CN118083036A - 一种适用于中浅水作业的弹性可收放式系泊系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于中浅水作业的弹性可收放式系泊系统，包括第一发电装置、第二发电装置、锚，所述第一发电装置和第二发电装置均通过系泊缆与海上平台连接，第一发电装置还通过锚链与锚连接；第二发电装置位于海上平台正下方，所述锚位于海上平台斜下方以固定海上平台浮动范围；所述系泊系统工作时，系泊缆及锚链均处于紧张状态，所述第一发电装置、第二发电装置利用系泊缆及锚链的张力发电。本发明通过第一发电装置、第二发电装置、锚、系泊缆及锚链的配合，使海上平台在浅水条件下稳定作业；同时利用海上平台的浮动使系泊缆内部产生张力，再通过第一发电装置、第二发电装置进行发电，有效利用海上能源。

Description

一种适用于中浅水作业的弹性可收放式系泊系统

技术领域

本发明涉及海上系泊系统技术领域，尤其涉及一种适用于中浅水作业的弹性可收放式系泊系统。

背景技术

随着陆地上的可利用空间减少，以及绿色能源的发展，海上可利用资源的开发潜力越来越大。海上资源的开发离不开海上平台的建设，建造功能丰富，稳定性高的海上平台成为获取资源的第一步。系泊系统是浮式系统的重要组成部分，其主要功能是将浮式结构物在海洋环境中的运动限制在一定范围内，保障浮式平台的安全作业。根据系泊缆索的形状，系泊可分为悬链线、张紧式与半张紧式。悬链线系泊系统的回复力由悬垂段的重量提供，半张紧及张紧式系泊系统的回复力由缆索的轴向缆索提供。

我国海域大陆架距离长，近海海域普遍不超过60m，与深海浮式平台对比而言，浮式波浪发电装置及浮式风机在浅水作业。在浅水环境中，由于水深有限，悬链线系泊系统的悬链效应大大下降，导致了系泊性能的显著下降，这意味着浅水悬链线系泊缆索需要极长的大重量锚链来提供足够的回复性能，并保证足够的系泊强度；由于悬垂段长度有限，大部分锚链躺在海床上，这为系泊系统的维护带来极大的挑战；此外，锚链的大量使用不仅增加了预算还占用了极大的海床面积，从而导致干扰其他海洋作业。与浮式海洋平台的作业不同，对于大多数的浮式波浪发电装置而言，其所需足够柔顺的系泊系统使其在海洋环境中能最大程度地运动。张紧式系泊系统由于其过大的系泊刚度可能会干涉波浪发电作业，因此，其并不是大多数浮式波浪发电装置的优先选择。此外，张紧式系泊系统需要特定的吸力锚或吸力桩将系泊缆索锚固于海底。这意味着有一部分与锚(或者桩)相连的锚点是嵌入海底中的，而在永久系泊的使用中，该段锚链随着顶端浮体的往复运动将在锚(或者桩)的附近产生沟壑。沟壑的形成将直接导致锚(或者桩)的承载力下降乃至失效，对顶部平台安全生产作业带来极大挑战，因此需要在其服役期限内必须对其进行替换，这带来了巨大的经济损失。浮式风机需要长期甚至永久锚固在特定的海域进行作业，其存在服役期内替换锚(或者桩)的风险。因此目前的集中系泊系统在浅水中并不适用，对系泊系统进行优化设计使其适用于浅水作业是非常必要的。

发明内容

发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种适用于中浅水作业的弹性可收放式系泊系统

技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种适用于中浅水作业的弹性可收放式系泊系统，包括第一发电装置、第二发电装置、锚，所述第一发电装置和第二发电装置均通过系泊缆与海上平台连接，第一发电装置还通过锚链与锚连接；第二发电装置位于海上平台正下方，所述锚位于海上平台斜下方以固定海上平台浮动范围；所述系泊系统工作时，系泊缆及锚链均处于紧张状态，所述第一发电装置、第二发电装置利用系泊缆及锚链的张力发电。

进一步的，所述第一发电装置包括外壳及位于外壳内的转轴、第一复位机构；所述第一复位机构安装于外壳顶面，所述第一复位机构下方设有用于缠绕系泊缆的滚轮，所述滚轮下方设有磁体，磁体外侧设有线圈；所述第一复位机构、滚轮、磁体均与转轴固定连接；系泊缆的内部张力拉动滚轮转动，带动转轴、第一复位机构及磁体转动，磁体周围磁场产生变化，线圈切割磁感线发电，当系泊缆内部张力消失时，第一复位机构带动第一发电装置回到初始位置。

进一步的，所述第一发电装置内部通过隔板分为上腔和下腔，所述第一复位机构及滚轮安装于上腔内，所述磁体及线圈安装于下腔内，所述转轴穿过隔板安装于第一发电装置的轴线上。

