浮力结构
阅读：796发布：2020-05-11
专利汇可以提供浮力结构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种浮 力 结构，其具有船体、主甲板、从主甲板向下延伸的上柱形侧段、上截锥形侧段、柱形颈部、从柱形颈部延伸的下椭球形部段、椭球形龙骨以及紧固至该椭球形龙骨的外部的位于下部且位于外部的部分的鳍形附属件。上截锥形侧段位于上柱形侧段下面并且被保持成就运输深度而言位于 水 位线的上方以及就 浮力 结构的作业深度而言部分地位于水位线的下方。，下面是浮力结构专利的具体信息内容。
1.一种浮力结构，包括：具有主甲板的船体、上柱形侧段、上截锥形侧段、柱形颈部、从所述柱形颈部延伸的下截锥形侧段、下椭球形部段、椭球形龙骨以及紧固至所述椭球形龙骨的外部的位于下部且位于外部的部分的鳍形附属件。
2.根据权利要求1所述的浮力结构，其中，定位有用以在运输深度与作业深度之间移动的摆锤，并且其中，所述摆锤构造成在船舶于水中从一侧向另一侧移动时阻抑所述船舶的运动。
3.根据权利要求1所述的浮力结构，其中，所述主甲板具有上层结构，所述上层结构包括选自包括下述各者的组中的至少一个构件：船员舱室、直升机机场、起重机、控制塔、位于所述控制塔中的动态定位系统以及飞行器库。
4.根据权利要求1所述的浮力结构，其中，所述船体具有停泊设施以及用于将所述浮力结构系泊至海底的悬链式系泊线。
5.根据权利要求1所述的浮力结构，还包括舷梯，以使得往返于所述浮力结构与船舶之间。
6.根据权利要求1所述的浮力结构，包括：所述船体的重心低于浮力中心，以为所述浮力结构提供固有的稳定性。
7.根据权利要求1所述的浮力结构，其中，所述上截锥形侧段接合所述柱形颈部，其中，所述浮力结构包括：
a.从所述主甲板向下延伸的所述上柱形侧段；以及
b.所述上截锥形侧段，所述上截锥形侧段位于所述上柱形侧段下面并且被保持成就运输深度而言位于水位线的上方以及就所述浮力结构的作业深度而言部分地位于水位线的下方；以及
其中，所述上截锥形侧段的直径相对于所述上柱形侧段的直径逐渐减小。
浮力结构
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2014年10月27日提交名称为“BUOYANT STRUCTURE(浮力结构)”的共同未决的美国专利申请序列号为14/524,992的优先权和权益，该申请是于2013年12月13日提交的名称为“BUOYANT STRUCTURE(浮力结构)的公开的美国专利临时申请序列号为14/105,321并于2014年10月28日公开为美国专利No.8,869,727”的部分继续申请，该部分继续申请是于2012年2月9日提交的名称为“STABLE OFFSHORE FLOATING DEPOT(稳定的海上浮动仓库)”的已公开的美国专利申请序列号为13/369,600并于2014年3月4日公开为美国专利No.8,662,000的部分继续申请，该部分继续申请是于2010年10月28日提交的已公开的美国专利申请序列号为12/914,709并于2012年8月28日公开为美国专利No.8,251,003的部分继续申请，该部分继续申请要求于2009年11月8提交的美国临时专利申请序列号为61/259,
201以及于2009年11月18日提交的美国临时专利申请序列号为61/262,533的权益；并且该部分继续申请要求于2011年8月9日提交的美国临时专利申请序列号为61/521,701的权益，这些临时申请均失效。这些参考在此全部并入。
201以及于2009年11月18日提交的美国临时专利申请序列号为61/262,533的权益；并且该部分继续申请要求于2011年8月9日提交的美国临时专利申请序列号为61/521,701的权益，这些临时申请均失效。这些参考在此全部并入。
