内壁上设有第一加强板，所述粘性阻尼材料的内壁上设有第二加强板，所述第一加强板和第二加强板分别与阻尼弹簧的两端连接。

进一步地，所述粘性阻尼材料为橡胶材料和液体树脂组成的复合材料。

进一步地，所述橡胶材料为丁基橡胶，所述液体树脂为聚丁烯液体胶、丁腈液体胶。

进一步地，所述高强度杆件为高强度铝合金制成。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：降低导管架腿在受到浮冰、爆炸、撞击等偶然荷载时被破坏的可能性，提高导管架结构在恶劣海况下的抗倾覆、倒塌能力；且能对各个方向的荷载起到缓冲作用，稳定性和安全性高；部件拆装方便，可维护性强，能够延长导管架的使用寿命，同时能利用并收集外界偶然荷载的能量，供甲板上的设施和人员使用，尤其适用于极地地区的海洋勘探工作以及能源发掘作业。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的主视图。

图2为本发明的一个实施例的轴测图。

图3为本发明的一个实施例的海平面以上局部放大图。

图4为本发明的一个实施例的液压杆系统图。

图5为本发明的一个实施例的支撑平台图。

图6为本发明的一个实施例的防撞球系统的剖面图。

图7为本发明的一个实施例的桁架结构图。

图8为本发明的一个实施例的阻尼弹簧主视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

图1-8中，部件与附图标记的对应关系如下：1-桁架结构、2-导管架腿、3-防撞球、4-阻尼球、5-液压杆、6-高强度杆件、7-支撑平台、8-铰接点、9-橡胶套筒、10-阻尼弹簧、11-阻尼材料、12-第一加强板、13-第二加强板。

如图1所示的实施例中的适用于极地地区的导管架平台，其结构包括导管架体，阻尼器以及防撞球。导管架体包括导管架腿2、支撑平台7和设置在导管架腿2之间起稳定作用的桁架结构1；阻尼器包括阻尼球4、液压杆组和高强度杆件6，高强度杆件一端连接阻尼球4，另一端转动连接支撑平台7；液压杆组中包括数量与导管架腿相同的液压杆5，每根液压杆5的两端分别连接高强度杆件6和导管架腿2；防撞球套设在导管架腿上与海平面交界处，包括由外向内层叠设置的橡胶套筒9、阻尼弹簧10和阻尼材料11，橡胶套筒9内壁设有第一加强板12，阻尼材料11内壁设有第二加强板13，阻尼弹簧10的两端分别与第一加强板12和第二加强板13相连；高强度杆件6由高强度铝合金杆，其具有力学强度高，塑性好等优异性能。

支撑平台7是高强度钢和导管架腿2相互连接形成的一个平台，用来承受阻尼球4的重量；其底面的中心是一个可转动的铰接点8，高强度杆件6顶端在该铰接点8与支撑平台7铰接，阻尼球4顶端与高强度杆件6底端连接，使得阻尼球4在摆动时不受高强度杆件6顶端的约束而能够自由摆动。同时，高强度杆件6和导管架腿2通过液压杆5连接，在阻尼球4受荷载作用而摆动时，各液压杆5能随着阻尼球4位置的不同而伸长或压缩，从而吸收一部分导管架体受到的荷载作用。

防撞球3设置在海平面与导管架腿2的交界处，内含橡胶套筒9、阻尼弹簧10和粘性阻尼材料11。当受到的冲击较小时，橡胶套筒9依靠其自身的弹性变形就能吸收大部分的冲击力；当仅凭橡胶套筒9的形变不能消除不利荷载时，和橡胶套筒9内部的加强板相连的阻尼弹簧10会进一步收缩，进一步吸收荷载的能量；粘性阻尼材料11紧紧包裹着导管架腿2，防止阻尼弹簧11对导管架腿2的伤害。防撞球主要用于减轻或消除海平面上的浮冰及其他偶然荷载对导管架腿2的冲击，保护导管架腿2的结构安全，提高极地地区导管架的使用寿命。粘性阻尼材料为复合橡胶材料，其通常由橡胶材料和液体树脂制成。粘性阻尼材料是利用橡胶本身所具有的粘弹性对结构振动进行阻尼减震。橡胶可以是丁基橡胶等，液体树脂可以为聚丁烯液体胶、丁腈液体胶等，其具有力学强度高，塑性好等优异性能。当结构振动时，粘性阻尼材料的橡胶分子链之间的粘性内摩擦消耗部分振动能，能够减小振动。

