一种排型海上浮式平台制造技术

一种排型海上浮式平台，由多个细长形浮筒在水面分散排列漂浮，并由杆架结构将其固定，具有整体刚性。是继箱型、半潜型平台型式之后，又一种可做为大型、超大型浮体的基本选型结构。它解决了箱型结构风浪载荷大、自身刚度强度低和半潜型结构自重大、造价高、吃水深的缺点。还提出了动态半潜及动态小水线面积的新的浮体概念。该结构形式简单，自重轻，吃水浅，在风浪中稳定，可降低风浪对结构的载荷，不受海域深度限制，建造和使用成本低廉，可适应海洋开发的广泛用途。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种海上浮式平台，尤其是一种排型浮式平台。它主要可应用于大型或超大型平台，如海上资源开发及科学研究基地、海上中转基地、浮动机场、海上电站、废物处理工厂及各种海上军事设备的载体或军事基地等；它也可应用于常规尺度的临时码头、多浮体驳船等用途。
技术介绍
随着地球人口的急剧膨胀，陆上资源利用日趋极限，各国都把经济活动向海洋扩展。海洋占地球总面积2/3，有极其丰富的海水化学资源、海底矿藏资源、海洋动力资源和生物资源。21世纪人类将全面步入海洋经济时代，海洋开发将形成海洋上的油气工业、化学工业、采矿业等一批新兴产业。面对一形势，国际海洋工程界掀起了海上浮式结构、特别是大型、超大型海上浮式结构的研究开发热潮。人们将尺度以公里计的浮式平台称为“超大型”，以区别于以百米计的普通大型浮式平台结构。但需要指出的是，“超大型”结构亦是由多个大型结构做为基础模块拼接而成的，它们之间存在着重要的依存关糸，可以说普通大型平台结构的基本型式是构成“超大型”结构的基础。对于大型或超大型浮式平台，研究方向主要是平台在波浪中的运动性能、结构的强度、整体安全、经济性等。这些问题都直接与所采用的基本结构形式有关。至今为止，可供超大型浮式结构选型的主要有两类基本形式，即箱型(也称板型)与半潜型。箱型平台是高度远小于跨度的扁平、封闭、“中空的板”形结构。如众所周知的日本横须贺港海面上建造的浮式机场，其长度L达1000余米，最宽处宽120米，高(厚)H仅3米，吃水约1米，由6个扁平模块焊成整体。每个模块长380米，宽60米，参见王志军、舒志、李润培、杨建氏超大型浮式结构物概念设计的关键技术问题，海洋工程，19卷1期，2001年2月。图1示出该机场外貌。箱型平台的结构简单，建造与组装的难度较小，造价较低。它的吃水很浅，可以设置于近海水域。这些是它的有利之处。然而，箱型结构长高比L/H很大(数十或100)，因而刚度及强度很低。它与水面之间具有极大的耦合面积，在波浪中运动响应及载荷作用响应均极大。为了防止波浪载荷作用响应过大、运动过于剧烈，结构变形过大而导致结构破坏，需要在外围设置防波堤。若建造在外诲，则必须在四周设置造价相当高的半潜式防波堤。这种情况大大削弱了它结构简单、造价低廉的优点。半潜型结构主要由下浮体、中间立柱及上部平台构成，如美国人关于海上浮动基地在中国的专利申请，公开号CN 1269759A，参见图2。它将常用的海上石油半潜平台结构形式大型化。半潜型结构的下浮体在作业状态下位于距水平面一定深度以下，它有水线面积很小的立柱，具有远大于遭遇波周期的运动周期，从而不可能与波浪产生共振，具有很好的稳定性。这是一般船舶无法做到的，因而在波浪中的运动性能好，参见马志良、罗德涛《近海移动式平台》，海洋出版社1993，第167页。它的结构高度很大(约为50米以上)，长高比L/H稍小。但是，半潜型结构的主要浮体在作业状态下潜入水中，与甲板之间的间隔必须远大于所在海域的最大波高，因而整个平台高度很大，重心高，因而结构自重及排水量都很大。它为了在作业时保持稳定，设置了有一定体积及横截面积的立柱，形体较粗大，数量较少，导致波浪载荷比较集中。为了缓解破舱风险，防止破舱时翻倒，需将平台上部设计成大体积密封舱室。这些都导致平台的自重很大，排水量很大，这又导致惯性力大、风浪作用力大，需要增加结构的储备强度，反过来又增加了自重。所以，半潜型平台建造成本很高。另外，其安装以及使用操作相当复杂，进一步加大了使用成本。对于大型及超大型箱型平台，由于跨度很大刚性差而具有很大的弹性。因此，在平台运动和载荷分析中，不能假定结构为理想的刚体，不能忽略结构变形对水体流场的影响，必须将流体与结构响应耦合起来分析，必须采用近年来发展的水弹性理论，还存在许多尚待解决的难题，参见崔维成、吴有生、李润培超大型海洋浮式结构物开发过程中需要解决的关键技术问题，海洋工程，13卷3期，2000年8月。