CN117227919A - 一种适用于高海况的高航速半潜平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋工程技术领域，公开了一种适用于高海况的高航速半潜平台，包括下浮体、立柱和上船体，所述上船体水平设置，所述立柱设有多个，所述立柱上端连接在上船体下表面，且立柱下端向上船体外侧倾斜，所述立柱内侧和上船体连接处设有内侧放大结构，所述立柱外侧和上船体连接处设有外侧放大结构，所述下浮体为流线型船体结构，且设有两个，左右对称设置在上船体下方，所述下浮体连接在立柱下端，所述下浮体之间有连接钢索，每侧下浮体的首部和尾部均设有多个推进器，在减阻的同时，增加了平台的结构可靠性和推进性能。本发明能保证半潜平台在自身尺度较大或海况恶劣时，仍有良好的强度和快速性，满足科研生产需求。

Description

一种适用于高海况的高航速半潜平台

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，具体涉及一种适用于高海况的高航速半潜平台。

背景技术

海洋科技是建设海洋强国的重要支撑力量，未来国际海洋科学研究将呈现从近海向深海远海拓展，随之而来的问题也需要逐一去克服，其中最为严峻的问题是深远海条件下的极端海洋环境条件带来的结构损坏问题，在深远海进行科考或采矿作业时，难免会遇到极端的海洋环境，通常当海洋环境过于恶劣时，海洋结构物的会选择撤离避险，但是对于工程和科研来说均会带来一定程度的损失，此外就是将结构物设计的足够强，可以在恶劣海况中自存，待恶劣环境过去后，可以立刻恢复施工，将环境影响降低到最小程度。

半潜平台作为一种常用的海洋结构物形式，是目前海上钻井、采矿和科研应用较广的一种平台形式，半潜平台的结构形式在常规海况下和无航速时的可靠性均已得到有效验证，但是对于高航速或者极端海况而言，在半潜平台尺寸逐渐变大，所面对海况更加恶劣，结构的整体设计载荷有显著提高时，平台结构整体变形会变的更大，通常设置横撑结构来抵抗横向的拉压效果，但是在平台有大变形时，横撑不可避免的会随之变形，从而承受大量的扭剪作用，横撑结构会由于整体的大扭剪变形的存在而出现损伤，从而导致半潜平台整体受损。

因此，上述技术中存在半潜平台横撑结构强度较低，在平台尺度大或者海况恶劣时，由于平台整体变形较大而导致横撑结构损坏的问题，同时由于横撑的存在会产生较大的附加阻力和砰击载荷，对平台的快速性和安全性产生较大影响，以上种种，均使得传统平台无法满足新一代大尺度平台高航速航行以及在高海况下科考或生产的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的半潜平台横撑结构强度较低，在平台尺度较大或者海况恶劣时无法起到有效支撑作用的问题，以及传统平台快速性不足的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种适用于高海况的高航速半潜平台，包括下浮体、立柱、上船体和推进器，所述上船体水平设置，所述立柱设有多个，所述立柱上端连接在上船体下表面，且所述立柱下端向上船体外侧倾斜，且所述立柱对称设置，所述立柱内侧和上船体连接处设有内侧放大结构，所述立柱外侧和上船体连接处设有外侧放大结构，所述下浮体设有两个，对称设置在上船体下方，所述下浮体连接在立柱下端，所述下浮体之间连接有连接钢索，且所述连接钢索位于立柱覆盖范围内的下浮体上，所述推进器设在下浮体上。

通过采用上述技术方案，在立柱和上船体连接处设置内侧放大结构和外侧放大结构，保证立柱和上船体有较好的过渡，同时可以抵抗下浮体间的挤压力传递过来的弯矩，减小力臂，有利于结构整体的疲劳性能，提高整体结构的强度；将立柱倾斜设置，以保证将由上船体传递下来的结构载荷转换成足够大的预张力，用以抵抗使下浮体相互靠拢的挤压力；使用连接钢索支撑下浮体，增加整体强度，并将其设置在立柱之间，避免受力点偏差；从而保证半潜平台在在平台尺度较大或者海况恶劣时不会出现横撑失效破损的情况，从而满足作业需要。

可选的，所述立柱包括立柱支撑段、立柱中间段、过渡段和立柱方形段，所述立柱支撑段上端与上船体连接，所述立柱中间段连接在立柱支撑段下端，所述立柱方形段下端连接在下浮体上，所述立柱方形段与下浮体上表面宽度相同，所述立柱支撑段连接在立柱中间段和立柱方形段之间。

