CN85107519B - 船舶系泊系统及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种船舶系泊系统Ｈ及其安装方法。方法为在船Ｖ的甲板Ｄ和船底外板Ｐ间装一直井Ｗ。船底外板下围绕着井装有下伸的下支承环Ｌ用以支承下转塔装置Ａ。井中有连接下转塔装置的中转塔装置Ｂ。上支承环Ｕ围绕着井装在甲板上。上转塔装置Ｃ连接着中转塔装置，上中下三个转塔装置的组合被上支承环所支承引导，也被下支承环引导。装有链４２及起锚机５６的锚链舱５８装在上转塔装置上把固定在海床上的链通过上中下三个转塔装置有选择地收放。

Description

船舶系泊系统及其安装方法

本发明涉及一种船舶系泊系统及其安装方法。

离岸的石油生产由于离开岸太远或位于偏远的地区，使得在海床上设置油管把从离岸油井中生产的石油直接泵到岸上贮、运和加工是不切实际的。在这种情况下生产出来的石油一般都直接或用短的油管传送给一艘系泊住的专用船，如一艘运油船，作为一个转运前的临时油库。一艘船系泊在离岸海域持续一段时期有很多问题，其中包括系泊区预期的风暴情况。系泊系统需要能让船只飘转，这样，船只能经常朝向主要的海流和风向。由于可能系泊的地点的预期的风暴情况，一般说来不宜用常规的船锚和系泊缆索来作长时期系泊，因为需用大的规格。较适宜于离岸船只的系泊系统应能允许船只飘转，在船上装有可旋转的装置使船在转向时能继续采集油/气。

在系泊离岸船只时保持高度准确的固定位置很重要。当考虑离岸钻探及要求钻杆柱应相对固定能随时抵抗海洋引起的剪力时，相对于海床保持准确固定位置的重要性是明显的。海底井碳氢化合物的生产也要求采油船有一个定点以免柔性的立管受到太大的张力。

飘转就是经常需要改变船头的方向，这也是一个问题，因为用常规的多锚系泊系统是很难实现的，因为一定要收放锚链来适应船头换向。

因为用了多锚系泊系统要改变船头方向有种种困难，现有的系泊系统采用一个装在中央的旋架，它从甲板延伸到船底穿透整个船。锚链就系在旋架上。当需要转向时，船只可以绕着系泊旋架有效地转到所需的朝向，旋架相对于系锚和海床是固定的。这些系泊系统的典型例子有美国专利3，279，404;3，602，175;3，440，671;3，552，343;3，620，181;3，605，668;3，590，407;和3，774，562。

传统的船上系泊系统的特征是具有一个从甲板延伸到船底的大井。由于这开口的尺寸很大，船的结构必须特别设计以适应这开口的尺寸。要想把一个船上转塔形系泊系统装在一艘现有的船上，由于井的尺寸这样大，在施工前必须对每艘船的结构进行分析。对一艘现有油船在其中央部分改装一个大口径井所需作的补充设计和工程可能产生不能接受的费用和拖延交船日期。由于通过甲板和船底外板的开口很大，所以所需的设计与工程的工作量也很大，这开口要有9.104米至18.208米的直径以合适地把系泊负荷传给船结构。这井口直径跟所在甲板宽度的典型比例为1∶3至1∶2。在船体上有如此大的开口，使油船的船体纵向强度大为削弱，常常需要重大的改造来达到制订规章部门所规定的强度。此外，由于所需的工程和设计工作引起的显著的延迟有时使所设计的油船没法得到。在这些情况下，整个设计工作就白费了，因为这种设计是为某艘船定做的专用设计。

由于转塔设计只能是针对特定的船来做的，一种要兼顾多方面的通用设计要适应各种不同的系泊缆径和立管数量/尺寸，将会受到很大的限制，除非这种标准设计是按照最坏设想作的保守的设计。最后，由于转塔系泊系统必须为每艘船专门设计，在工程项目早期无法从船厂获得可靠的报价，因为不能确定现有船只的船体结构是否适用以及系泊系统将如何影响这个结构。