技术领域
背景技术
[0005] 还存在对下述浮力结构的需要：该浮力结构在形成于浮力结构中的隧道内提供波阻尼和波解体。
[0006] 存在对下述浮力结构的需要：该浮力结构对隧道中的船舶的船体提供摩擦力。
[0008] 结合如下附图将更好地理解详细描述：
[0009] 图1是浮力结构的立体图。
[0010] 图2是浮力结构的船体的竖向轮廓图。
[0011] 图3是处于作业深度的浮动的浮力结构的放大立体图。
[0012] 图4A是在船舶接触动态可移动易倾斜机构之前位于隧道中的多个动态可移动易倾斜机构的俯视图。
[0013] 图4B是在船舶的船体已接触动态可移动易倾斜机构时位于隧道中的多个动态可移动易倾斜机构的俯视图。
[0014] 图4C是连接至船舶的位于隧道中的多个动态可移动易倾斜机构的俯视图，其中，门关闭。
[0015] 图5是动态可移动易倾斜机构中的一个动态可移动易倾斜机构的正面立体图。
[0016] 图6是动态可移动易倾斜机构中的一个动态可移动易倾斜机构的折叠附视图。
[0017] 图7是动态可移动易倾斜机构的实施方式的侧视图。
[0018] 图8是动态可移动易倾斜机构的另一实施方式的侧视图。
[0019] 图9是隧道的剖面图。
[0020] 图10是位于浮力结构的船体中的Y形隧道的俯视图。
[0021] 图11是具有柱形颈部的浮力结构的侧视图。
[0022] 图12是具有柱形颈部的浮力结构的详细视图。
[0023] 图13是处于运输构型的具有柱形颈部的浮力结构的剖面图。
[0024] 图14是处于作业构型的具有柱形颈部的浮力结构的剖面图。
[0025] 下面参照列出的附图对本发明的实施方式进行详细描述。
具体实施方式
[0026] 在详细说明本发明的装置之前，应当理解的是，所述装置不限于特定的实施方式并且所述装置可以以多种实施方式来实践或实施。
[0027] 本方面的实施方式涉及用于支承海上石油和天然气作业的浮力结构。
[0028] 实施方式使船舶能够在具有4英尺至40英尺海洋的恶劣的海上水环境和良好的海上水环境两者中安全进入到浮力结构中。
[0029] 实施方式通过提供用以容纳及保护用于接纳浮力结构内的人员的船舶的隧道而防止从浮力结构跌落的设备对人员造成伤害。
[0031] 实施方式提供了用以将许多人员比如200至500个人从邻近的着火平台在不到1小时内迅速地转移至浮力结构的装置。
[0032] 该实施方式使得海上结构在海上灾难下能够被拖曳并且作为指挥中心进行作业以便于对灾难进行控制，并且使得海上结构可以用作医院或分诊中心。
[0033] 现在转至附图，图1描绘了根据本发明的实施方式的用于以可操作的方式支承海上勘探、钻井、生产和储存装置的浮力结构。
[0034] 浮力结构10可以包括船体12，船体12可以在其上承载上层结构13。上层结构13可以根据待被支承的海上作业的类型而包括诸如住所区和船员舱室58、设备仓库、直升机机场54之类的设备和结以及许多其他结构、系统和设备的多种集合。起重机53可以被安装至上层结构。船体12可以通过若干悬链式系泊线16系泊至海底。上层结构可以包括飞行器库50。在上层结构上可以建造有控制塔51。该控制塔可以具有动态定位系统57。
[0035] 浮力结构10可具有隧道30，隧道30具有位于船体12中并通向隧道外部的位置的隧道口。
[0036] 隧道30可以在浮力结构10处于作业深度71处时接纳水。
[0037] 浮力结构可以具有独特的船体形状。
[0038] 参照图1和图2，浮力结构10的船体12可以具有主甲板12a和高度H，其中，主甲板12a可以是圆形的。从主甲板12a向下可以延伸有上截锥形部分14。