可选的，所述立柱中间段侧边上设有圆角，船首方向侧边上的圆角大于船尾方向侧边的圆角，减小立柱在水中的阻力及结构应力。

可选的，所述立柱为双层壳体设置，其内部为立柱内围壁，外部为立柱外板，所述立柱外板和立柱内围壁之间设有水平隔板或水平舱壁，避免在作业或自存时波浪抨击带来的结构损坏。

可选的，所述立柱倾斜角度不小于5°。

可选的，所述上船体两侧悬伸出立柱范围，以增加甲板使用面积，同时保证在给定的甲板宽度时，下船体趴开距离不至于过大，影响波浪作用下的结构强度。

可选的，所述下浮体内部设有多道分隔舱壁将下浮体分隔形成多个压载舱，所述立柱两侧的下浮体内部设有支撑舱壁。

可选的，所述下浮体为流线型船体结构，首部设有球鼻艏，且下浮体首部甲板向上抬升。

通过采用上述技术方案，下浮体首部抬升，避免首部上浪带来的阻力，下浮体首部设置球鼻艏，结合首部升高，共同为平台的快速性作保障。

可选的，所述推进器包括全回转推进器和可伸缩推进器，所述全回转推进器和可伸缩推进器均设有多台，所述全回转推进器设在下浮体尾部，且位于距下浮体尾部最近的立柱后端，所述全回转推进器在每侧下浮体上均设有一台带导流罩的全回转推进器和一台不带导流罩的全回转推进器，所述可伸缩推进器设在下浮体首部，且位于距下浮体首部最近的立柱前端，其中如有多个可伸缩推进器，则推进器应当对角线布置。

通过采用上述技术方案，在下浮体尾部布置有四台推进器，在下浮体首部布置有两台伸缩推进器，可以保证下浮体有良好的推进和动力定位能力。

可选的，所述上船体为矩形盒体，其内部通过横纵舱壁分为多个舱室，所述上船体上设有生活楼、管子堆场和重货集装箱，所述生活楼设在上船体前端，其两侧面不超出立柱外侧所在竖直平面，所述生活楼下端和上船体连接处设有肘板，所述管子堆场和重货集装箱位于上船体后端，所述上船体中心部位设有月池，所述月池上方设有井架，且井架下端插入上船体，所述生活楼、井架、管子堆场和重货集装箱均位于立柱内侧的上船体上。

综上所述，本发明至少具有以下一种有益效果：

1、本发明在立柱和上船体连接处设置内侧放大结构和外侧放大结构，保证立柱和上船体有较好的过渡，作为整体结构肘板减小应力集中，并减小了下浮体间使船体相互靠近的挤压力间的力臂，有利于提高该处结构的强度和疲劳性能；

2、将立柱倾斜设置，以保证将由上船体传递下来的结构载荷转换成足够大的预张力，用以抵抗由波浪产生的使下浮体相互靠拢的挤压力；使用多根连接钢索连接两侧的下浮体，保证在波浪产生的分离力和上船体传递下来的预张载荷作用下，立柱和下浮体不会有过大的分离和变形，维持平台整体性能，同时，将连接钢索其设置在立柱覆盖范围内的下浮体上，从而避免钢索和立柱在下船体上作用力的受力点偏差引起的附加弯矩作用，对本就应力水平较高的下浮体立柱连接位置产生额外的载荷，从而保证该平台在任何分离力作用下都有较好的连接强度，并通过采用连接钢索，避免了在平台尺寸过大或者海况过于恶劣时，横撑结构应力集中难以解决的问题。

3、本发明的下浮体为流线型船体结构，首部设置有球鼻艏、尾部设置为方尾，立柱的水下部分除连接段外，在立柱截面的四个角均为倒圆设置，避免波浪拍击和上浪带来的附加阻力；同时，相较于传统平台采用的筒形横撑的方式，本平台的横向连接结构为连接钢索，其截面十分小，并不会产生较大的阻尼和抨击影响，平台阻力性能更为优秀，有利于提高平台结构的快速性。

4、本发明在每一侧的下浮体尾部布置有两台全回转推进器，在每一侧下浮体首部布置有两台伸缩推进器，可以保证下浮体有良好的推进和动力定位能力。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明立柱范围内的横向剖切示意图；

