改进的浮动海上结构的制作方法

1.本发明涉及支承海上设施、包括例如风力涡轮机以及海上油气勘探和生产的浮动海上结构。


背景技术：

2.海上结构的安装、特别是张力腿式平台的安装是资本高度密集的结构，并且还涉及高运营成本。
3.因此，提高用于所述结构的支承系统的当前设计的效力是有益的。


技术实现要素：

4.在第一方面中，本发明提供了一种系泊连接件，包括：联动装置，该联动装置包括多个铰接部件，所述联动装置的相邻的铰接部件用销接合件接合并且布置成在销接合件处绕第一轴线枢转；其中，联动装置内的至少一个销接合件布置成绕第二轴线枢转，所述第二轴线与第一轴线正交。
5.在第二方面中，本发明提供了一种用于海上结构的重力锚，所述重力锚包括：基部，该基部用于接触海床；干涉构件，该干涉构件布置成从基部突出并且布置成嵌入到海床中。
6.在第三方面中，本发明提供了一种用于海上结构的子结构，该子结构包括：入口和出口，入口和出口都定位在水平面上方；所述入口和出口通过空气流路径流体连通；所述空气流路径具有位于水平面下方的至少一部分；其中，空气流路径与水热传递连通，并且布置成将热从所述空气流传递至所述水。
7.应当理解的是，虽然每个方面可以用于与浮动平台一起使用，但是每个方面同样可以单独使用。因此，浮动平台的设计者可以通过使用上述各种方面中的任何一个方面或组合来改进浮动平台的构造和/或操作，并且获得优于根据现有技术的平台的结果。因此，本发明的这些方面中的任何方面的使用都不依赖于任何其他方面的使用。
附图说明
8.结合图示出本发明可能的布置的附图将方便进一步描述本发明。本发明的其他布置也是可能的，并且因此，附图的特殊性不应被理解为替代了本发明的前述描述的普遍性。
9.图1a和图1b是根据本发明的一个实施方式的连接件的等距视图；
10.图2a和图2b是根据本发明的各种实施方式的适配器板的等距视图；
11.图3a至图3c是根据本发明的另一实施方式的张力腿式平台连接器的等距视图；
12.图4a和图4b是根据本发明的一个实施方式的用于海上结构的重力锚的各种视图；
13.图5a和图5b是根据本发明的另一实施方式的用于海上结构的重力锚的各种视图；
14.图6是根据本发明的另一实施方式的用于海上结构的重力锚的等距视图；
15.图7是根据本发明的一个实施方式的海上风力涡轮机系统的塔架基部的示意图。
具体实施方式
16.对于浮动海上结构，典型的系泊线与船体的固定连接是经由眼板或等同物实现的。对于这样的连接，眼板可以代表裂纹可能传播的薄弱环节。在平面外力矩中，眼板型连接也可能较弱。因此，对于具有随机载荷的长期高强度载荷循环应用(因此循环载荷也在其较弱的轴上)，眼板型连接可能不合适。
17.图1a和图1b示出了替代性布置，该布置具有用于连接至张力腿式平台10(tlp)的系泊线固定连接件5、65。连接件5包括具有多个铰接部件的联动装置，每个铰接部件通过销接合件铰接连接至相邻部件。图1a的连接件5的铰接部件包括一对适配器板20，每个适配器板20在第一端部35处连接至系泊线15，并且在相反的第二端部处连接至tlp接口25。
18.如图2a和图2b中所示，适配器板20可以是短的105或长的110，并且可以制造成任何规定的长度。每个适配器板包括在每个端部处具有销接合件的平行板，用以与联动装置内的相邻的铰接部件连接。
19.根据本发明，tlp接口25与扭曲的y形连杆30接合。y形连杆包括位于第一端部处的分叉凸缘，以用于在其间接纳单个凸缘。在相反的端部处，y形连杆具有单个凸缘。y形连杆与现有技术的不同之处在于，每个端部绕正交轴线50、55、60枢转。y形连杆然后将40连接至适配器板20，以将拉伸载荷从接口25传递至系泊线15。因此，不管结构移动的方向如何，都在水平平面内绕两个主轴线50、55、60自由旋转，并且因此将载荷从较弱的轴线重新分配并因此提供绕每个水平轴线的铰接。