[0039] 在实施方式中，上截锥形部分14可以具有从主甲板12a向下延伸的上柱形侧段12b以及位于上柱形侧段12b下面并连接至下部的向内渐缩的截锥形侧段12c的向内渐缩的上截锥形侧段12g。
[0040] 浮力结构10还可以具有从下部的向内渐缩的截锥形侧段12c向下延伸并向外张开的下截锥形侧段12d。下部的向内渐缩的截锥形侧段12c和下截锥形侧段12d两者可以位于作业深度71的下方。
[0041] 浮力结构10还包括从下截锥形侧段12d向下延伸的下椭球形部段12e并且包括匹配的椭球形龙骨12f。
[0042] 下部的向内渐缩的截锥形侧段12c的竖向高度H1显著大于下截锥形侧段12d的示出为H2的高度。上柱形侧部12b的高度H3略大于下椭球形部段12e的示出为H4的高度。
[0043] 如示出的，上柱形侧段12b可以连接至向内渐缩的上截锥形侧段12g，以提供半径比船体半径大的主甲板以及上层结构13，上层结构13可以是圆形、方形其他形状，比如，半月形。向内渐缩的上截锥形侧段12g可以位于作业深度71上方。
[0044] 隧道30可以具有至少一个可关闭的门34a和34b，门34a和34b可以替换地或结合地对隧道30提供天气和水防护。
[0045] 鳍形附属件84可以附接至船体的外部的位于下部且位于外部的部分。
[0046] 船体12被描绘为具有用于系泊浮力结构以形成系泊扩散的悬链式系泊线16。
[0047] 图2是根据实施方式的船体的竖向轮廓的简化视图。
[0048] 隧道30可以具有设置在隧道侧部内并连接至隧道两侧的多个动态可移动易倾斜机构24d和24h。
[0049] 在实施方式中，隧道30可以具有用于打开及关闭隧道口31的可关闭的门34a和34b。
[0050] 隧道地板35在浮力结构处于作业深度71处时可以接纳水。
[0051] 示出了两种不同的深度，即，作业深度71和运输深度70。
[0053] 主甲板12a、上柱形侧段12b、向内渐缩的上截锥形侧段12g、下部的向内渐缩的截锥形侧段12c、下截锥形侧段12d、下椭球形部段12e以及匹配的椭球形龙骨12f都是共轴的并且具有共同的竖向轴线100。在实施方式中，船体12可以以在任意高度处垂直于竖向轴线100截取时的椭圆形截面为特征。
[0054] 由于船体12的椭球形外形，船体12的动态响应与波方向无关(在忽略系泊系统、升降机以及水下附属件中的任何不对称的情况下)，从而使波引起的横摆力最小化。另外，当与传统的船形海上结构相比，船体12的圆锥形状是在结构上有效的，从而提供每吨钢的较高的有效负荷和存储容量。尽管船体12可以具有在径向截面上是椭球形的椭球形壁，但这种形状也可以利用较多数目的平坦的金属板而不是将板弯折成期望曲率来近似。尽管椭球形船体外形是优选的，但是根据替代性实施方式可以使用多边形的船体外形。
[0055] 在实施方式中，船体12可以是圆形、卵形或椭圆形，从而形成椭球形外形。
[0056] 椭圆形形状在浮力结构紧邻另一海上平台系泊时是有利的，以允许两个结构之间的舷梯通道。椭圆形船体可以使波干扰最小化或者消除波干扰。
[0058] 下部的向内渐缩的截锥形侧段12c可位于该波带中。在作业深度71处，水位线可以位于下部的向内渐缩的截锥形侧段12c上并且位于下部的向内渐缩的截锥形侧段12c与上柱形侧段12b的相交线的紧下方。下部的向内渐缩的截锥形侧段12c可以以相对于竖向轴线100成10度至15度的角度(α)倾斜。在到达水位线之前，内部外扩显著阻抑了向下的升沉，这是由于船体12的向下运动使水线面面积增大。换言之，破开水的面积的与竖向轴线100正交的船体面积随着向下的船体运动将增大，并且这种增大的面积经受空气和/或水界面的相反的阻力。已经发现，10度至15度的外扩提供向下升沉的期望的阻尼量，而没有牺牲过多的船只的储存容量。