图3是本发明立柱范围内的纵向剖切示意图；

图4是立柱中间段的水平截面示意图；

图中：1、下浮体；2、立柱；3、上船体；4、生活楼；5、连接钢索；6、井架；7、管子堆场；8、重货集装箱；9、全回转推进器；10、可伸缩推进器；20、立柱支撑段；21、内侧放大结构；22、外侧放大结构；23、立柱方形段；24、过渡段；25、立柱中间段；26、立柱外板；27、立柱内围壁；28、水平隔板；91、带导流罩的全回转推进器；92、不带导流罩的全回转推进器；101、支撑舱壁；102、分隔舱壁。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本发明作进一步详细说明。

本发明公开了一种适用于高海况的高航速半潜平台，参照图1和图2，包括下浮体1、立柱2、上船体3和推进器，上船体3水平设置，立柱2设有多个，立柱2上端连接在上船体3下表面，且立柱2下端向上船体3外侧倾斜，倾斜角度不小于5°，立柱2左右对称设置，且上船体3两侧悬伸出立柱2范围，立柱2内侧和上船体3连接处设有内侧放大结构21，立柱2外侧和上船体3连接处设有外侧放大结构22，下浮体1设有两个，左右对称设置在上船体3下方，下浮体1连接在立柱2下端，下浮体1之间连接有连接钢索5，且连接钢索5位于上船体3前端和后端立柱2之间，推进器设在下浮体1上。

在本实施方式中，立柱2设置4根，左右舷对称布置，立柱2外表面与上船体3下表面夹角为15°，内侧放大结构为大弧度倒圆，倒圆直径及倒圆端点位置根据实际横向分离载荷确定，大弧度倒圆与立柱2形成整体形结构肘板，有效增加立柱连接根部模数，减少力臂长度，提高抵抗横向载荷的能力，上船体3坐于四根立柱2上，上船体3左右舷均悬伸出立柱2范围外，以增加甲板使用面积，同时保证在给定的甲板宽度时，下船体趴开距离不至于过大，影响波浪作用下的结构强度，连接钢索5的数量和尺寸根据计算得到的实际分离载荷确定，可以为1根或多根，连接钢索5布置在贴近横向载荷合力作用点位置附近，避免引起过大的附加弯矩；连接钢索5设置为预张紧的状态，保证在横向挤压力作用时，连接钢索5不会过于松弛，发生应力的突变，在其他实施方式中，如果在下浮体1内布置空间受限时，也可以上下移动连接钢索5的位置，设置在立柱2范围内。

在进一步的实施方式中，参照图3，推进器包括全回转推进器9和可伸缩推进器10，全回转推进器9和可伸缩推进器10均设有多台，全回转推进器9设在下浮体1尾部，且位于距下浮体1尾部最近的立柱2后端，可伸缩推进器10设在下浮体1首部，且布置于距下浮体1首部最近的立柱2前端，当可伸缩推进器10数量为多个时，应保证推进器可以对角布置，避免推进器之间互相干涉影响推进定位效率。

在本实施方式中，全回转推进器9设置四台，每侧下浮体1尾部均设置有两台全回转推进器9，其中一个为带导流罩的全回转推进器91，另一个为不带导流罩的全回转推进器92，在控制系统控制下可分别单独使用；日常使用时，所有推进器均可提供推力，不带导流罩的推进器92有更好的水下噪声性能，可以在不追求高航速的特定环境下单独使用，更利于保护满足绿色船舶规范中对于水下噪声的要求，同时，更小的水下噪声也方便进行各类水下的声学实验；在首部立柱2前端下浮体1内布置有两台可伸缩推进器10，在需要高精度作业时，可伸缩推进器10与全回转推进器9共同工作，起到动力定位的作用，其中首部的可伸缩推10尽量布置靠前，尾部的全回转推进器9尽量布置的靠后，均应布置于立柱2范围之外，保证有足够长的力臂，提高动力定位的能力。

在进一步的实施方式中，参照图2和图4立柱2包括立柱支撑段20、立柱中间段25、过渡段24和立柱方形段23，立柱支撑段20上端与上船体3连接，立柱中间段25连接在立柱支撑段20下端，立柱方形段23下端连接在下浮体1上，并布置在下浮体1的中段，立柱方形段23与下浮体1上表面宽度相同，过渡段24连接在立柱中间段25和立柱方形段23之间，立柱中间段25侧边上设有圆角，此外，船首方向侧边上的圆角大于船尾方向侧边的圆角，确保在截面浮力损失最小的情况下，起到最好的减小波浪阻力的作用，立柱2为双层壳体设置，其内部为立柱内围壁27，外部为立柱外板26，立柱外板26和立柱内围壁27之间设有水平隔板28或水平舱壁。

