CN115151481A - 浮式海洋平台 - Google Patents

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多米尼克·格莱布·罗迪尔
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Abstract

本发明涉及一种浮式海洋平台，浮式海洋平台包括中心柱、周向围绕中心柱的至少三个周边柱、将周边柱与中心柱连接的从中心柱径向延伸的梁、以及横跨在每对相邻的周边柱之间的结构构件，其中所述结构构件被预张紧。

Description

浮式海洋平台
技术领域
本发明涉及一种浮式海洋平台。
背景技术
与气候变化相关的日益增长的担忧给可再生发电提供了动力，包括海上风力发电的潜在大市场。现有的大规模建设发生在相对浅的水域中，其中结构固定到海床。然而，这些技术将这种建设限制于通常相对靠近海岸、具有潜在的视觉冲击、并且具有有利的海床条件的区域。此外，固定的风力涡轮机往往需要在海上进行繁重的工作，由于恶劣天气并且需要非常大量的海上施工船舶，因此具有对工人的相关风险和财务风险。
为风力涡轮机提供浮动基础的能力可以通过将这些单元定位在更深的水域中、进一步远离海岸来实质性地增加可用于海上风电场建设的区域，其中视觉冲击趋于降低并且风速总体上更高并且更少湍流。此外，由于涡轮机可在港口处完全组装并且被拖曳到现场，因此这些需要在海上进行较少的工作。
近年来成功完成了几项创新性的示范工程，以证明将商业尺寸的风力涡轮机安装在浮动基础上的可行性。然而，由于已经部署的结构的高成本，以及难以用现有船厂或民用工程设施大量生产漂浮物，因此尚未发生大规模建设。需要减小用于浮式风力涡轮机基础的船体的尺寸和成本，同时容纳计划用于商业规模建设的非常大的风力涡轮机，其中转子直径接近200米。
发明内容
本发明的目的是提供一种浮式海洋平台，该浮式海洋平台生产起来更经济，同时提供比现有浮式海洋平台、特别是用于海上风力涡轮机的浮动基础的稳定性基本上相等或更高的稳定性。
根据第一方面，本发明提供了一种浮式海洋平台，其包括中心柱、周向围绕所述中心柱的至少三个周边柱、将周边柱与中心柱连接的从中心柱径向延伸的梁，以及横跨在每对相邻的周边柱之间的结构构件，其中结构构件被预张紧。
结构构件的预张紧对梁引起反压力，该反压力使这些梁在其细长方向上朝向该中心柱偏移。由于预张紧，结构构件保持张紧，并且梁在负载循环期间例如由波浪施加在平台上来保持压紧。结构构件的这种配置为这些梁提供了水平平面中的刚度并且因此减小了梁中的力矩力。由于结构部件和梁可以设计成主要分别抵抗张紧力和压紧力，因此与传统的浮式海洋平台相比，结构构件和梁可以实施得更纤细且更轻。由于浮式海洋平台包括相似或相同的中心柱和周边柱，所以稳定性将很大程度上与现有浮式海洋平台的稳定性相同。
在实施例中，径向延伸的梁包括彼此平行延伸的顶部梁和底部梁。在进一步的实施例中，梁具有圆形横截面和/或I形横截面。梁被被配置为由常规钢段构成的桁架配置中的支腿。这是一种可以通过经济方式生产的简单的钢结构。
在一些实施例中，中心柱和/或周边柱竖直地延伸。
在实施例中，周边柱和结构构件形成大体上三角形的形状、优选地等边三角形的形状。三角形配置提供易于制造的周边柱和结构构件的形状稳定布置。
在实施例中，结构构件包括钢管或形成有钢管，以在结构构件和梁中传递高的预张紧。
在轻型可替代实施例中，结构构件包括钢或芳族聚酰胺纤维锚索或由钢或芳族聚酰胺纤维锚索形成。
在实施例中，周边柱包括连接器，该连接器具有用于该结构构件的一个端部的通道，其中结构构件包括被接纳在连接器中的、在端部处的张紧头，并且结构构件从该张紧头延伸穿过通道。张紧头可以被钩到连接器中，随后，该张紧头可以被预张紧。
在其一个实施例中，周边柱包括在连接器与张紧头之间的一个或更多个垫片或垫片板以在结构构件已经被构建之后维持该结构构件中的预张紧。
在实施例中，梁中的至少一个梁用作舷梯以在中心柱与周边柱中的至少一个周边柱之间提供通路。
在一些实施例中，结构构件被定位在径向延伸的梁的高度下方的高度处和/或结构构件被定位在径向延伸的梁的高度上方的高度处以进一步确保维持梁的特定部分或其钢段的压紧。
在实施例中，梁使用螺栓连接来连接到柱。这是一种可以以经济有利的方式生产的简单的连接方法。
在共同水平平面中延伸的结构构件优选地具有相同的预张紧以提供围绕或沿其横跨的对称性。第一组底部结构构件和第二组顶部结构构件中的预张紧可以彼此不同，以便在需要时区分底部梁和顶部梁中的偏移。
在实施例中，结构构件是通过向其引起预张紧行程而被预张紧的，该预张紧行程是在结构构件的长度的0.04％至0.07％、优选是结构构件的长度的0.05％。以此方式，结构构件的永久变形将保持非常小，因为它们在弹性范围内操作。因此，结构构件在浮式海洋平台的使用寿命期间保持张紧。由于预张紧，结构构件在所有时间都保持张紧，除非在最强风暴的最大波浪期间，由此它们可能偶尔在短时间段内松弛，诸如至多几秒的波浪周期。
在实施例中，梁在它们的细长方向上朝向中心柱偏移，优选地，在共同水平面中延伸的梁具有相同的偏移，从而在水平面中为梁提供刚度并且因此减小梁中的力矩力。径向延伸的梁的顶部梁和底部梁中的偏移可以彼此不同，以便进一步改进径向延伸的梁的刚度。