20.图1b示出了根据本发明的另一实施方式。在此，连接件65将80连接至用于地基系统的用来接合海床的眼板70。本发明是地基无关的并且可以与任意地基系统例如桩、吸力罐和重力锚结合。图1b的连接件65与图1a的连接件5的不同之处在于，虽然两者都享有根据本发明的一个实施方式的扭曲的y形连杆30、75，但是图1b的连接件包括扭曲的h形连杆85，其代替了图1a的适配器板。与y形连杆相似，h形连杆在每个相反端部处都具有分叉凸缘。然而根据该实施方式，与y形连杆类似，销接合连接件在每个端部处绕正交轴线枢转。将注意到的是，图1b中使用的扭曲的h形连杆85同样可以用于图1a中的连接件。因此，扭曲的h形连杆和扭曲的y形连杆的组合提供了绕水平主轴线90、95、100的附加的铰接点，并且因此是对图1a的连接的有益改进。
21.当考虑常规tlp构造时，统一采用钢筋束作为系泊线。不仅初始资本支出巨大，腐蚀问题和一般维护也代表了相当大的生命周期成本。
22.为此，在一个实施方式中，tlp包括应用复合材料和/或聚合物类型的绳/线作为tlp的筋束。复合材料的纤维可以是凯夫拉、芳纶、聚酯、hdpe、pp、尼龙、超高分子量聚乙烯或碳。
23.除了优越的抗腐蚀性能外，比重接近1的复合材料和聚合物绳也有浮力或仅有轻微的负浮力。由于钢筋的自重导致了海上结构的过度设计和广泛安装状况，聚合物绳的浮力益处代表了其他部件的尺寸的减小，从而导致资本支出和海上作业风险的整体降低。
24.如图3a至图3c中所示，与tlp 115的连接120还允许适配器板122、125、130的完全运动，并且能够使122水平收起以降低吃水深度要求并且能够通过浅水区域。
25.基于重力的锚设计不适用于具有软粘土和松软土壤的海底。面临的主要问题是重力锚的沉降和滑动，这将导致浮式结构不起作用、失去定位或变得不稳定，并且对其附近的
资产、比如在其附近存在的许多管线和海底线缆的油气开发区域构成风险。重力锚的重大滑动可能导致毁灭性的灾难，从而导致管线破裂或线缆断裂。另一方面，如果使用完全封闭的裙部来增强横向稳定性(和竖向承载力)，则可能存在与适当的土壤固结、由于立即沉降而从重力基锚下面排出的土壤、联接抽吸效应有关的挑战，这些挑战可能会妨碍重力锚的适当“就位”并且造成重大的长期行为不确定性。对于厚层松软表土来说尤其如此，这种表土含有高比例的泥土、粘土和/或泥炭，而无需对浅地基进行场地准备。图4至图6示出了根据本发明的重力锚的各种实施方式，这些实施方式旨在解决这些问题。
26.在克服与海床上的软土接合时的横向运动问题时，本发明包括若干干涉构件，这些干涉构件布置成增加重力锚的横向阻力，从而阻碍滑动。干涉构件布置成嵌入海床的软土中，并且因此与仅重力锚的基部的摩擦相比，通过更大的支承表面与海床的土壤产生更大的干涉。
27.在图4a和图4b中，干涉构件设置为多个平面钢板/钢筋混凝土板、或者从重力锚中央部分142的基部突出的裙部145，并且围绕重力锚中央部分142在外周上安置。所述裙部布置成当重力锚的基部接触海床时嵌入到海床160中。因此，重力锚140的滑动受到裙构件145、155的支承表面的抵抗165。
28.在替代实施方式中，裙部可以是重力锚每个侧部上的单个构件，然而，在该实施方式中，每个裙构件包括将裙构件145、155分开的狭缝150，海床的软土可以流动穿过该狭缝。这些狭缝150允许土壤颗粒在立即沉降和固结后流出或排出，以便重力锚140找到相对于海床的平衡位置。该特征在软土比如粘土、泥浆和/或泥炭的情况下特别重要。使根据本发明的重力锚达到平衡位置允许更好和更可预测地嵌入软土中，这降低了过度差异沉降和不可预测的长期固结的风险。
29.在另一实施方式中，附加的裙构件185可以安装至重力锚基部170，而不仅是围绕周缘，以便提供抵抗横向滑动的更大的阻力180和底部稳定性。该特征的前提是附加的裙构件具有小于或等于周缘裙部的深度。除了提供抵抗滑动的更大的阻力180和底部稳定性之外，还为了重力锚基部170的结构加固或加强的目的，还可以包括附加的裙构件185。为此，虽然可以设置附加的裙构件来防止或限制横向运动，但是可以在中央部分的下侧使用增强裙构件，这些增强裙构件被设置成增加增强，并且因此可能不会对准以防止或限制横向运动，而是提供结构功能。
