CN1964886A - 浮动平台方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种浮动平台。该浮动平台包括顶表面(14)、与所述顶表面相互连接并向下延伸到水体中的多个浮力构件(12)、底板(16)以及多个间隙容积(24)，该间隙容积(24)在底部处由所述底板密封，以防止水流入该间隙容积。

Description

浮动平台方法和装置

技术领域

本发明的公开实施例涉及大型浮动平台领域，更具体地说，本发明的实施例涉及一种用于增强平台稳定性和支撑结构的浮动平台装置及结构。

背景技术

大面积浮动结构可用来为多种大规模作业提供扩大的面积，比如：海上石油钻探、开采以及储存；液化天然气装载、储存、再气化、加压以及卸载；无论是采用碳氢化合物燃料还是采用核燃料的发电厂；淡化水工厂；飞机场、海港、军事基地、生活舱室、浮动码头、防浪堤、港口等。

这种结构最经济的是由预应力钢筋混凝土组合物制成。这种大面积结构通常借助浮力与水面紧密结合，而波浪会使结构产生不希望的运动，从而在该结构中引起不希望的动态应力和静态应力。由于混凝土结构在受到某些形式的应力时容易损坏，因此必须减轻这些结构应力。为了充分地减轻这些应力，必须采取措施来增强浮动结构与由海浪引起的浮力激励的解耦。

用于大规模作业的浮动结构可类似于在美国专利No.5,375,550中所描述的浮动结构。这些平台可包括紧密填装的垂直混凝土管柱阵列，每个混凝土管柱都包括敞开的底部以及封口的顶部，该顶部相组合而形成工作平台。截留在管柱中的空气在被加压时使水从该管柱排出，从而为平台提供浮力。在管柱内的空气还可以通过气孔通道/管道与相邻的管柱进行空气连通或气体连通。空气的可压缩性及其可从一个管柱向另一管柱的运动能力有助于减小平台对浮力波浪激励的敏感性或者消除平台与浮力波浪激励的耦合。

附图说明

在附图中以示例而非限制的方式示出了本发明，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1表示根据本发明实施例的浮动平台的仰视立体图；

图2表示根据本发明实施例的浮动平台的水平剖切平面图；

图3表示根据本发明实施例的浮动平台的垂直横向剖视图；

图4表示根据本发明实施例的浮动平台的一部分的平面图；以及

图5表示根据本发明实施例的浮动平台的一部分的放大平面图。

具体实施方式

如下将参照附图进行详细的描述，这些附图形成本说明书的一部分，其中相同的附图标记始终表示相同的部件，并且其中以举例说明本发明可实施的具体实施例的方式示出了本发明。应该理解到的是，可以采用其它的实施例，并且可以在不脱离本发明范围的情况下作出结构或逻辑上的改变。因此，如下详细说明不应该被理解成限制意义，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物来限定。

根据本发明的实施例特别有利于大面积浮动平台，并且可以提供这样一种包括连续或半连续、大致水平的底板结构的浮动平台，该底板结构可以大致平行于顶板并且可通过多个浮力构件与该顶板相互连接，所述浮力构件可以具有柱形管状和/或多边形管状(例如，具有三个或更多个侧面)。所述底板可以为所述平台提供区域平衡(area-balanced)结构，该区域平衡结构可以增强所述平台对甚至最强烈的波浪和载荷引起的弯矩、以及其它自然地和非自然地引起的应力进行抵抗的能力。还可以向所述底板提供结构件，以有助于抵抗在浮动平台应用中通常遇到的某些应力。

根据本发明的实施例还可以包括这样一种浮动平台，该浮动平台具有一定的固定不可变排量的间隙容积，该间隙容积通过所述底板而在它们的底部封闭，并布置在底部敞开的浮力构件之间和中间。这些间隙容积可以提供足够的浮力储备，以在非常罕有的可变浮力完全或严重丧失的情况下也能支撑所述平台具有干舷高度(即保持上甲板/平台在水线上方)。在一个实施例中，所述封闭的间隙空间可以提供所述浮动平台的固定不可变排量容积的至少四分之一。

在根据本发明的另一实施例中，间隙容积可以与所述底部敞开的浮力构件空气连通。这可允许压缩空气在选定的可变浮力构件中进行自由和/或受控的连通以在所述浮力构件与一个或多个周围的间隙容积之间流动。这种空气连通可以显著增加所述浮力构件的与容积相关的气动柔顺性(pneumatic compliance)，并且有助于减小可能由较长波浪激励而引起的起伏运动。