因此，本发明的装置和方法提供了一组特定设计，这组设计可用于任何驳船，油船，钻井船，半潜装置或液化天然气/液化石油气船，用于所能碰到的环境条件。这一套设计的应用范围很广，可用于各种大小的油船，例如50，000载重吨到300，000载重吨，和在各种不同的环境条件下工作，如浪高9.104米到27.312米，用于不同的水深，如30.48米到914.4米。这一套设计将适用于很多类型的船只，如贮油驳船，现有的或设计中的钻井船和浮动加工厂等等。

一套设计适用于改装在现有的或新建的船上而无需作相当大的结构重新设计，它包括一个比较细长的中央部分或中转塔装置，可穿过主甲板上的一个小的孔放进船中。本发明的中转塔装置的直径在3.048米左右，比较起来，先有设计是从9.104米到18.208米和以上。因此，一套设计适用于改装现有船只，只需在船只上开通一个小的孔，因此可以在知道该系泊系统装在那一条特定的船上以前完成设计，模型试验和制造。重复的设计和模型试验的费用以及从新设计到投产的准备时间由于缩短了制造时间而减至最小。

本发明提供一种船舶系泊系统及其安装的方法。该方法包括在船上构筑一个从甲板延伸到船底外板的直井;把下支承环连接到船底外板的下面围绕着直井;把下转塔装置支承在下支承环内;把中转塔装置放入直井内连接到下转塔装置上;把上支承环连接到甲板上面围绕着直井;把上转塔装置连接到中转塔装置上;上中下三个转塔装置的组合被上支承环支承着和导向，也被下支承环所导向。

这是一种安装在新造船只或改装在现有船只上的船舶系泊系统，这些船舶具有整体船首船尾，并有甲板、船底外板和一个直井，该井从甲板垂直地延伸到船的水线以下的船底外板。该系泊系统有一个下支承环围绕着直井，伸展到船底外板以下并固定在其上。有一个环形的下转塔装置可旋转地装到下支承环上，它在垂直于直井纵轴线平面内的横截面比井大。有一个中转塔装置连接到下转塔装置上并放置在井内，它在垂直于直井纵轴线平面内的横截面比下转塔装置小。有一个环形的上转塔装置连接到中转塔装置上并布置基本上在甲板上，它在垂直于直井纵轴线平面内的横截面比井大。直井的开口的尺寸与靠近该井的甲板的宽度的比例约在1∶5到1∶10的范围内。系泊装置从上转塔装置延伸通过中、下转塔装置把整艘船系泊在浪高达27.432至30.48米的海域的水底。上支承环装在甲板上围绕着直井，用以在甲板上支承和导向上、中、下转塔装置连成的组合，以抵御由系泊装置施加到该组合的力。锚链舱包括链和起锚机被装在上转塔装置上以便通过上、中和下转塔装置有选择地放出或卷入链条，使链条连接海床。

图1是通过船上井的中线的立剖面图。

图2是另一种链条施放系统实施例的部分立剖视图。

图3是图1中滚子的详图。

图4是图1中沿4-4线切去部分后的平面图。

图5是图1中沿5-5线切去部分后的平面图。

在优先实施例中，系泊系统H及其安装方法显示在图1中。图1中示出通过船V及其甲板D和船底外板P的剖视图。船底外板P按已知的形式伸展在船的最下部。本发明的装置安装穿过甲板D上的开口和船底外板P的开口。一连串的舱壁G组成一个基本上垂直的开口或井W从甲板D伸展到船底外板P。

系泊系统H包括一个下转塔装置A，一个中转塔装置B和一个上转塔装置C。本发明的系泊系统H还包括一个下支承环L和一个上支承环U。系泊装置M连接到上转塔装置C上以便通过系泊系统H把系泊链条或缆42收进放出，这在下面还要讲到。

从图1可见，下转塔装置A是用结构钢构件制成，呈环形。下转塔装置A有一个弧形外表面10，其直径远远大于井W。下转塔装置A还包括一个中央开口44，它的横截面大致与井W相同并且基本上与井W同心。下转塔装置A还包括多个惰轮40（图1和5）在每根系泊缆索42通过下转塔装置A时容纳该缆。这些惰轮40沿着开口44的圆周分布使每个惰轮靠近一根链管46的一端。