在实施例中，周边柱包括浮力空气腔室。空气腔室向在周边柱处的浮式海洋平台提供浮力。由于周边柱位于距中心柱一定距离处，所以附加的浮力为浮式海洋平台提供稳定性。
在实施例中，周边柱包括基部，并且浮力空气腔室在该基部处通向海。以此方式，周边柱的浮力可以通过调整空气腔室中的空气水平并且由此迫使水经由该基部进入或离开空气腔室来调整。
在实施例中，浮式海洋平台进一步包括运动控制系统，运动控制系统包括高压空气罐，该高压空气罐用于排放开放的浮力空气腔室中的空气，该高压空气罐使用致动阀来控制进入和离开开放的浮力空气腔室的空气流并且高压空气罐由与运动传感器耦接的计算机系统来控制。运动控制系统可调节开放的浮力空气腔室中的空气水平，以提供与浮式海洋平台上的空气动力引起的力矩相反的力矩，从而使浮式海洋平台稳定。
在其一个实施例中，高压空气罐由梁中的一个梁的气密性内部容积形成。通过将梁用作空气罐，不需要提供附加的空气罐，这节省了浮式海洋平台上的空间。
在另外的实施例中，运动控制系统包括空气压缩机，该空气压缩机被配置成填充高压空气罐。在其实施例中，运动控制系统包括入口阀，该入口阀配置为控制空气压缩机对高压空气罐的填充。
在实施例中，运动控制系统包括用于每个开放的浮力空气腔室的出口阀，该出口阀被配置成用于控制将空气从高压空气罐排放到对应的开放的浮力空气腔室中。
在实施例中，运动控制系统包括用于每个开放浮力空气腔室的释放阀，该释放阀将该开放的浮力空气腔室连接至大气并且被配置成用于控制将空气从该开放的浮力空气腔室释放至大气。空气压缩机、入口阀、出口阀和释放阀是可以以经济有利的方式实现和安装的常规部件。
根据第二方面，本发明提供了一种浮式海洋平台，包括中心柱、周向围绕中心柱的至少三个周边柱、将周边柱与中心柱连接的从中心柱径向延伸的梁，其中，周边柱包括浮力空气腔室，并且其中，海洋平台包括运动控制系统，运动控制系统包括排出浮力空气腔室中的空气的高压空气罐，高压空气罐使用致动阀控制进入和离开浮力空气腔室的气流，并且高压空气罐由与运动传感器耦接的计算机系统控制。
根据第二方面及其实施例的浮式海洋平台涉及根据上述任一实施例的浮式海洋平台，因此具有相同的技术优点，在此不再赘述。
本说明书中所描述和示出的各个方面和特征可以在可能的情况下单独地应用。这些单独的方面，特别是在所呈的从属权利要求中所描述的方面和特征，可以是分案专利申请的主题。
附图说明
将基于在附图中示出的示例性实施例阐明本发明，在附图中：
图1A、图1B和图1C是支撑风力涡轮机的根据本发明第一实施例的浮式海洋平台的等轴侧视图、侧视图和俯视图；
图2A和图2B分别是根据图1A和图1B的浮式海洋平台的放大图，具有部分切口以示出其一些内部部件；
图3是浮式海洋平台的筋状物与裙部之间的连接的详细视图；
图4A和图4B是支撑风力涡轮机的根据本发明的第二实施例的浮式海洋平台的等轴侧视图和侧视图；
图5示出了根据本发明的第三实施例的浮式海洋平台的周边柱的顶部剖视图；以及
图6是根据本发明第四实施例的浮式海洋平台的等轴侧视图，该平台支撑数据测量和采集设备。
具体实施方式
图1A至图1C和图2A至图2B示出了根据本发明的第一实施例的浮式海洋平台1。在该示例中，海洋平台1支撑风力涡轮机300以形成浮式风力涡轮机10。风力涡轮机300具有竖直塔架301和在塔架301顶部上的机舱302，机舱302具有由风力涡轮机转子303驱动的内部发电机。风力涡轮机转子303具有连接至发电机的轮毂304，并且在这个示例中具有从轮毂304辐射的三个叶片305。风力涡轮机300能够产生超过1MW的电力，目前达到约10MW至12MW。对于+10MW的风力涡轮机，塔架301的底部直径可以在5米与10米之间。三个叶片305可以各自大于100米长。示例是来自通用电气公司的12MW Haliade X涡轮机。其他涡轮机设计，诸如竖直轴线风力涡轮机也可以由浮式海洋平台1支撑。
如图2B中最佳示出的，海洋平台1包括具有变化直径的竖直圆柱形中心柱2，该变化直径大致等于塔架301在中心柱2的顶部处的底部直径并且直径朝向中心柱2的底部或龙骨增加。中心柱2具有限定内部腔室5的圆周壁3和底壁4。中心柱2由钢或混凝土制成。
在这个示例中，海洋平台1包括三个竖直稳定件或周边柱20a、20b、20c，周边柱20a、20b、20c围绕中心柱2每隔120度径向地布置。如图2B中最佳示出的，周边柱20a、20b、20c各自包括钢制的第一圆柱形本体21，该第一圆柱形本体21具有圆周壁24、顶壁25，以及内部钢制水密性平面部26，该内部钢制水密性平面部26在该实施例中平行于顶壁25并且在周边柱20a、20b、20c的高度的基本上一半处延伸。水密性平面部26在上侧处限定内部封闭的空气腔室71，并且在下侧处限定内部开放的空气腔室72。开放的空气腔室72在圆周壁24的基部或底部边缘处是开放的以便至少部分地用水填充。周边柱20a、20b、20c包括围绕圆周壁24的底部边缘的水平延伸的钢制裙部27。