[0059] 类似地，下截锥形侧段12d阻抑向上的升沉。下截锥形侧段12d可以位于波带的下方(位于水位线下方约30米)。由于整个下截锥形侧段12d可以位于水表面的下方，所以需要更大的面积(与竖向轴线100正交的面积)来实现向上的阻尼。因此，下船体部段的第一直径D1可以大于下部的向内渐缩的截锥形侧段12c的第二直径D2。下截锥形侧段12d可以以相对于竖向轴线100成55度至65度的角度(γ)倾斜。下部部段可以以大于或等于55度的角度向外扩张，以针对升沉滚转或仰俯运动提供更大的惯性。增大的质量有助于在预期波能量之上的升沉仰俯和滚转的固有周期。65度的上限是基于在安装时初始压载期间避免稳定性突然变化。换言之，尽管下截锥形侧段12d可以垂直于竖向轴线100并实现期望的向上升沉的阻尼量，但是这种船体轮廓将在安装初始压载期间导致稳定性的不期望的阶梯式变化。在上截锥形部分14与下截锥形侧段12d之间的连接位置可以具有比第一直径D1和第二直径D2小的第三直径D3。
[0060] 运输深度70表示船体12在其转变至海上作业位置时的水位线。运输深度在该领域中是已知的，以通过使浮力结构的与水接触的轮廓减小来使运输浮力船只在水上横过一定距离所需的能量减小。运输深度大致是下截锥形侧段12d与下椭球形部段12e的交叉线。然而，天气和风力条件可规定对不同运输深度的需要，以满足安全准则或实现从水面上的一个位置至另一位置的快速部署。
[0061] 在实施方式中，海上船只的重心可以位于浮力中心的下方，以提供固有的稳定性。添加到船体12的压载物用于降低重心。可选地，可以添加足够的压载物以使得不管上层结构和待被船体12承载的有效载荷如何，都将重心降低到浮力中心的下方。
[0062] 船体以相对较高的定倾中心为特征。但是，由于重心(CG)较低，所以定倾中心高度被进一步增强，从而导致较大的扶正力矩。另外，固定压载物的周边位置使扶正力矩进一步增大。
[0063] 浮力结构积极抵抗滚转和仰俯并且被称为是“刚性的”。刚性的船只在与仰俯和滚转相反的扶正力矩较大时典型地以突然的颠簸加速为特征。然而，与浮力结构的被固定压载物特别增强的大的总质量相关联的惯性使这些加速减缓。特别地，固定压载物的质量将浮力结构的固有周期增大到最常见波的周期以上，从而限制由波引起的所有自由度上的加速。
[0064] 在实施方式中，浮力结构可以具有推进器99a至99d。
[0065] 图3显示了具有主甲板12a以及位于该主甲板上的上层结构13的浮力结构10。
[0066] 在实施方式中，起重机53可被安装至可以包括直升机机场54的上层结构13。
[0067] 在该视图中，船舶200已通过隧道口30进入到隧道中而位于隧道中并且船舶200被定位在隧道侧部之间，其中，标记出隧道侧部202。在隧道中还示出有船升降机41，船升降机41可以将船舶在隧道中升高到作业深度的上方。
[0068] 隧道口30被示出具有两个门，每个门具有门防冲物36a和36b，门防冲物36a和36b用于减轻对试图进入隧道、但不会撞击门的船舶的损坏。
[0069] 在驾驶员由于来自船体的外部位置的较大波浪或较大水流运动中的至少一者而不能直接进入隧道的情况下，门防冲物可以允许船舶以安全的方式撞击门防冲物。
[0070] 悬链式系泊线16被示出来自上柱形侧段12b。
[0071] 在船体12中示出有作为向内渐缩的上截锥形侧段12g的一部分的停泊设施60。向内渐缩的上截锥形侧段12g被示为连接至下部的向内渐缩的截锥形侧段12c和上柱形侧段12b。