进一步的，所述第一复位机构包括涡状弹簧、位于涡状弹簧中心的从动轴，所述从动轴与转轴固定连接；所述涡状弹簧外圈端口处设有连接件，涡状弹簧通过所述连接件安装于外壳顶面。

进一步的，所述连接件与涡状弹簧及外壳均为焊接连接。

进一步的，所述系泊缆采用具有弹性材料制成。

进一步的，所述外壳侧面上设有供系泊缆穿过的开口及用于连接锚链的第一卸扣。

进一步的，所述第二发电装置包括底座、安装于底座上的第二复位机构、与第二复位机构连接的连接板、安装于连接板上的主轴杆及液压杆，所述液压杆上设有液压发电装置；所述主轴杆与系泊缆连接，当系泊缆张力拉动主轴杆向上运动时，主轴杆带动连接板及液压杆向上运动，液压杆为液压发电装置提供向上的压力进行发电，当系泊缆张力消失时，第二复位机构带动第二发电装置回到初始位置。

进一步的，所述第二复位机构包括若干复位弹簧。

进一步的，所述主轴杆顶部设有用于与系泊缆连接的第二卸扣。

有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是(1)通过第一发电装置、第二发电装置、锚、系泊缆及锚链的配合，使海上平台在浅水条件下稳定作业；(2)同时利用海上平台的浮动使系泊缆内部产生张力，再通过第一发电装置、第二发电装置进行发电，有效利用海上能源；(3)采用弹性可收放式系泊缆，避免系泊缆内部张力过大而发生断裂，延长系泊系统工作寿命；(4)第二发电装置不仅用于发电，还可发挥与锚相似作用，进一步提高海上平台稳定性。

附图说明

图1为本发明系泊系统的整体结构示意图；

图2为本发明第一发电装置外部结构示意图；

图3为本发明第一发电装置内部结构截面图；

图4为本发明第一复位机构结构示意图；

图5为本发明第二发电装置整体结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中的一种适用于中浅水作业的弹性可收放式系泊系统，包括若干第一发电装置1、第二发电装置2、与第一发电装置1数量相等的锚3。第一发电装置1和第二发电装置2均通过系泊缆4与海上平台连接，第一发电装置1还通过锚链5与锚3连接，系泊缆4及锚链5均处于紧张状态。系泊缆4采用弹性可收放式系泊缆，防止内部张力过大而发生断裂。锚3和第二发电装置2位于水底8，第二发电装置2位于海上平台6正下方，锚3位于海上平台6外侧以固定海上平台浮动范围，第一发电装置1浮于水面7上，一侧浸入水中，另一侧露出水面。

如图2和图3所示，第一发电装置1包括外壳1-10及位于外壳内的转轴1-7、第一复位机构。第一发电装置1内部通过隔板分为上腔1-11和下腔1-12。上腔1-11内设有安装于外壳1-10顶面的第一复位机构及位于第一复位机构下方的滚轮1-5，系泊缆4缠绕于滚轮1-5上；下腔1-12内设有磁体1-6及位于磁体1-6外侧的线圈1-8。转轴1-7穿过隔板安装于第一发电装置1的轴线上，第一复位机构、滚轮1-5、磁体1-6均与转轴1-7固定连接。外壳1-10侧面上设有供系泊缆4穿过的开口1-1及用于连接锚链5的第一卸扣1-2。

如图4所示，第一复位机构包括涡状弹簧1-3、位于涡状弹簧1-3中心的从动轴1-9。从动轴1-9内开有槽式开口，将铆钉安装于槽式开口内使从动轴1-9与转轴1-7固定连接。涡状弹簧1-3外圈端口处通过焊接连接有连接件1-4，将连接件1-4焊接于外壳1-10顶面使涡状弹簧1-3固定安装于第一发电装置顶部。

第一发电装置1的发电原理如下：海上平台6的浮动使缠绕于滚轮1-5上的系泊缆4产生张力而带动滚轮1-5旋转，滚轮1-5带动转轴1-7、第一复位机构及磁体1-6转动，磁体1-6周围磁场产生变化，线圈1-8切割磁感线发电。当系泊缆4的张力消失时，涡状弹簧1-3带动转轴1-7及磁体1-6反方向旋转而恢复原位，磁体1-6周围磁场亦产生变化，线圈1-8再次切割磁感线发电。通过系泊缆4的张力及张力消失后复位过程持续发电，提高发电效率。

如图5所示，第二发电装置2包括底座2-7、安装于底座2-7上的三根复位弹簧2-6、与复位弹簧2-6连接的连接板2-4、安装于连接板2-4上的主轴杆2-3及液压杆2-5，液压杆2-5上设有液压发电装置2-2。主轴杆2-3顶部设有用于与系泊缆4连接的第二卸扣2-1，系泊缆4连接于第二卸扣2-1上。海上平台6上下浮动而使系泊缆4产生内部张力，当系泊缆4张力拉动主轴杆2-3向上运动时，主轴杆2-3带动连接板2-4及液压杆2-5向上运动，液压杆2-5为液压发电装置2-2提供向上的压力进行发电，当系泊缆4张力消失时，复位弹簧2-6带动第二发电装置2回到初始位置。