海洋平台1包括具有相同径向长度的三个支腿40a、40b、40c。支腿40a、40b、40c由管状结构构件构成并且以桁架配置布置。支腿40a、40b、40c将中心柱2连接到周边柱20a、20b、20c。如图2B中最佳示出的，支腿40a、40b、40c包括基本上水平的顶部梁45和基本上水平的底部梁46，该基本上水平的顶部梁45和基本上水平的底部梁46彼此平行地延伸并且与交叉构件或斜撑47(如果需要的话)互连。顶部梁45和底部梁46是钢制中空圆柱形管，并且斜撑47是具有较小直径的钢制中空圆柱形管。支腿40a、40b、40c通过焊接或借助于彼此栓接以形成螺栓连接的法兰与中心柱2和周边柱20a、20b、20c连接。
中心柱2包括具有恒定直径的竖直圆柱顶部段6，顶部梁45连接至该竖直圆柱形顶部段6。竖直圆柱段6经由扩口段或圆锥形扩宽段7向下合并到具有恒定直径的竖直圆柱底部段8中，底部梁46连接至该竖直圆柱底部段8。中心柱2可以设置有底部段8下方的未示出的支脚，该支脚具有提供额外体积的较大直径。当支脚充满空气时，其有助于支撑风力涡轮机300的重量。当支脚充满水时，其有助于为浮式风力涡轮机10提供稳定性。
海洋平台1包括六个预张紧的细长结构构件或筋状物60a、60b、60c、61a、61b、61c，细长结构构件或筋状物60a、60b、60c、61a、61b、61c具有与周边柱20a、20b、20c互连的相同长度。在该示例中，三个筋状物60a、60b、60c在裙部27处互连周边柱20a、20b、20c，并且三个筋状物61a、61b、61c在其顶壁25附近互连周边柱20a、20b、20c。
在图3中示出了筋状物61b与柱20b(特别是在其裙部27处)之间的连接的细节。裙部27包括环形钢制基板28以及连接至其的钢制边缘板29，钢制边缘板29限定朝向用于连接的筋状物61b的端部的筋状物连接器30的通道37。筋状物连接器30包括：两对平行的钢制第一支撑板31、平行于第一支撑板31的两个钢制第二支撑板32以及由钢板制成的两个加强件33；两对平行的钢制第一支撑板31在通道37的两侧上径向延伸并且连接至边缘板29和基板28；两个钢制第二支撑板32与边缘板29、基板28和圆周壁24连接；两个加强件33横向于第一支撑板31和第二支撑板32延伸并且互连第一支撑板31和第二支撑板32。在周边柱20b的顶部处提供相同或相似的连接器30。应当理解，上述筋状物连接器30仅是几个可能的实施例的一个示例。例如，筋状物连接器30可以不是裙部27的一部分，而是可集成到或附接至柱20b。
筋状物61b包括中空的圆柱形钢管62以及在管62的端部处的张紧头63。张紧头63包括两个支撑件64，这两个支撑件64在管62的相对侧从管62伸出。筋状物61b的钢管62在端部处延伸穿过通道37，并且张紧头63被接纳在连接器30中，其中它钩在第一支撑板31后面。筋状物61b借助于临时安装的液压缸35被预张紧，该液压缸35位于筋状物61b的位于连接器30的第三支撑板33与筋状物61的支撑件64之间的端部处。液压缸35推动张紧头63远离第一支撑板31，随后间隙永久地填充有钢制垫片板36。在筋状物61b的预张紧之后，移除液压缸35。
每个筋状物60a、60b、60c、61a、61b、61c在其一端部处包括至少一个张紧头63，并且每个周边柱20a、20b、20c包括至少一个对应的筋状物连接器30，使得每个筋状物60a、60b、60c、61a、61b、61c可以被预张紧。筋状物60a、60b、60c、61a、61b、61c可以包括两个张紧头63，筋状物每一端部处有一个张紧头63，周边柱20a、20b、20c可以包括对应于相应张紧头63的两个筋状物连接器30。筋状物60a、60b、60c、61a、61b、61c还可以在与张紧头63相对的端部处包括锻造的轴对称头，该轴对称头对应于在其他周边柱20a、20b、20c处的连接器。筋状物60a、60b、60c、61a、61b、61c的预张紧导致在至少所有底部梁46中(但是在该示例中在所有梁45、46中)诱导反压力，该反压力使底部梁46并且在这个实例中还有顶部梁45在它们的朝向中心柱2的伸长方向上偏移。由于筋状物60a、60b、60c、61a、61b、61c中的预张紧，这些结构构件始终保持张紧，除了在最有力的暴风雨的最大波浪期间，由此它们可以偶尔在短期内变得松弛，诸如至多几秒的波浪周期。筋状物60a、60b、60c、61a、61b、61c为水平平面中的支腿40a、40b、40c提供刚度。
海洋平台1设置有舷梯11，舷梯11围绕塔架301的底部并且在一个或更多个顶部梁45上方朝向周边柱20a、20b、20c的顶侧延伸。可替代地，顶部梁45例如是I型梁或H型梁，技术人员可以使用I型梁或H型梁作为中心柱2与周边柱20a、20b、20c之间的通路的舷梯。
海洋平台1包括运动控制系统，在图2B中示意性地示出了该运动控制系统的一些部件。运动控制系统被配置为调节开放的空气腔室72中的空气水平以便稳定海洋平台1并且提供与风力涡轮机转子303上的空气动力引起的力矩相反的力矩。运动控制系统包括空气压缩机75，该空气压缩机75位于中心柱2中并且由该涡轮机电气系统供电。空气压缩机75连接至空气分配管76，空气分配管76连接至入口阀77。入口阀77与气密舱、高压空气腔室或高压空气罐82连通，气密舱、高压空气腔室或高压空气罐82是底部梁46的内部或由其整个气密内部容积形成。空气罐82被空气压缩机75用7巴至12巴的高压空气填充。空气压缩机75可以被配置成当压力下降到预设值以下时自动开始填充空气罐82。用于运行空气压缩机75(大约100kW或更小)的动力可由涡轮机系统提供。如果该现场的风不足并且风力涡轮机300没有产生电力，则电网可以用于提供电力。