虽然井W可以有长方形或正方形的横截面，井W采用圆形外表面12也不脱离本发明的精神。下支承环L有一个弧形支承面14，其直径大于外表面10的直径。

从图1和3可见，下支承环L有多个下滚子组件16按固定的间距布置和弹性地装在弧形支承面14上。弧形支承面14被适当的结构支撑件18牢固地固定就位并防止扭曲变形，这支撑件18连接到贴近船V底的船底外板P上。图3示出下滚子组件16的弹性安装细节。每个下滚子组件16有一对滚子20装在一根共同轴22上。用一个合适的支架24支撑着轴22使它离开安装板26。安装板26的背面28还包括一个开口的壳体30，壳体30可有矩形、正方或圆形横截面。对下滚子组件16来说，弧形支承面14起固定而F的作用，在这个面上装有弹性件32，多个螺栓34穿过安装板26进入弧形支承面14，螺栓34的头部36起着下滚子组件16径向行程限位的作用。在相反方向，弹性件32吸收下转塔装置A传给滚子20的冲击。一个锁紧螺母（未示出）可固定在每个螺栓34上以防止螺栓34从固定面F（在下滚子组件16中就是弧形支承面14）松出来。下滚子组件16的每一对滚子可沿着固定面F的圆周按三至八度间隔配置。

弹性地安装的下滚子组件16放置在磨耗面38上，该磨耗面38装在下转塔装置A上。

中转塔装置B包括一组链管46，每条系泊缆索42穿过一根链管46。中转塔装置B还包括至少一根立管48。立管48布置成基本上和中转塔装置B中的链管46平行。中转塔装置B基本上布置在井W内并从下转塔装置A伸展至上转塔装置C。中转塔装置B在靠近船V的船底外板P处牢固地连接到下转塔装置A上。链管46和立管48从下转塔装置A延伸穿过中转塔装置B至上转塔装置C，其方向基本上平行于井W的纵轴线。

中转塔装置B在靠近甲板D处连接到上转塔装置C。上转塔装置C是一个环形构件其外径比井W大。上转塔装置C有一个中央开口79（图4）其尺寸和井W大致相同并和它同心。一个圆形结构支承件60（图1）连接到甲板D上并围绕着井W在甲板D上的开口。上转塔装置C的底面62有一个圆形抗磨板64基本上和圆形结构支承件60对准。止推滚子组件66弹性地间隔地装在圆形结构支承件60上。图3示出止推滚子组件66的安装细节。在此，图3中的固定面F相应于圆形结构支承件60。止推滚子组件66可沿着圆形结构支承件60按三至八度间隔配置，然而采用其他的间距也不脱离本发明的精神。

上支承环U除了包括圆形支承件60和止推滚子组件66以外，还包括多个围绕井W圆周并靠近一个止推滚子组件66配置的单个支柱68。每个支柱68大致上呈L形并有一个垂直内支承面70和一个水平下向支承面72。因此，每个支柱68包括一个垂直支承面70和一个水平支承面72的支柱组合构成一个滚子支承结构用来支承止升滚子组件74及侧向滚子组件76。止升滚子组件74包括多个各自连接到一个支柱68的水平支承面72上的弹性安装的滚子。如此，每对组成滚子组件74的滚子的结构如图3所示，并如图3所示那样弹性地安装到水平支承面72上。止升滚子组件74的每对滚子被布置在组成止推滚子组件66的每对滚子之上。上转塔装置C的上表面78包括一个具有大致上圆形的支承板80。止升滚子组件74就顶住此连接在上转塔装置C上的支承板80。

每个支柱68有一个装有侧向滚子组件76的垂直支承面70。侧向滚子组件76有一个按照图3所示方式弹性地安装在每个垂直支承面70上的单个滚子。虽然单个侧向滚子被示出连接到每个垂直支承面上，应该理解到有共同轴的多个滚子也能被采用而不脱离本发明的精神。侧向滚子组件76靠在上转塔装置C上的支承板82上。装在甲板D上的支柱68可以围绕井W的圆周相隔三至八度布置，但也能采用其他的间隔而不脱离本发明的精神。