本发明通过第一发电装置、第二发电装置、锚、系泊缆及锚链的配合，使海上平台在浅水条件下稳定作业；同时利用海上平台的浮动使系泊缆内部产生张力，再通过第一发电装置、第二发电装置进行发电，有效利用海上能源；采用弹性可收放式系泊缆，避免系泊缆内部张力过大而发生断裂，延长系泊系统工作寿命；第二发电装置不仅用于发电，还可发挥与锚相似作用，进一步提高海上平台稳定性。

Claims (10)

1.一种适用于中浅水作业的弹性可收放式系泊系统，其特征在于，包括第一发电装置(1)、第二发电装置(2)、锚(3)，所述第一发电装置(1)和第二发电装置(2)均通过系泊缆(4)与海上平台连接，第一发电装置(1)还通过锚链(5)与锚(3)连接；第二发电装置(2)位于海上平台正下方，所述锚(3)位于海上平台斜下方以固定海上平台浮动范围；所述系泊系统工作时，系泊缆(4)及锚链(5)均处于紧张状态，所述第一发电装置(1)、第二发电装置(2)利用系泊缆(4)及锚链(5)的张力发电。

2.如权利要求1所述的适用于中浅水作业的弹性可收放式系泊系统，其特征在于，所述第一发电装置(1)包括外壳(1-10)及位于外壳内的转轴(1-7)、第一复位机构；所述第一复位机构安装于外壳(1-10)顶面，所述第一复位机构下方设有用于缠绕系泊缆(4)的滚轮(1-5)，所述滚轮(1-5)下方设有磁体(1-6)，磁体(1-6)外侧设有线圈(1-8)；所述第一复位机构、滚轮(1-5)、磁体(1-6)均与转轴(1-7)固定连接；系泊缆(4)的内部张力拉动滚轮(1-5)转动，带动转轴(1-7)、第一复位机构及磁体(1-6)转动，磁体(1-6)周围磁场产生变化，线圈(1-8)切割磁感线发电，当系泊缆(4)内部张力消失时，第一复位机构带动第一发电装置(1)回到初始位置。

3.如权利要求2所述的适用于中浅水作业的弹性可收放式系泊系统，其特征在于，所述第一发电装置(1)内部通过隔板分为上腔(1-11)和下腔(1-12)，所述第一复位机构及滚轮(1-5)安装于上腔(1-11)内，所述磁体(1-6)及线圈(1-8)安装于下腔(1-12)内，所述转轴(1-7)穿过隔板安装于第一发电装置(1)的轴线上。

4.如权利要求3所述的适用于中浅水作业的弹性可收放式系泊系统，其特征在于，所述第一复位机构包括涡状弹簧(1-3)、位于涡状弹簧(1-3)中心的从动轴(1-9)，所述从动轴(1-9)与转轴(1-7)固定连接；所述涡状弹簧(1-3)外圈端口处设有连接件(1-4)，涡状弹簧(1-3)通过所述连接件(1-4)安装于外壳(1-10)顶面。

5.如权利要求4所述的适用于中浅水作业的弹性可收放式系泊系统，其特征在于，所述连接件(1-4)与涡状弹簧(1-3)及外壳(1-10)均为焊接连接。

6.如权利要求1所述的适用于中浅水作业的弹性可收放式系泊系统，其特征在于，所述系泊缆(4)采用具有弹性材料制成。

7.如权利要求2所述的适用于中浅水作业的弹性可收放式系泊系统，其特征在于，所述外壳(1-10)侧面上设有供系泊缆(4)穿过的开口(1-1)及用于连接锚链(5)的第一卸扣(1-2)。

8.如权利要求1所述的适用于中浅水作业的弹性可收放式系泊系统，其特征在于，所述第二发电装置(2)包括底座(2-7)、安装于底座(2-7)上的第二复位机构、与第二复位机构连接的连接板(2-4)、安装于连接板(2-4)上的主轴杆(2-3)及液压杆(2-5)，所述液压杆(2-5)上设有液压发电装置(2-2)；所述主轴杆(2-3)与系泊缆(4)连接，当系泊缆(4)张力拉动主轴杆(2-3)向上运动时，主轴杆(2-3)带动连接板(2-4)及液压杆(2-5)向上运动，液压杆(2-5)为液压发电装置(2-2)提供向上的压力进行发电，当系泊缆(4)张力消失时，第二复位机构带动第二发电装置(2)回到初始位置。

9.如权利要求8所述的适用于中浅水作业的弹性可收放式系泊系统，其特征在于，所述第二复位机构包括若干复位弹簧(2-6)。

10.如权利要求8所述的适用于中浅水作业的弹性可收放式系泊系统，其特征在于，所述主轴杆(2-3)顶部设有用于与系泊缆(4)连接的第二卸扣(2-1)。