运动控制系统包括用于每个开放的空气腔室72的自动出口阀78，该自动出口阀78可以被控制以便将高压空气从空气罐82释放到开放的空气腔室72底部的空气出口81中。因此，随着自动出口阀78的打开，释放的空气量可以被精确地控制。可以在自动出口阀78的下游添加空气喷嘴或空气出口81以引导空气流朝向开放的空气腔室72的基部，这将产生动态升力。可替代地，空气流被引导朝向开放的空气腔室72的顶部，从开放的空气腔室72逸出的水通过基部引起动态提升力。运动控制系统在每个周边柱20a、20b、20c中包括通风管线79，该通风管线79具有自动释放阀80，该自动释放阀80将开放的空气腔室72的顶部连接至该周边柱20a、20b、20c的顶部上方的大气。可以控制自动释放阀80以打开和关闭通风管线79。运动控制系统包括具有6个自由度的仪器以监控海洋平台1在三个垂直方向上的平移和旋转。
海洋平台1的运动由运动控制系统监控。当风速或方向变化时，浮式风力涡轮机10倾斜。当存在倾斜的平均变化时，如果需要增加空气量，在一个或更多个高压罐82和周边柱20a、20b、20c的底部腔室72之间的自动出口阀78将打开，以使开放的空气腔室72中的空气连接到海，和/或如果需要减少空气量，控制大气通风口79的一个或更多个自动释放阀80将打开。通过运动控制系统可以实现改进的转子倾斜以提高电力产量。
类似地，如果触发了风力涡轮机300的关闭，包括由于电网电力丧失或引起这种涡轮机响应的任何其他问题而引起的紧急关闭，则将通过打开对应的自动出口阀78和释放阀80来调节周边柱20a、20b、20c的开放的空气腔室72中的空气。这将减小预期由于这种事件而发生的海洋平台1的最大斜度。海洋平台1然后将返回到平龙骨状态，直到风力涡轮机300准备好启动。
如果海况为高，则可以基于运动响应的时间打开自动出口阀78和释放阀80，以减小波浪引起的响应。这将增加浮式风力涡轮机10在汹涌的海中有效运行的能力。
运动控制系统可以确保风力涡轮机300的塔架301保持在用于在风电场中产生电力的最佳角度。这是有利的，因为大多数大尺寸的商用风力涡轮机是三叶片逆风涡轮机，该三叶片逆风涡轮机具有朝向风来自的方向看向上倾斜的转子303，以便防止叶片305由于它们由空气动力载荷引起的偏转而与塔架底部碰撞。通过操作运动控制系统，防止了倾角显著增加，倾角显著增加将导致风载荷和所产生的电力的减小。
在所示实施例中，使周边柱20a、20b、20c互连的第一组预张紧的筋状物61a、61b、61c设置在周边柱20a、20b、20c的顶部附近和/或支腿40a、40b、40c上方的高度处，并且第二组预张紧的筋状物60a、60b、60c设置在裙部27处的底部附近和/或支腿40a、40b、40c下方的高度处。可替代地，互连周边柱20a、20b、20c的预张紧的筋状物61a、61b、61c可以仅设置在周边柱20a、20b、20c的顶部附近和/或设置在支腿40a、40b、40c上方的高度处。在又一替代实施例中，使周边柱20a、20b、20c互连的预张紧的筋状物60a、60b、60c可以仅设置在裙部27处的底部附近和/或设置在支腿40a、40b、40c下方的高度处。在另外的其他实施例中，使周边柱20a、20b、20c互连的预张紧的筋状物60a、60b、60c可以仅设置在周边柱20a、20b、20c的中心附近并且与支腿40a、40b、40c的高度大约相同的高度处。
如图2B所示，中心柱2的圆柱形顶部段6与塔架301的底部直径相匹配，由此圆柱形顶部段6具有5米至10米的顶部直径D1。中心柱2然后可以向外张开以在圆柱形底部段8处达到高达20米的底部直径D2。中心柱2和周边柱20a、20b、20c典型地具有20米至30米的总高度H1，在该示例中为约24米。周边柱20a、20b、20c具有6米至12米的直径D3。水密性平面部26在总高度H1的约一半处延伸，由此开放的空气腔室72具有5米至15米的腔室高度H2，在该示例中为约9米。在海上，水进入开放的空气腔室72直至3米至9米的水深H3，在该示例中为约6米，即该水深低于腔室高度H2，由此在开放的空气腔室72中始终存在压缩空气。中心柱2和周边柱20a、20b、20c的顶部可以高于平均水位高达10米至15米，并且吃水可以在10米至15米之间变化。
海洋平台1的钢制部件由S355、海洋级低碳钢形成。对于一些部件也可以使用更高强度的钢。
如图1C所示，筋状物60a、60b、60c、61a、61b、61c各自具有60米至90米的长度L1，在该示例中为约73米。筋状物60a、60b、60c、61a、61b、61c具有300毫米至600毫米米的公称直径D4以及15毫米至30毫米的壁厚度。在一些实施例中，可以使用更高强度的钢以施加5毫米至18毫米的壁厚。由液压缸35引起的预张紧行程的长度是筋状物60a、60b、60c、61a、61b、61c的长度L的0.04％-0.07％，在该示例中，是每个筋状物60a、60b、60c、61a、61b、61c的长度L的0.05％。这在筋状物20a、20b、20c中引起200吨至300吨的预张紧力，在该实例中大约250吨。上部筋状物60a、60b、60c中的预张紧力大约相同，下部筋状物61a、61b、61c中的预张紧力大约相同，在梁45、46中感应的反压力大约相同，给出围绕筋状物60a、60b、60c、61a、61b、61c的跨距的力对称性。