系泊装置M位于上转塔装置C的上面，可以经过惰轮50，穿过链管46，经过惰轮40把系泊缆索42收入放出，这样就可以用系泊缆索42把船V固定在海床上。

也可以像图2所示那样，取消惰轮50，链管46可有一弯曲部分52，它的纵轴线切向滑轮54，滑轮54构成系泊装置M的一部分。如图4所示，每根系泊缆索42有其合适的起锚机56用以收入放出。起锚机56包括一套机构（未示出）按需要收入放出系泊缆索。系泊缆索从起锚机56伸展经过滑轮54，穿入链管46，如图1或2所示。船上的液压系统（未示出）可以用来运转起锚机56，或者用其他的动力源。如图1所示，每个锚链舱58按需要支承一个起锚机56连同滑轮54和收起来的系泊缆索42。

因此，当下转塔装置A，中转塔装置B和上转塔装置C的组件按图1所示那样连接到船V上时，船V可以按天气情况和潮汐力以井W的中心线为轴自由地飘转。当船V绕井W的垂直中心线旋转时，下转塔装置A，中转塔装置B和上转塔装置C都基本上保持固定不动。传给由上中下三个部分A，B，C所组成的系泊系统H的由风，浪，海流和其他气象情况包括潮汐作用所产生的力，是通过以井W之中心线为中心基本上呈圆形固定在海床上的系泊缆索42传递的。通过系泊缆索42传递的力被传到下滚子组件16，止推滚子组件66，止升滚子组件74和侧向滚子组件76。下滚子组件16抵御由系泊缆索42加到下转塔装置A上的基本上垂直于井W纵向中心线的侧向力。同样地，侧向滚子组件76抵御由系泊缆索42加到上转塔装置C上的基本上垂直于井W纵向中心线的力。波浪作用及其他情况可能产生上升力到上转塔装置C上，这些上升力被止升滚子组件74所抵御。止升滚子组件74抵御大致上平行于井W纵向中心线的从船底外板P伸展到甲板D作用到上转塔装置C上的力，而止推滚子组件66则抵御从相反方向作用到系泊系统H上的力。如图1和5中所示，惰轮40把系泊缆索42上的力传给下转塔装置A。

当本发明的系泊系统H装好就位同时系泊缆索42连接到船V底下的海床上时，下转塔装置A、中转塔装置B和上转塔装置C的组合相对于海床在横向上是基本上固定的。船V可绕井W的中心线自由飘转。由于立管48要连接到海底完井上进行生产，就需要限制横向的运动进而限制垂直方向的运动。这类海底连接管道（未示出）只具有很小的柔性和活动范围。因此，维持船只和海底井位的相对位置不变是很重要的。

海底井生产出来的流体通过海底生产管道（未示出）导向立管48，工作于相当高的压力下。在立管48的上端装有一个本行业熟知的旋转接头84，允许在基本上固定的立管48和移动的甲板D之间有一个硬管连接。把旋转接头放在上转塔部分C之上比放在传统使用的浮筒上要好，这样如果旋转接头84需要维修的话就方便得多。此外，由于海底井生产的压力很高，包含几条生产管道的系统会需要特别重的旋转接头，这就限制了使用浮筒来连接生产船只的可行性。

把本发明的系泊系统H安装到一只有一个从甲板D通到船底外板P的井W的船或驳船上去时，下支承环L连接在船底外板P的下面86上。下支承环L被这样安放使它围绕着井并延伸到船底外板以外。然后把下转塔装置A就位，基本上在下支承环L内。中转塔装置B基本上装在井W内并与下转塔装置A连接。圆形结构支承件60装在甲板D上。止推滚子组件66弹性地装在圆形结构支承件60上。上转塔装置C放落到止推滚子组件66上，并与中转塔装置B连接。包含侧向滚子组件76和止升滚子组件74的支柱68被装在甲板D上使止升滚子组件74，侧向滚子组件76可以和上转塔装置C接触。包括每个含有每根系泊缆索42的驱动部分56的锚链舱58的系泊装置M，被连接在上转塔装置C上。旋转接头84被装在立管48的上面并与立管液体连通，这就允许在基本上固定的立管48和移动的甲板D之间有硬管连接。下转塔装置A可能需要暂时支承在下支承环L内直至中和上转塔装置B和C依次接上使整个系泊系统H的组合支承在上支承环U的止推滚子组件66上。