综上所述，两种主要的平台结构型式的大型、超大型化都存在严重影响工程实用的缺点。因此，大型、超大型平台实际上不存在理想的选型方案。虽然国际上围绕这两种结构形式开展了许多研究，提出了不少具体设计方案，但巨大的投资、欠佳的性能和费效比，使决策者们很难下决心付诸实施。结果是有关的研发活动陷于过度“纸上谈兵”的状态。对于常规尺度的箱型平台，在波浪中同样存在运动响应及载荷作用响应大的固有缺点。对于常规尺度的半潜平台，也存在结构高度大、吃水深、重心高、自重及排水量大、建造成本高等显著问题。这些问题在其基本结构形式不变的情况下仅通过设计参数的量的优化是无法克服的。因此，如何在平台设计中兼顾风浪载荷作用响应较小、建造成本较低、适用海域条件较宽松等几个方面，成为尚待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的，即本专利技术要解决的技术问题是提供在波浪中稳定，并能兼顾风浪载荷作用响应较小、建造、使用成本较低、适用海域条件较宽松的海上浮式平台。术语解释。现对本专利技术采用的部分术语作如下说明。“排型”结构通常是指由多个细长浮筒并排固定于同一水平面而形成的浮体，如竹排筏，它们由于各浮筒紧靠在一起，实际上还是“板型”浮体的一种结构型式，我们不把它称为“排型”。本专利技术所称的“排型”是指由多个细长浮体分散布置并被固定在同一水平面上而形成整体刚性并透空的结构。“细长形”浮筒，指直经远小于其长度的筒形。“满载排水量”是指平台所有设计载重与自重之合，包括设备、燃料，压载水、货物等。“适用海域条件”指风浪条件及水深条件。例如，箱式平台不适用于较大风浪的环境，半潜式平台不适用于水体深度很小的海域。“风浪作用下的载荷响应”指风浪的动压及静压作用在平台上的实际载荷的大小。“杆架结构”指由杆件组成的空间刚性结构，是大尺寸结构常用的结构形式，如桁架结构等。平台结构的“整体刚性”指平台主体各部分之间不存在相对运动，但不排除固体材料在受载时产生的微小变形引起的相对运动。这种相对运动的绝对数值有时并不小。例如，跨度很大而整体刚度很低的超大型箱式浮动平台的弯曲拱高可能相当大。相邻浮筒的“间距”指浮筒之间的空隔宽度，它等于浮筒中心距减去直径。技术方案。为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种新的平台结构形式——排型浮式平台。其特征为1)它包括浮体和杆架联接结构，具有总体刚性 2)浮体为细长形浮筒，其横截面为圆形，直径不大于8米；3)浮筒平行于水平面；4)浮筒的总体积不小于平台满载排水量；5)浮筒数量为2个或2个以上，在至少一个方向上平行排列，相邻浮体的间距不小于直径的1.0倍6)各浮筒经杆架结构互相固定成为一个刚性的整体。上述结构形式的技术意义说明如下。A.整个平台有多个细长的平行于水面并分散布置呈排状的浮筒徂，通过杆架联接构成透空的刚性整体。由细长浮筒分布组成的排型浮体，来为平台提供浮力，并可具有类似于箱型(板型)浮体在水面的分布状态，其浮性、稳性也基本相同，但其浮体的占空比有很大区别(见下文)。杆架结构的主要功能是使浮筒与浮筒之间、平台其它结构与浮筒之间保持刚性连接，使平台形成所需的整体刚度和强度，将自重及载重传递给浮筒，使各种载荷、受力均匀分散。一般情况下本专利技术无需考虑由浮筒上部的联接杆来提供储备浮力。但也可根椐特殊设计需要，通过选定可触浪的杆件的直径本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种排型海上浮式平台，包括浮体及杆架固定结构，具有整体刚性，其特征在于：所述浮体为细长形的浮筒，其横截面为圆形，直径不大于８米；所述浮筒平行于水平面；所述浮筒数量为２个或２个以上，在至少一个方向上平行排列，相邻浮筒的 间距不小于浮筒直径的１．０倍；所述浮筒之和的总体积不小于平台满载排水量；所述各浮筒经杆架结构固定成一个刚性的整体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁晓纪，
申请(专利权)人：袁晓纪，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]