浮式风力涡轮机310通过系泊缆绳保持在站上，系泊缆绳通过系泊缆绳连接器而与每个周边柱20a、20b、20c的底部连接，该系泊缆绳连接器在风力涡轮机300产生电力的同时可以关闭以将海洋平台1保持在原地，或者如果浮式风力涡轮机310需要被拖曳回岸以进行维护或停役的话该系泊缆绳连接器可以是打开的。
在所描述的第一实施例中，平面部26将第一圆柱形本体21在竖直方向上分成封闭的空气腔室71和开放的空气腔室72。或者，如图2B中虚线示意性所示，第一圆柱形本体21由竖板93水平分隔成封闭的空气腔室71和开放的空气腔室72，其中封闭的空气腔室71由在周向壁24的底边缘与竖板93的底边缘之间延伸的水平龙骨板94封闭。封闭的空气腔室71被定位成最靠近相应的支腿40a、40b、40c，并且空气出口81被定位在开放的空气腔室72的底部。
图4A和图4B示出了根据本发明的第二实施例的浮式海洋平台101。海洋平台101支撑风力涡轮机300以形成浮式风力涡轮机110。与根据第一实施例的浮式海洋平台1对应的浮式海洋平台101的特征设置有相同的附图标记，并且在下文中仅描述偏离的特征。
海洋平台101的三个周边柱20a、20b、20c包括钢制的第二圆柱形本体22，该第二圆柱形本体22在与相应的支腿40a、40b、40c径向相对的一侧处与第一圆柱形本体21相邻。裙部27围绕联合的圆柱形本体21、22延伸。圆柱形本体21、22也可以与第一实施例同样地具有封闭的空气腔室71和开放的空气腔室72，或者圆柱形本体21、22中在远侧再次具有系泊缆绳连接器99的一个具有开放的空气腔室71，该开放的空气腔室71具有空气出口81，另一个形成封闭的空气腔室71。
图5示出了根据本发明的第三实施例的浮式海洋平台201的细节。海洋平台201支撑风力涡轮机300以形成浮式风力涡轮机210。此外，对于与根据第一实施例及第二实施例的浮体式海洋平台1、101对应的浮体式海洋平台201的特征提供相同的附图标记，并且仅描述偏离的特征。
海洋平台201的三个周边柱20a、20b、20c包括彼此相邻的钢制第二圆柱形本体22和钢制第三圆柱形本体23，并且两者在与相应的支腿40a、40b、40c径向相对的一侧处与第一圆柱形本体21相邻。裙部27围绕联合的圆柱形本体21、22、23延伸。圆柱形本体21、22均可以包括与第一实施例相同的封闭的空气腔室71和开放的空气腔室72，或者圆柱形本体21、22中的一个圆柱形本体具有带有空气出口81的开放的空气腔室71，而圆柱形本体21、22中的另一个形成封闭的空气腔室71。在该实施例中，第一圆柱形本体21和第三圆柱形本体23在底部处被龙骨板94封闭，形成封闭的空气腔室71，而第二圆柱形本体22开放，形成在底部处具有空气出口81的开放的空气腔室72。
图6示出了根据本发明的第四实施例的浮式海洋平台401。在该示例中，海洋平台401支撑数据测量和采集设备412以形成海洋监控平台。海洋监控平台410可以例如被配置成进行海洋气象(风、波浪、流)、化学作用(腐蚀、海洋生长)、环境(海洋哺乳动物、鸟类迁移)、生物多样性(幼年鱼密度和中上层鱼密度)以及海洋养殖(贝类和藻类的生长速率、养分密度)的测量和数据采集，以为综合建设准备海上场所。
海洋平台401包括具有恒定直径的竖直圆柱形中心柱402。中心柱402具有圆周壁403、底壁404和顶壁409，圆周壁403、底壁404和顶壁409限定了内部腔室405，内部腔室405是海洋平台401的主浮力腔室并且容纳大部分设备412。中心柱402由钢制成。中心柱402可在底壁404下方设置有基脚428，该基脚428具有较大直径，以抑制海洋平台401的由波引起的运动。基脚428可向中心柱402提供额外体积，使得当基脚填充有空气时，其有助于支撑设备412的重量，且当基脚填充有水时，其有助于为海洋监测平台410提供稳定性。
在该示例中，海洋平台401包括三个竖直的圆柱形稳定柱或周边柱420a、420b、420c，圆柱形稳定柱或周边柱420a、420b、420c围绕中心柱402每隔120度径向地设置。周边柱420a、420b、420c各自包括具有钢制圆周壁424、顶壁425和底壁427的钢制第一圆柱形主体421，在该示例中，该底壁427从圆周壁424的底边缘水平地延伸以形成裙部427。钢制圆周壁424、顶壁425和底壁427限定内部封闭的空气腔室471。
海洋平台401包括具有相同径向长度并且由结构部件构成的三个支腿440a、440b、440c。支腿440a、440b、440c将中心柱402连接到周边柱420a、420b、420c。支腿440a、440b、440c包括平行于彼此延伸的基本上水平的顶部梁445和基本上水平的底部梁446。顶部梁445是钢制I型梁或H梁，并且下部梁446是钢制中空圆柱形管。支腿440a、440b、440c通过焊接或借助于法兰与中心柱402和周边柱420a、420b、420c连接，法兰彼此栓接以形成螺栓连接。