本发明的工作原理为：当导管架体受到浮冰、碰撞等偶然荷载的作用时会产生晃动，不受约束的阻尼球4会优先产生位移。由于导管架整体是刚性连接，如果受到的荷载能量过大，在各连接处会产生微小的位移。当导管架体安装了阻尼器时，受到外荷载作用，阻尼球4会优先围绕着铰接点8摆动，从而代替导管架结构吸收这部分能量，并且通过阻尼球4的摆动释放掉一部分外荷载带来的能量。当阻尼球4的摆动幅度过大时，阻尼球4在不同时刻的位置会对各液压杆5产生不同程度的压缩或拉伸，通过阻尼球4对液压杆5的做功，液压杆5会进一步吸收外荷载对导管架体的冲击能量，从而达到保护导管架结构以及提高导管架平台稳定性的效果。同时，在阻尼球4摆动幅度过大对液压杆5做功时，当液压杆收缩时会带动能量收集系统里的液压油运动，液压油的运动会进一步带动能量收集系统里的液压泵转动进行发电，进而通过能量收集装置中的蓄电池储存起来。蓄电池和敷设在导管架腿上的线路连接导管架上层甲板，其电能可供甲板上的固有设施以及工作人员使用，从而达到利用外界偶然荷载对导管架体冲击来采集能量的效果。由于本发明设置了良好的抗浮冰碰撞及减震装置，使得导管架在海洋环境恶劣的极地地区也能有较长的寿命。当遇到运动的浮冰、爆炸、突发碰撞等偶然荷载撞击导管架时，导管架体作为支撑结构，保持整个新型抗冰导管架平台的稳定性而不发生倾覆。

Claims (9)

1.一种适用于极地海域的抗冰导管架平台，包括底端固定在海底的导管架体、阻尼器和防撞球(3)。所述导管架体包括导管架腿(2)、支撑平台(7)和设置在导管架腿(2)之间起稳定作用的桁架结构(1)。所述阻尼器与支撑平台(7)转动连接且与导管架腿(2)弹性连接，所述防撞球(3)套设在导管架腿(2)上。

2.根据权利要求1所述的适用于极地海域的抗冰导管架平台，其特征在于，所述防撞球(3)设置在海平面与导管架腿(2)的交界处。

3.根据权利要求2所述的适用于极地海域的抗冰导管架平台，其特征在于，所述防撞球(3)包括由外向内层叠设置的橡胶套筒(9)、阻尼弹簧(10)和粘性阻尼材料(11)。

4.根据权利要求1所述的适用于极地海域的抗冰导管架平台，其特征在于，所述阻尼器包括阻尼球(4)、高强度杆件(6)和液压杆组，所述高强度杆件(6)一端连接阻尼球(4)，另一端与支撑平台(7)铰接；所述液压杆组包括与导管架腿(2)数量相同的液压杆(5)，所述液压杆(5)一端与高强度杆件(6)连接，另一端抵接在导管架腿(2)上。

5.根据权利要求4所述的适用于极地海域的抗冰导管架平台，其特征在于，所述液压杆(5)中设置有能量收集装置，所述液压杆中有液压油，所述能量收集装置包括由液压油驱动的液压泵和蓄电池，所述蓄电池通过敷设在导管架体(1)上的电线连接上层甲板，为上层甲板的用电器供电。

6.根据权利要求3所述的适用于极地海域的抗冰导管架平台，其特征在于，所述橡胶套筒(9)的内壁上设有第一加强板(12)，所述粘性阻尼材料(11)的内壁上设有第二加强板(13)，所述第一加强板(12)和第二加强板(13)分别与阻尼弹簧(10)的两端连接。

7.根据权利要求3所述的所述适用于极地海域的抗冰导管架平台，其特征在于，所述粘性阻尼材料(11)为橡胶材料和液体树脂组成的复合材料。

8.根据权利要求7所述的所述适用于极地海域的抗冰导管架平台，其特征在于，所述橡胶材料为丁基橡胶，所述液体树脂为聚丁烯液体胶、丁腈液体胶。

9.根据权利要求4所述的所述适用于极地海域的抗冰导管架平台，其特征在于，所述高强度杆件(6)为高强度铝合金制成。

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