根据本发明的实施例还可以包括间隙容积和浮力构件的选定阵列，该阵列可以有选择地与间隙容积和浮力构件的另一选定阵列相互连接。通过这样的连接，可按照需要使空气迁移可控制地分配到一定的阵列，以更好地抵抗各种波浪激励及其对所述平台的影响。将所述浮力构件和间隙容积连接成网络还能够可控制地将空气分配到一定的区域，以抵抗严重的意外损坏或增加平台的静载能力。为了在发生不对称损坏而使浮力空气损失的情况下有助于使与柔顺性相关的空气传输最大化并同时保持平台的大致水平姿势，可策略地使选定的阵列横跨所述浮动平台区域定位并且相互连接。

图1表示根据本发明实施例的浮动平台的仰视立体图。浮动平台10可以包括组成阵列的多个可变浮力构件12。这些可变浮力构件12可以与顶盖/顶板相连接。如果顶盖被组装成阵列，则该顶盖可以组合而形成平台顶部14，该平台顶部14可以为期望的浮动平台作业提供工作基础。

可变浮力构件12可以是管状形状的柱，该柱向下伸入布置有该浮动平台10的水体中并位于该水体表面之下。所述浮力构件可以由钢筋混凝土或其它合适的建筑材料制成，这些建筑材料包括但不限于钢和/或其它各种金属合金、比如碳纤维增强聚合物的合成材料等。可变浮力构件12可以具有相对端20，该相对端20是敞开的，从而能够允许水进入该可变浮力构件12的中空部分。可变浮力构件12内的空气可以将该可变浮力构件12内的水(内部水)排出到比外部水位大的深度，并且可以通过空气容积压力而可控制地提供浮力，从而弹性地支撑平台10。可以意识到，该浮力构件12可以由任意合适的建筑材料构成，比如钢筋混凝土和/或钢，并且可以具有任何简单或复杂的几何形状，包括但不限于各种多边形截面。

浮力构件12可以通过底板16而至少部分地连接在一起，从而使得可变浮力构件12的敞开端20中一些或全部保持向水敞开，以便使水能够进入该浮力构件12。在一个实施例中，底板16可以具有与顶板14大致相等的强度性质，这可以有助于抵抗平台10在某些海况下所受到的弯矩或转矩，并且为平台提供稳定作用。

为了连接一个可变浮力构件12与相邻的可变浮力构件，可以在相邻的可变浮力构件12之间纵向和横向地设置垂直分隔件18。如果将相邻可变浮力构件12通过垂直分隔件18的相互连接与顶板14和底板16相结合，则可以限定间隙容积24。可以使间隙容积24为可控制的水密和/或气密的。如果是水密的，则间隙容积24可以为浮动平台10提供足够的储备浮力，以在部分或全部可变浮力构件失效的情况下保持顶部平台大致位于水线之上。可以意识到，可以将底板16构造成这样，即，可以选择地控制间隙容积24的数量，并因此而选择地控制储备浮力。

间隙容积和可变浮力构件还可以有助于抵抗由极限甲板载荷和/或不平衡甲板载荷所施加或加强的力。例如，可以将空气导入甲板上的向下力大于正常力的某些区域中的选定的可变浮力构件和/或间隙容积中。这些情况的示例可以是存储大型机器的场所，或者用来抵消钻柱、锚索等的作用。带有空气的选定的间隙容积和/或可变浮力构件的这种可变载荷可以增加平台某些区域的载荷能力，这是由于可以增加可施加在期望区域内的向下力的量而不需要增加平台顶板的厚度。还可以增加可变浮力构件内的气压，以升高平台相对水面的高度。这可以用于某些船到平台的作业，用于维持石油产品提升装置的张力，以避免恶劣天气下的波浪拍击并有助于拖曳。可以通过高容量低压的压缩机，例如罗茨鼓风机来在期望位置导入额外的压缩空气。

可控制地用压缩空气填充间隙容积24，从而使该间隙容积24内的气压保持在大于或等于由任何可变浮力构件12内的水沉降所产生的压力下，这可以显著地增加浮力构件12的材料强度。特别是在浮力构件12由诸如钢筋混凝土的材料制成的情况下，在外壁上保持正压力可以抵消或缓解因增加浮力构件12内的气压而引起的壁的切向张应力。

在根据本发明的另一实施例中，可以根据需要而通过增加垂直分隔件18的宽度并相应地增加相邻可变浮力构件12之间的间隔来扩大间隙容积24。增大间隙容积24可以增加固定浮力与可变浮力的比例，这在故障的情况下如果需要则又提供了更大的储备浮力。

在根据本发明的一个实施例中，间隙容积可以与相邻的可变浮力构件相互连接。允许相邻的浮力构件与间隙容积相互空气连通可以显著增加浮力构件抵抗波浪产生的起伏以及由波浪激励和/或外部源产生的其它潜在力的与容积有关的气动柔顺性。