在本实施方式中，过渡段24使用圆转方过渡段，形成良好的过渡，整个立柱2的外板型线通过过渡段24从连接在下浮体上的立柱方形段23过渡到立柱中间段25的圆角形式，立柱过渡段24的线性为复杂曲面，设置时也需尽量光顺，避免尖点和不光顺，如若由于快速性对下浮体1有线型要求，导致首部立柱2位置的下浮体1外板线型到首部不是平行中体，而是有所收缩，此时立柱方形段23应顺着下浮体1外板线型平直向上拉伸一段，而后与过渡段24相连。

在进一步的实施方式中，参照图3，下浮体1为流线型船体结构，立柱2两侧的下浮体1内部设有支撑舱壁101，支撑舱壁101强度需足以支撑立柱和上浮体，下浮体1内部还设有多道分隔舱壁102，将下浮体1分隔为多个舱室，满足压载水、燃油或者各类设备的布置需求，下浮体1首部设有球鼻艏，用以减小航行阻力，且下浮体1首部甲板向上抬升，可以避免首部上浪，产生附加阻力，首部抬高的高度需根据实际设计确定，当首部需要抬高较高时，可以从前立柱2后端折起，保证整个升高的范围不至于产生过大的突变，也可以以首楼的形式，直接增加一层甲板，并延续到立柱2外壁，形成一个附加箱体，增加排水量并避免快速航行时的上浪影响。

在进一步的实施方式中，参照图1，上船体3为方形盒体，其内部通过横纵舱壁分为多个舱室，上船体3上设有生活楼4、管子堆场7和重货集装箱8等，生活楼4设在上船体3前端，其两侧面不超出立柱2外侧所在竖直平面，生活楼4下端和上船体3连接处设有肘板，保证刚度平稳过渡不产生应力集中和疲劳点，生活楼4的材料与上船体3材料相同，作为强力结构参与平台的整体强度，管子堆场7和重货集装箱8位于上船体3后端，上船体3中心部位设有月池，井架6位于月池上方，且井架6下端插入上船体3，生活楼4、井架6、管子堆场7和重货集装箱8均位于立柱2内侧的上船体3上，其余轻型设备布置在立柱2上方和外侧的上船体3的甲板上，从而保证整个平台中间区域有较大的垂向载荷，传递到立柱2后形成使立柱2和下船体1分离的预张力。

综上所述，本发明通过将立柱2倾斜布置，同时将重载设备布置在立柱2之间的上船体3的甲板范围内，将轻载设备布置在立柱2之外的甲板范围内，以保证将由上船体3传递下来的结构自重载荷转换成足够大的预张力，用以抵抗使下浮体相互靠拢的波浪挤压力，并将立柱2与上船体3连接位置进行放大，确保有足够的连接强度，用以抵抗下浮体1间的挤压力传递到整个上船体3的弯矩，通过以上结构布置，下浮体间仅有分离力需要设置结构承受，而挤压力可以通过浮体本身承受，因此可以将常规半潜平台中用以承受拉压作用的筒形横撑，替换成多条连接钢索5来仅承受拉伸作用，一方面，钢索5可以不受平台变形带来的扭转影响，仅承受轴向拉伸载荷作用，从而在整个平台尺度大或者处于极端恶劣海况时不发生损坏，另一方面，由于钢索5的截面较小，其阻力和砰击性能都明显优于筒形横撑，从而可以提供更好的阻力性能，有利于提高平台的快速性。

此外，将上船体3伸出立柱2范围，增加甲板的使用面积，同时可以避免在平台所需尺寸较大时，下浮体之间距离过大，从而可以避免过大的波浪载荷影响，并且可以避免连接钢索5长度过长所需强度难以满足的问题，立柱端部的放大位置需有良好的强度，立柱2与下浮体1连接位置设置过渡段24，通过圆转方的形式连接，形成良好的过渡，同时，在立柱2中部四周有光顺的圆弧倒角，进一步减小整个立柱在水中的阻力及结构应力，可以有效的提高半潜平台在极端海况下的生存能力，结合所采用的流线型船型下浮体1的减阻和多推进器的增推效果，进一步提高整个平台的快速性和稳定性。