海洋平台401包括三个预张紧的细长结构构件或筋状物460a、460b、460c，其在周边柱420a、420b、420c的裙部427处使周边柱420a、420b、420c互连，以及三个预张紧的细长结构构件或筋状物461a、461b、461c。在该示例中，筋状物460a、460b、460c、461a、461b、461c体现为钢制或芳族聚酰胺纤维锚索，并且可以按照与以上对于图1A至图1C的海洋平台1说明的类似的方式预张紧。
在所示实施例中，使周边柱420a、420b、420c互连的具有相同长度的第一组预张紧筋状物461a、461b、461c设置在周边柱420a、420b、420c的顶部附近和/或在支腿440a、440b、440c上方的高度处，与互连周边柱420a、420b、420c具有相同长度的第二组预张紧筋状物460a、460b、460c设置在裙部427的底部附近和/或在支腿440a、440b、440c下方的高度处。可替代地，使周边柱420a、420b、420c互连的预张紧的筋状物460a、460b、460c可以仅设置在裙部427处的底部附近和/或设置在支腿440a、440b、440c下方的高度处。在又一替代实施例中，使周边柱420a、420b、420c互连的预张紧的筋状物461a、461b、461c可以仅设置在周边柱420a、420b、420c的顶部附近和/或设置在支腿440a、440b、440c上方的高度处。在另外的其他实施例中，使周边柱420a、420b、420c互连的预张紧筋状物460a、460b、460c、461a、461b、461c可以仅设置在周边柱420a、420b、420c的中心附近并且与支腿440a、440b、440c的高度大约相同的高度处。
海洋平台401设置有舷梯411，舷梯411位于中心柱402的顶壁409上并且在顶部梁445上方，朝向周边柱420a、420b、420c的顶侧，舷梯411可由技术人员使用以用于中心柱402与周边柱420a、420b、420c之间的通路。
中心柱402具有1米至3米的直径，在该示例中为约2米。中心柱402和周边柱420a、420b、420c通常具有5米至15米的总高度，在该示例中为约10米。周边柱420a、420b、420c具有0.5米至1.5米的直径，在该示例中为约0.8米。中心柱402和周边柱20a、20b、20c的顶部可以高于平均水位高达5米至9米，并且吃水可以在2米至6米变化。筋状物420a、420b、420c各自具有10米至20米的长度L2，在该示例中为约15米。
海洋平台1的钢制部件由S355、海洋级低碳钢形成。
海洋平台401通过至少一个系泊缆绳保持在站上，至少一个系泊缆绳通过装置连接至周边柱420a、420b、420c中的一个周边柱的底部，装置可在海洋监控平台410监控海洋时关闭以将海洋平台401保持在原地，或者如果海洋监控平台410需要被拖曳回海岸以进行维护或停役的话则可打开。可替代地，周边柱420a、420b、420c中的至少一个周边柱包括附接到周边柱420a、420b、420c的底部上的一小段的链条或绳索。系泊缆绳或系泊系统可连接至链或绳索，以将海运平台401保持在站上。
海洋平台401包括：桅杆430，该桅杆430在中心柱402上以承载一系列设备和仪器；舱口431，该舱口431用于进入中心柱402；以及船平台432，该船平台432用于用梯子进入海洋平台401以便在船上爬升。桅杆430被提供用于通讯和需要高处或者在露天的设备412(激光雷达、鸟类雷达)、天线等。
在该示例性实施例中，海洋平台401包括周边柱420a、420b、420c上的风力涡轮机433以及布置在中心柱402上的桅杆430处的太阳能板434。风力涡轮机433和太阳能板434电连接至未示出的电池。通过使用风力涡轮机433、太阳能板434和电池的组合，海洋平台401具有零排放。在一些实施例中，总电力需求等于大致一个风力涡轮机433的容量(考虑现场容量利用率)。当发生长时间的低风速并且一些仪器被断电时，太阳能板434被定尺寸至最小电力要求。
中心柱402可以具有四个未示出的主隔室：在中心柱402基部处的压载隔室，该压载隔室用于通过降低其重心并且增加其稳心高度来维持预期的操作吃水并且改进平台稳定性；电池存储区，该电池存储区再次降低以用于重量控制，并且是通风的(诸如用穿过中心柱的顶部的管)以确保氢气或其他气体形成不累积；服务器室，所有的仪器和数据板被架设并与平台服务器接口，服务器对来自所有仪器的不同信号执行聚合，组装它们，根据需要执行后期分析，并传输所需的信息至海岸；存储区，存储区用于访问者或维护技术人员的工具和健康、安全和环境(HS&E)设备。
数据测量和采集设备412以及与海洋平台401一起可被配置为表征非常不同的区域中的海洋。海洋气象包括波浪(诸如使用波浪雷达用于表面测绘和准确的方向性)、使用风速计和激光雷达的风、使用水下声学多普勒流速剖面仪(ADCP)的水流、使用特定仪器的湿度、空温和水温、大气压。海洋化学包括海洋生长和腐蚀，其可以使用在海洋平台401的在可以从海洋平台401悬挂的特定板和锚索上的部署或任务上获得的视觉测量来监控。此外，可以直接测量盐度、pH和其他化学组成。生物多样性，其中海洋平台401可以操作鸟和蝙蝠雷达并且可以具有水下声学以监测海洋哺乳动物迁移。生物小屋可以被放置在海洋平台401上并且幼鱼生长可以使用人工潜水员技术和声学两者来测量。类似地，可以评估围绕海洋平台401的近海中上层鱼群的存在和密度。海洋养殖，其中，与当地渔民或海洋农民共享租用地点的潜力可能具有强烈的好处，但对地点的了解是重要的。可以执行营养物测量以及监测各种贝类和藻类的生长。通信，其中海洋平台401可以装配有点对点(P2P)或其他通信设备并且可以是“连接的”。它可以向站点在本地提供WiFi并且可能提供手机网络信号。