根据本发明的实施例使得能够将平台构造成如此之大，以致于可以在平台的背风侧形成相对平静的水面。该背风的平静还可以允许其它浮动船舶接近该浮动平台停靠，从而使停靠的船舶与该浮动平台之间的相对运动最小。这增加了安全性并且便于装载、卸载、添加燃料以及其它的船舶到平台类型的作业。

图2表示根据本发明实施例的浮动平台的放大水平剖切平面图。示出了四个垂直的可变浮力构件12。可将垂直分隔件18布置在可变浮力构件12之间并且相互连接可变浮力构件12，以形成间隙容积24。可以根据平台结构和/或浮力需要而通过增加或减小垂直分隔件18的宽度29来增加或减小间隙容积24。

可以用梁26和28来加强该浮动平台，该梁可以横跨平台的下部横向及纵向延伸。梁26和28可以在浮力构件12的底部处或附近与垂直分隔件18相交。为了给浮动平台的底部提供附加的强度，梁26和28可以与底板16成一体。可以意识到，梁26和28可以相交(如图所示)或者可以具有不同的高度及宽度，从而它们在其相交处重叠。

在一个实施例中，间隙容积24内的空气可以保持在等于或大于可变浮力构件12内的压力下。在周围的间隙容积24内维持这样的正压力可以在浮力构件12的壁34上产生大致周向的压应力/压缩力。该压应力可以有助于可变浮力构件的壁抵抗张应力破裂，或者防止由于可变浮力构件12内的压力升高施加的力而产生的问题。

图3表示根据本发明实施例的图2的浮动平台的放大剖视图。在梁26和28以及顶板14中可定位有一个或多个钢筋束32。钢筋束32可以包括但不局限于这样的构件，该构件可以向结构施加后张力，以在平台中存在最大预计弯矩载荷的情况下，确保诸如钢筋混凝土的材料保持在压应力状态下。

可以理解到，梁26和28的高度27可以根据平台结构以及可由浮动平台承受的应力的量和类型而改变。例如，如果平台在梁26延伸的方向上较长，则为了承受由于较大跨度所造成的附加应力，可使梁26比梁28大。

图4表示根据本发明实施例的浮动平台的一部分的放大平面图。可将若干可变浮力构件112构造成阵列。可变浮力构件112A和112B可以通过空气管道108相互连接，并且进一步与间隙容积124A和124B相互连接。例如，可以可控制地允许空气通过空气管道108与间隙空间124自由连通。间隙容积124A和124B与浮力构件112A和112B的这种相互连接可以显著增加浮力构件112抵抗波浪所产生的起伏力以及浮动平台可能遇到的其它潜在力的与容积有关的气动柔顺性。

如上所述，并举例来说，在浮力构件112A和112B内的水位比如由于通过的波浪峰而上升的情况下，空气可以从浮力构件112A和112B流入间隙容积124A和124B中，如箭头106所示。在浮力构件112A和112B之间的气流的方向和大小可以根据浮力构件中水位的上升和下降而变化，水位的上升和下降又分别会增加和降低气压。使用间隙容积124A和124B来增加可变浮力容积不仅仅可以对于波浪激励的作用而使浮动平台更好地稳定。

在根据本发明的另一实施例中，可以通过空气管道108将气流引导到浮动平台的其它部分，如箭头104所示。该箭头大致表示在管柱内的水位上升期间短期气流的方向。这使得空气能够沿路径流动到相互连接但定位较远的各个浮力构件和间隙容积。因此，在大波浪活动的情况下，这种运动借助空气的流动性可以增加柔顺性，并且减小平台运动以及结构载荷。

图5表示根据本发明实施例的浮动平台的平面图。在一个实施例中，可以使浮力构件的选定阵列与定位于浮动平台不同位置处的浮力构件的类似阵列相互连接，这可有助于通过通向浮动平台不同部分的浮力空气的流动性进行波浪解耦。

在一个实施例中，可以通过空气管道208、208A和208B使空气在第一阵列202到第二阵列202A之间可控制地输送。在一个实施例中，第二阵列202A在浮力构件和间隙容积的尺寸和数量方面可以与第一阵列202对称。同样，第二阵列202A可以在浮动平台的宽度和/或长度上相对于第一阵列202对称地定位。然而，可以意识到，可以根据需要来选择阵列的数量和位置，以适应特定的应用。

如果阵列202和202A之间的距离足以包括浪高和浪长的有效梯度，则可以增加空气流动性。使第一阵列202与第二阵列202A间隔开可以用来在例如发生不对称损坏而使空气浮力损失的情况下增加与柔顺性有关的空气输送，同时保持平台的水平姿势。

在一个实施例中，可以在管道208、208A和208B中设置阀250的网络，阀250的网络可以有选择地致动以便改变阵列配置，并且可以使能或禁止、增强或减弱空气流动性的作用及控制。高容量低压的压缩机可以与阀的网络以及管道相连，以便根据需要将额外的压缩空气可控制地引入不同的阵列、浮力构件和/或间隙容积内，借此为浮动平台整体或局部区域提供必要的支撑。