把下支承环L装在船底外板P下面和把上支承环U装在甲板D上面这就允许在船V上构筑一个比较小的井W。同时，比较大直径的轴承就可被采用于下滚子组件16，止推滚子组件66，止升滚子组件74和侧向滚子组件76上。由于采用了一个比较小的井W，例如它的直径可以小至3.048米，而现有设计的是9.104至18.208米，因此系泊系统H可简易地改装于现有船只上而不需要作大量的结构分析和重新设计工作。常常，改装一艘现有船只，时间是很关键的，如果需要做大量的重新设计工作，整个计划项目的可行性就成问题了。本发明的系泊系统H使得船坞能对船只的改装迅速给出可靠的报价，这是因为井W较小，不必对要改装的船只作大量的重新设计或结构评定的工作。此外，由于把下支承环L放在船底外板P的下面，下滚子组件16很容易被潜水员够得着作任何必要的修理。采用予制技术，一特定船只的实际改装时间大大缩短，因为由于所需开口小，井W的干坞工作量大大减少了。

本发明的上面的公开与说明只是例证和解说性的，在不脱离本发明的精神的情况下，对尺寸、形状和材料，以及例证结构的细节可以做出各种改变。

Claims (35)

1、一种将一个系泊系统（H）安装在新造的、或改装在现有的、船首和船尾成一整体的船（V）上的方法，其特征在于包括：

安装一个从船的甲板（D）延伸到船的船底外板（P）的垂直井（W），井开口的尺寸与靠近该井的甲板的宽度的比例约在1∶5到1∶10的范围内，

把一个下支承环（L）连接到该船底外板（P）的下面，该下支承环（L）围绕着该井（W），

把一个下转塔装置（A）支承在该下支承环（L）内，该下转塔装置（A）呈环形，它在垂直于该井（W）的纵轴线的平面内的横截面比该井（W）大，

把一个中转塔装置（B）放入该井（W）内，

把该中转塔装置（B）连接到该下转塔装置（A）上，

把一个上支承环（U）连接到甲板上面，使该上支承环围绕该井（W），

把一个上转塔装置（C）连接到该中转塔装置（B）上，该上转塔装置（C）呈环形，它在垂直于该井（W）的纵轴线的平面内的横截面比该井（W）大，该上转塔装置被该上支承环支承着和导向，因而该上（C）中（B）下（A）三个转塔装置的组合被该上支持环（U）与该上转塔装置（C）之间的所述相互作用所支承和导向，也被该下支承环（L）所导向，用来将整艘船持续地系泊在浪高可达27.432至30.48米的海域里。

2、按权利要求1的方法，其特征在于安装该下支承环（L）还包括下列步骤：

把下滚子组件（16）装在该下支承环（L）上和该下转塔装置（A）接触，以抵御沿大致垂直于该井（W）纵轴线的方向加于该下转塔装置（A）的力。

3、按权利要求2的方法，其特征在于还包括下列步骤：

把该下滚子组件（16）弹性地装到该下支承环（L）上。

4、按权利要求2的方法，其特征在于安装该下滚子组件（16）的步骤还包括下列步骤：

滚子（20）按一定的间隔弹性地安装在该下支承环（L）上。

5、按权利要求4的方法，其特征在于连接该上支承环（U）还包括下列步骤：

安装结构支承件（60），单个支柱（68）布置在圆周上各自隔开一定间隔，每个支柱（68）有基本上垂直的（70）和水平的（72）支承面，在该上转塔装置（C）连接到该中转塔装置（B）上去以前把该结构支承件（60）装到该甲板（D）上面。