[0072] 图4A示出了进入隧道且位于隧道侧部202与204之间并且连接至多个动态可移动易倾斜机构24a至24h的船舶200。靠近隧道口是可关闭的门34a和34b，可关闭的门34a和34b可以是滑动式滑门以提供使隧道免受外部环境影响的气候防护或水密保护。还示出了船舶的右舷侧206船体和左舷侧208船体。
[0073] 图4B示出位于部分隧道内且位于隧道侧部202与204之间并且连接至多个动态可移动易倾斜机构24a至24h的船舶200。动态可移动易倾斜机构24g和24h示出为接触船舶200的左舷侧208船体。观察到动态可移动易倾斜机构24c和24d接触船舶200的右舷侧206船体。还示出了可关闭的门34a和34b。
[0074] 图4C示出位于隧道内且位于隧道侧部202与204之间并且连接至多个动态可移动易倾斜机构24a至24h并且还连接至舷梯77的船舶200。靠近隧道口的是可关闭门34a和34b，可关闭门34a和34b可以是滑动式滑门以提供使隧道免受外部环境影响的气候防护或水密保护。多个动态可移动易倾斜机构24a至24h被示出与船舶的位于右舷侧206和左舷侧208两者的船体都接触。
[0075] 图5示出了多个动态可移动易倾斜机构中的一个动态可移动易倾斜机构24a。每个动态可移动易倾斜机构均具有安装至隧道侧部——在该图中示出为隧道侧部202——的一对平行臂部39a和39b。
[0076] 防冲物38a在平行臂部的与隧道侧部相反的侧部连接至成对的平行臂部39a和39b。
[0077] 板43可以安装至成对的平行臂部39a和39b并且位于防冲物38a与隧道侧部202之间。
[0078] 板43可以安装在隧道地板35的上方并且定位成在隧道内延伸到作业深度71的上方并且同时在隧道内延伸到作业深度71的下方。
[0079] 板43可以构造成在船舶在隧道中从一侧向另一侧移动时阻抑船舶的移动。该板和整个动态可移动易倾斜机构可以防止对船体的损坏，并且在无阻断的情况下朝向隧道中心推动船舶离开船体。该实施方式可以使船舶在隧道中反弹而不会损坏。
[0080] 多个枢转锚状件44a和44b可以将平行臂部中的一个臂部连接至隧道侧部。
[0081] 每个枢转锚状件使得板能够从抵靠隧道侧部的折叠取向摆动至与壁的平面61成60度角度——该角度可以达90度——的展开取向，从而使得位于平行臂部上的板以及防冲物能够同时地(i)使隧道免遭波浪及水冲激作用，(ii)吸收船舶在隧道中运动时船舶的动能，并且(iii)施加用以推动船舶以使船舶离开隧道侧部的力。
[0082] 示出了多个防冲物枢转件47a和47b，其中，每个枢转件可以形成每个平行臂部与防冲物38a之间的连接件，每个防冲物枢转件可以在船舶接触防冲物38a时允许防冲物通过至少90度而从平行臂部的一侧枢转至平行臂部的相反的另一侧。
[0083] 板43中的多个开口52a至52ae可以使波作用降低。每个开口的直径为从0.1米至2米。在实施方式中，开口52可以是椭圆形的。
[0084] 每个平行臂部可以连接有至少一个液压缸28a和28b，所述至少一个液压缸28a和28b用以提供针对防冲物上的船舶压力的阻力并且用以使板从隧道侧部展开及收回。
[0085] 图6示出了处于折叠位置的安装至隧道侧部202的成对的平行臂部中的一个臂部39a。
[0086] 平行臂部39a可以连接至接合隧道侧部202的枢转锚状件44a。
[0087] 防冲物枢转件47a可以与枢转锚状件相对地安装在平行臂部上。
[0088] 防冲物38a可以安装至防冲物枢转件47a。
[0089] 板43可以附接至平行臂部39a。
[0090] 液压缸28a可以附接至平行臂部和隧道壁。
[0091] 图7示出了具有形状为椭球形的开口52a至52ag的板43，其中，该板被示出安装在隧道地板35的上方。