可以意识到，根据本发明实施例的浮动平台非常适于建造特大面积的浮动平台。若干平台部分或模块可以通过顶板和底板结构结合到一起并且被结构地支撑。这些较大的平台能够足够地稳定，从而允许诸如飞机的着陆和起飞、轮船为装载和卸载货物和/或人员而停泊等活动。

尽管本文为了描述优选实施例的目的而图示并描述了具体的实施例，但是本领域普通技术人员应意识到，在不脱离本发明的范围情况下，可以采用预期获得相同目的的多种替换例和/或等同实施方式来替代所图示和描述的具体实施例。本领域的技术人员容易意识到，可以用多种实施例来实施本发明。本发明旨在覆盖本文所公开实施例的任何修改例或变化例。因此，显而易见的是，本发明意在以权利要求及其等同物来限定保护范围。

Claims (16)

1.一种浮动平台，该浮动平台包括：

顶板；

被构造成阵列的多个可变浮力构件，每个所述可变浮力构件均具有敞开的底端和与所述顶板结合的封闭的顶端；

多个垂直分隔件，每个所述垂直分隔件都使所述多个可变浮力构件中的两个或多个横向和纵向地相互连接；

底板，该底板被构造成使至少一个浮力构件的至少一个敞开的底端暴露于水体；以及

至少一个由使三个或更多个浮力构件相互连接的所述垂直分隔件限定的间隙容积，并且至少一个间隙容积在底部处被密封，以防止所述水体流入该间隙容积。

2.如权利要求1所述的浮动平台，其特征在于，该浮动平台还包括大致在所述可变浮力构件的底部处或附近布置在所述可变浮力构件周围的梁的网络。

3.如权利要求2所述的浮动平台，其特征在于，所述底板和所述梁的网络具有与所述顶板大致相同的强度和刚度，从而所述浮动平台具有能够抵抗海洋波浪所引起的弯矩以及平台载荷所引起的弯矩的区域平衡结构。

4.如权利要求1所述的浮动平台，其特征在于，所述间隙容积中的一个或多个为固定不可变排量容积，该固定不可变排量容积能够提供足够的浮力，以在所述浮力构件中的可变浮力完全丧失的情况下使所述平台漂浮。

5.如权利要求1所述的浮动平台，其特征在于，所述间隙容积具有第一气压，而所述浮力构件具有第二气压。

6.如权利要求5所述的浮动平台，其特征在于，所述第一气压被控制成保持大致等于或大于所述第二气压。

7.如权利要求1所述的浮动平台，其特征在于，通过增加所述垂直分隔件的宽度、进而增加相邻的所述可变浮力构件的间隔来增大所述间隙容积。

8.如权利要求1所述的浮动平台，其特征在于，至少一个间隙容积被连接到至少一个相邻的可变浮力构件上，以使空气在它们之间流通，从而增加所述至少一个可变浮力构件的可用容积。

9.如权利要求1所述的浮动平台，其特征在于，高容量低压的空气压缩机与所述间隙容积和所述可变浮力构件相连，并且该空气压缩机被构造成用于可控制地向所述间隙容积和所述可变浮力构件分开地或一起地供应压缩空气。

10.如权利要求9所述的浮动平台，其特征在于，增大局部区域内的气压，以为该局部区域内的所述顶板提供更高的载荷能力。

11.如权利要求9所述的浮动平台，其特征在于，增大所述可变浮力构件内的气压，以使所述平台在所述水体中升高。

12.如权利要求1所述的浮动平台，其特征在于，该浮动平台还包括：

可变浮力构件和间隙容积的第一阵列；

浮力构件和间隙容积的第二阵列；

使所述第一阵列的一个或多个浮力构件和一个或多个间隙容积与所述第二阵列的一个或多个浮力构件和一个或多个间隙容积相互连接的一个或多个空气管道；

放置在所述一个或多个空气管道内用于可控制地允许空气在所述第一阵列和所述第二阵列之间交换的阀的网络。

13.如权利要求12所述的浮动平台，其特征在于，所述第一阵列和所述第二阵列在尺寸、形状以及在所述浮动平台内的位置方面对称。

14.如权利要求12所述的浮动平台，其特征在于，空气可以从所述第一阵列运动到所述第二阵列，以补偿所述第二阵列中的可变浮力的临时损失。

15.如权利要求1所述的浮动平台，其特征在于，所述平台具有迎风侧和背风侧，并且其中所述多个可变浮力构件适于当波浪在所述浮动平台下面从所述迎风侧向所述背风侧传递时减弱波浪活动。

16.如权利要求15所述的浮动平台，其特征在于，所述背风侧适于停靠船舶。

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