另外，在其他实施方式中，上船体悬伸不仅可以在横向悬伸，也可以在纵向悬伸，以保证上船体有足够大的甲板使用面积，立柱端部也可以在纵向进行放大，立柱外倾的角度也可以根据实际设计的不同进行调整。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种适用于高海况的高航速半潜平台，其特征在于，包括下浮体(1)、立柱(2)、上船体(3)和推进器，所述上船体(3)水平设置，所述立柱(2)设有多个，所述立柱(2)上端连接在上船体(3)下表面，且所述立柱(2)下端向上船体(3)外侧倾斜，且所述立柱(2)对称设置，所述立柱(2)内侧和上船体(3)连接处设有内侧放大结构(21)，所述立柱(2)外侧和上船体(3)连接处设有外侧放大结构(22)，所述下浮体(1)设有两个，对称设置在上船体(3)下方，所述下浮体(1)连接在立柱(2)下端，所述下浮体(1)之间连接有连接钢索(5)，且所述连接钢索(5)位于立柱(2)覆盖范围内的下浮体(1)上，所述推进器设在下浮体(1)上。

2.根据权利要求1所述的适用于高海况的高航速半潜平台，其特征在于，所述立柱(2)包括立柱支撑段(20)、立柱中间段(25)、过渡段(24)和立柱方形段(23)，所述立柱支撑段(20)上端与上船体(3)连接，所述立柱中间段(25)连接在立柱支撑段(20)下端，所述立柱方形段(23)下端连接在下浮体(1)上，所述立柱方形段(23)与下浮体(1)上表面宽度相同，所述过渡段(24)连接在立柱中间段(25)和立柱方形段(23)之间。

3.根据权利要求2所述的适用于高海况的高航速半潜平台，其特征在于，所述立柱中间段(25)侧边上设有圆角，位于船首方向侧边上的圆角大于船尾方向侧边的圆角。

4.根据权利要求1所述的适用于高海况的高航速半潜平台，其特征在于，所述立柱(2)为双层壳体设置，其内部为立柱内围壁(27)，外部为立柱外板(26)，所述立柱外板(26)和立柱内围壁(27)之间设有水平隔板(28)或水平舱壁。

5.根据权利要求1所述的适用于高海况的高航速半潜平台，其特征在于，所述立柱(2)倾斜角度不小于5°。

6.根据权利要求1所述的适用于高海况的高航速半潜平台，其特征在于，所述上船体(3)两侧悬伸出立柱(2)范围。

7.根据权利要求1所述的适用于高海况的高航速半潜平台，其特征在于，所述下浮体(1)内部设有多道分隔舱壁(102)将下浮体(1)分隔形成多个压载舱，所述立柱(2)两侧的下浮体(1)内部设有支撑舱壁(101)。

8.根据权利要求1所述的适用于高海况的高航速半潜平台，其特征在于，所述下浮体(1)为流线型船体结构，首部设有球鼻艏，且下浮体(1)首部甲板向上抬升。

9.根据权利要求1所述的适用于高海况的高航速半潜平台，其特征在于，所述推进器包括全回转推进器(9)和可伸缩推进器(10)，所述全回转推进器(9)和可伸缩推进器(10)均设有多台，所述全回转推进器(9)设在下浮体(1)尾部，且位于距下浮体(1)尾部最近的立柱(2)后端，所述全回转推进器(9)在每侧下浮体(1)上均设置一台带导流罩的全回转推进器(91)和一台不带导流罩的全回转推进器(92)，所述可伸缩推进器(10)设在下浮体(1)首部，且位于距下浮体(1)首部最近的立柱(2)前端。

10.根据权利要求1所述的适用于高海况的高航速半潜平台，其特征在于，所述上船体(3)为矩形盒体，其内部通过横纵舱壁分为多个舱室，所述上船体(3)上设有生活楼(4)、管子堆场(7)和重货集装箱(8)，所述生活楼(4)设在上船体(3)前端，其两侧面不超出立柱(2)外侧所在竖直平面，所述生活楼(4)下端和上船体(3)连接处设有肘板，所述管子堆场(7)和重货集装箱(8)位于上船体(3)后端，所述上船体(3)中心部位设有月池，所述月池上方设有井架(6)，且井架(6)下端插入上船体(3)，所述生活楼(4)、井架(6)、管子堆场(7)和重货集装箱(8)均位于立柱(2)内侧的上船体(3)区域上。