6、按权利要求5的方法，其特征在于连接该上支承环（U）还包括下列步骤：

止推滚子组件（66）按一定的间隔单个地弹性地安装到连接在该甲板（D）围绕该井（W）的圆形结构支承件（60）上，用来跟该上转塔装置（C）接触以传递沿从该船（V）的该甲板（D）到该船底外板（P）的、并大致上平行于该井（W）纵轴线的方向、加于该上转塔装置（C）的力。

7、按权利要求6的方法，其特征在于还包括下列步骤：

止升滚子组件（74）弹性地安装到该支柱（68）的每一个水平支承面（72）上，该止升滚子组件（74）和该上转塔装置（C）接触以抵御沿从该船（V）的船底外板（P）伸展到该甲板（D）的、大致上平行于该井（W）纵轴线的方向、作用于该上转塔装置（C）的力，

侧向滚子组件（76）弹性地安装在该支柱（68）的每个垂直支承面（70）上，每个这样的滚子组件（76）和该上转塔装置（C）接触以抵御沿垂直于该井（W）纵轴线的方向作用于该上转塔装置（C）的力。

8、一种安装在新造船只或改装在现有船只上的船舶系泊系统，这些船舶具有整体船首船尾并有甲板（D）、船底外板（P）和一个井（W），该井（W）从该甲板（D）基本上垂直地延伸到船的水线以下的船底外板（P），其特征在于包含：

下支承环（L）围绕着该井（W）并伸展到船底外板（P）以下，该下支承环（L）连接到该船（V）的船底外板（P）上，

一个下转塔装置（A）可旋转地装到在该船底外板（P）下面的下支承装置（L）上，该下转塔装置（A）呈环形，它在大致上垂直于该井（W）纵轴线的平面内的横截面比该井（W）大，

一个中转塔装置（B）连接到该下转塔装置（A）的上部并布置在该井（W）内，该中转塔装置（B）在垂直于该井（W）纵轴线的平面内的横截面比该下转塔装置（A）小，

一个上转塔装置（C）连接到该中转塔装置（B）上，并基本上被布置在该船（V）的该甲板（D）之上，该上转塔装置（C）呈环形，它在垂直于该井（W）纵轴线的平面内的横截面比该井（W）大，

该井的开口的尺寸与靠近该井的甲板的宽度的比例约在1∶5到1∶10的范围内，

系泊装置（M）从该上转塔装置（C）延伸通过该中（B）和下（A）转塔装置，用以把该整艘船（V）系泊在浪高达27.432至30.48米的海域的水底，

上支承环（U）被装在该甲板（D）上围绕着该井（W）用以在该甲板面上支承和导向该上（C）中（B）下（A）转塔装置连成的组合，以抵御由该系泊装置（M）施加到该组合的力。

9、按权利要求8的船舶系泊系统，其特征在于该上支承环（U）还包括：

止推滚子组件（66）单个地弹性地安装到该甲板（D）上并按固定间隔布置，与该上转塔装置（C）接触以支承该上（C）中（B）下（A）转塔装置的重量，和抵御由系泊装置（M）传来的、朝向水底的、基本上平行于该井（W）纵轴线的方向的力。

10、按权利要求9的船舶系泊系统，其特征在于该上支承装置（U）还包括：

多个连接到该甲板（D）上的支柱（68），每个支柱（68）靠近一个单独弹性地安装的止推滚子组件（66），每一个支柱（68）有一个垂直的（70）和一个水平的（72）的支承面;

止升滚子组件（74）弹性地安装在每一个支柱（68）的该水平支承面（72）上，该止升滚子组件（74）与该上转塔装置（C）接触以抵御沿着大致上平行于该井（W）纵轴线的方向作用于该下（A）中（B）上（C）转塔装置的上升力，

侧向滚子组件（76）弹性地安装在每一个支柱（68）的每个垂直支承面（70）上和该上转塔装置（C）接触以抵御该系泊装置（M）沿着大致上垂直于该井（W）纵轴线的方向加给该上转塔装置（C）的力。

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