应当理解，以上描述被包括以说明优选实施例的操作并且并不意味着限制本发明的保护范围。从以上讨论中，许多变体对于本领域技术人员将是明显的，这些变体仍将被本发明的保护范围所涵盖。

Claims (48)

1.一种浮式海洋平台，包括中心柱、周向围绕所述中心柱的至少三个周边柱、将所述周边柱与所述中心柱连接的从所述中心柱径向延伸的梁、以及横跨在每对相邻的周边柱之间的结构构件，其中，所述结构构件被预张紧。
2.根据权利要求1所述的浮式海洋平台，其中，所述径向延伸的梁包括彼此平行延伸的顶部梁和底部梁。
3.根据前述权利要求中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述梁具有圆形横截面。
4.根据前述权利要求中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述梁具有I形横截面。
5.根据前述权利要求中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述中心柱竖直地延伸。
6.根据前述权利要求中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述周边柱竖直地延伸。
7.根据前述权利要求中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述周边柱和所述结构构件形成大体上三角形的形状。
8.根据前述权利要求中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述结构构件包括钢管或由所述钢管形成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述结构构件包括钢或芳族聚酰胺纤维锚索或者由钢或芳族聚酰胺纤维锚索形成。
10.根据前述权利要求中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述周边柱包括连接器，所述连接器具有用于所述结构构件的一个端部的通道，其中，所述结构构件包括被接纳在所述连接器中的、在所述端部处的张紧头，并且所述结构构件从所述张紧头延伸穿过所述通道。
11.根据权利要求10所述的浮式海洋平台，其中，所述周边柱包括在所述连接器与所述张紧头之间的一个或更多个垫片或垫片板。
12.根据前述权利要求中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述梁中的至少一个梁用作舷梯。
13.根据前述权利要求中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述结构构件位于所述径向延伸的梁的高度以下的高度处。
14.根据前述权利要求中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述结构构件位于所述径向延伸的梁的高度上方的高度处。
15.根据前述权利要求中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述梁使用螺栓连接来连接至所述柱。
16.根据前述权利要求中任一项所述的浮式海洋平台，其中，在共同水平面内延伸的所述结构构件具有相同的预张紧。
17.根据前述权利要求中任一项所述的浮式海洋平台，其中，通过向所述结构构件引起预张紧行程而将所述结构构件预张紧，所述预张紧行程在所述结构构件的长度的0.04％至0.07％，优选地为所述结构构件的长度的0.05％。
18.根据前述权利要求中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述梁在所述梁的细长方向上朝向所述中心柱偏移。
19.根据权利要求18所述的浮式海洋平台，其中，在共同水平面中延伸的所述梁具有相同的偏移。
20.根据前述权利要求中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述周边柱包括浮力空气腔室。
21.根据权利要求20所述的浮式海洋平台，其中，所述周边柱包括基部，并且其中，所述浮力空气腔室在所述基部处通向海。
22.根据权利要求21所述的浮式海洋平台，进一步包括运动控制系统，所述运动控制系统包括用于排放开放的所述浮力空气腔室中的空气的高压空气罐，所述高压空气罐使用致动阀控制进入和离开所述开放的浮力空气腔室的空气流，并且所述高压空气罐由与运动传感器耦接的计算机系统控制。
23.根据权利要求22所述的浮式海洋平台，其中，所述高压空气罐由所述梁中的一个梁的气密内部容积形成。
24.根据权利要求22或23所述的浮式海洋平台，其中，所述运动控制系统包括被配置为填充所述高压空气罐的空气压缩机。
25.根据权利要求24所述的浮式海洋平台，其中，所述运动控制系统包括入口阀，所述入口阀被配置成控制由所述空气压缩机对所述高压空气罐的填充。