[0092] 该板可以既延伸到作业深度71的上方也延伸到作业深度71的下方。
[0093] 还示出了隧道侧部202、枢转锚状件44a和44b、平行臂部39a和39b、防冲物枢转件47a和47b以及防冲物38a。
[0094] 图8示出了由框架74而不是板形成的动态可移动易倾斜机构的实施方式。框架74可以具有交叉的管状件75a和75b，交叉的管状件75a和75b形成开口76a和76b，以在处于作业深度71时使隧道中的水流通。
[0095] 还示出了隧道侧部202、隧道地板35、枢转锚状件44a和44b、平行臂部39a和39b、防冲物枢转件47a和47b以及防冲物38a。
[0096] 图9示出了隧道地板35，隧道地板35具有位于隧道的入口处的下渐缩表面73a和73b，以提供吸收隧道内的表面波能量作用的“沙滩作用”，该下渐缩表面可以成从3度至40度的角度78a和78b。
[0097] 在两对平行臂部之间可以安装两个防冲物38h和38d。防冲物38h可以安装在平行臂部39o与39p之间，并且防冲物38d可以安装在平行臂部39g与39h之间。
[0098] 在实施方式中，成对的平行臂部可以同时地展开及收回。
[0099] 还示出了隧道壁202和204。
[0100] 图10示出了船体12的Y形构型的俯视剖面图，其中，隧道30具有与分别通向另外的开口32a和32b的分支部33a和33b连通的隧道口31。
[0101] 浮力结构可以具有运输深度和作业深度，其中，作业深度是在将处于运输深度的结构移动至作业位置之后利用压载泵对位于船体中的压载箱填充水来实现的。
[0102] 运输深度可以为约7米至约15米，并且作业深度可以为约45米至约65米。隧道在运输期间可以离开水。
[0103] 船体中直的、弯曲的或渐缩的部段可以形成隧道。
[0104] 在实施方式中，板、可关闭的门和船体可以由钢制成。
[0105] 图11是具有柱形颈部的浮力结构的侧视图。
[0106] 浮力结构10被示出具有船体12，船体12具有主甲板12a。
[0107] 浮力结构10具有从主甲板12a向下延伸的上柱形侧段12b以及从上柱形侧段12b延伸的上截锥形侧段12g。
[0108] 浮力结构10具有连接至上截锥形侧段12g的柱形颈部8。
[0109] 从柱形颈部8延伸有下截锥形侧段12d。
[0110] 下截锥形侧段12d连接有下椭球形部段12e。
[0111] 在下椭球形部段12e的底部处形成有椭球形龙骨12f。
[0112] 椭球形龙骨12f的外部的位于下部且位于外部的部分固定有鳍形附属件84。
[0113] 图12是具有柱形颈部的浮力结构的详细视图。
[0114] 浮力结构10被示出具有柱形颈部8。
[0115] 鳍形附属件84被示出固定至椭球形龙骨的外部的位于下部且位于外部的部分并且从椭球形龙骨延伸到水中。
[0116] 图13是处于运输构型的具有柱形颈部的浮力结构的剖面图。
[0117] 浮力结构10被示出具有柱形颈部8。
[0118] 在实施方式中，浮力结构10可以具有摆锤116，摆锤116可以是可移动的。在实施方式中，摆锤是可选的并且可以部分地结合到船体中，以提供对整体船体性能的可选调整。
[0119] 在该图中，摆锤116被示出处于运输深度。
[0120] 在实施方式中，可移动的摆锤可以构造成在运输深度与作业深度之间移动，并且摆锤可以构造成在船舶在水中从一侧向另一侧移动时阻抑船舶的运动。
[0121] 图14是处于作业深度的具有柱形颈部8的浮力结构10的剖面图。
[0122] 在该图中，摆锤116被示出从浮力结构10延伸并处于作业深度。
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