26.根据权利要求22至25中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述运动控制系统包括用于每个开放的浮力空气腔室的出口阀，所述出口阀被配置成控制将空气从所述高压空气罐排放到相应的开放的浮力空气腔室中。
27.根据权利要求22至26中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述运动控制系统包括用于每个开放的浮力空气腔室的释放阀，所述释放阀将所述浮力空气腔室连接至大气并且所述释放阀被配置为控制将空气从所述开放的浮力空气腔室释放至大气。
28.根据权利要求21至27中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述周边柱包括与所述开放的浮力空气腔室分离并且邻近所述开放的浮力空气腔室的封闭的浮力空气腔室。
29.一种浮式海洋平台，包括中心柱、周向围绕所述中心柱的至少三个周边柱、将所述周边柱与所述中心柱连接的从所述中心柱径向延伸的梁，其中，所述周边柱包括浮力空气腔室，并且其中，所述海洋平台包括运动控制系统，所述运动控制系统包括排放所述浮力空气腔室中的空气的高压空气罐，所述高压空气罐使用致动阀控制进入和离开所述浮力空气腔室的空气流并且所述高压空气罐由与运动传感器耦接的计算机系统控制。
30.根据权利要求29所述的浮式海洋平台，其中，所述周边柱包括基部，并且其中，所述浮力空气腔室在所述基部处通向海。
31.根据权利要求29或30所述的浮式海洋平台，其中，所述高压空气罐由所述梁中的一个梁的气密内部容积形成。
32.根据权利要求29至31中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述运动控制系统包括被配置为填充所述高压空气罐的空气压缩机。
33.根据权利要求32所述的浮式海洋平台，其中，所述运动控制系统包括入口阀，所述入口阀配置成控制由所述空气压缩机对所述高压空气罐的填充。
34.根据权利要求29至34中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述运动控制系统包括用于每个开放的浮力空气腔室的出口阀，所述出口阀被配置成控制将空气从所述高压空气罐排放到相应的开放的浮力空气腔室中。
35.根据权利要求29至34中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述运动控制系统包括用于每个开放的浮力空气腔室的释放阀，所述释放阀将所述浮力空气腔室连接至大气并且所述释放阀被配置为控制将空气从所述开放的浮力空气腔室释放至大气。
36.根据权利要求29至35中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述径向延伸的梁包括彼此平行延伸的顶部梁和底部梁。
37.根据权利要求29至36中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述梁具有圆形横截面。
38.根据权利要求29至37中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述梁具有I形横截面。
39.根据权利要求29至38中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述中心柱竖直地延伸。
40.根据权利要求29至39中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述周边柱竖直地延伸。
41.根据权利要求29至40中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述梁中的至少一个梁用作舷梯。
42.根据权利要求29至41中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述梁使用螺栓连接来连接至所述柱。
43.根据权利要求29至42中任一项所述的浮式海洋平台，包括横跨在每对相邻的周边柱之间的结构构件，其中，所述结构构件被预张紧。
44.根据权利要求44所述的浮式海洋平台，其中，所述周边柱和所述结构构件形成大体上三角形的形状。
45.根据权利要求44或45所述的浮式海洋平台，其中，所述结构构件位于所述径向延伸的梁的高度以下的高度处。
46.根据权利要求44至46中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述结构构件位于所述径向延伸的梁的高度上方的高度处。
47.根据权利要求44至47中任一项所述的浮式海洋平台，其中，通过向所述结构构件引起预张紧行程而将所述结构构件预张紧，所述预张紧行程在所述结构构件的长度的0.04％至0.07％，优选地为所述结构构件的长度的0.05％。
48.根据权利要求44至48中任一项所述的浮式海洋平台，其中，所述梁在所述梁的细长方向上朝向所述中心柱偏移。
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