30.此外，重力锚140可以受益于浮力袋的帮助，用于将重力锚经由湿拖装载和/或运输至开放水域，以满足船坞/港口/码头区/航道/浅水区的吃水深度或富裕水深(ukc)要求。
31.图5a至图5c示出了使用干涉构件的另一实施方式。在该实施方式中，干涉构件是从重力锚中央部分142的基部170向下突出的突出部190。突出部190可以相对较窄，以便更容易穿透海床并实现重力锚的穿透。突出部可以是管状/方形/矩形的桩、杆、增强条和具有足够直径的其他刚性结构构件，以便保持完整性并且使得突出部能够平滑地嵌入到海床160中。
32.应当理解的是，与裙构件相比，突出部可以更容易地嵌入到海床中。因此，所使用的突出部的数目将取决于横向阻力200与在重力锚140的重量下嵌入的能力之间的平衡。
33.在另一实施方式中，突出部194可以与重力锚中央部分142滑动接合，其中，中央部分142具有孔口192，孔口192可以包括导管，所述导管允许突出部192相对于中央部分142的
滑动。然后可以通过使用安装至每个突出部194的剪切夹195来控制滑动。应当理解的是，海床的一致性可以围绕重力锚140变化，并且因此一些突出部可能比其他突出部遇到更大的穿透阻力。如果海床在一个区域中的土壤比其他区域的土壤坚硬得多，则可能会使突出部194屈曲并且潜在地损坏重力锚140。此外，由于缺少没有完全嵌入的一个或更多个突出部的穿透，因此重力锚可能没有齐平地坐置在海床上。因此，在该另一实施方式中，剪切夹195可以被敲击以抵抗施加至每个突出部的轴向力。例如，每个剪切夹195的释放力可以被额定设为等于重力锚的重除以突出部的数目。安全因子可能适用，也可能不适用。这种安全因子可以包括防止剪切夹在冲击时释放，并且因此也可以采用蠕变因子来防止重力锚接触海底时释放。
34.如果一个突出部205a由于抵抗穿透的较硬土壤而超过额定力，则剪切夹将释放并且向上推动突出部的未穿透长度205b，从而允许重力锚齐平地安置在海床上。将注意的是，即使部分穿透的突出部205a仍然可以提供滑动阻力210。在本干涉构件发明的又一实施方式中，图6示出了重力锚140，该重力锚140具有从重力锚中央部分142的顶部220向上突出的多个突出部215。在该实施方式中，重力锚旨在首先被安置在海床上，并且然后对每个突出部施加机械作用力，以迫使每个突出部穿透到海床中。力的机械施加可以像钢或混凝土的轴环被布置成坐置在突出部上、并且通过自重、机械冲击或振动嵌入突出部一样简单。替代性地，每个突出部可以被单独锤打或以其他方式驱动/迫压到海床中。
35.在赤道地区/热带国家，由于高环境温度、太阳辐射等，海上结构的包括钻井平台和风力涡轮机塔架的水上部分可能会经历不希望的热积聚。除了与热相关的安全危害之外，这对于比如转换器/电池等温度敏感设备等也是不利的。迄今为止，常规解决方案涉及能源密集型选项、比如空调系统/hvac。
36.图7示出了一个实施方式，其中，海上平台的子结构可以用作热交换器。在这种情况下，子结构包括支承加强构件230、吊架235和锚240。众所周知，为了具有成本效益的建造，在结构构件内包括腔。通过提供穿过各种结构部件230、235、240的腔的流体路径，空气流可以被捕获250并且布置成流动255到入口262中而从海平面以上到海平面245以下。当空气流穿过腔时，子结构充当与较冷的水交界的区域的热交换器，使热耗散以将较冷的空气260从出口264排出。冷却空气的空气流然后可以用于冷却整个结构，以及冷却海上结构内的敏感部件。
37.捕获空气可以通过自然地或强制地将风引导到子结构中。例如，可以使用可移动的百叶窗，百叶窗设置成旋转到风的方向并且将空气流向下引导到子结构中。
38.替代性地，沿着流体路径的风扇可以将空气流抽吸到子结构中。
39.此外，子结构可以被改造或专门构件造成提供散热片和其他热交换装置，以优化从热空气到冷却器子结构的散热。这比如在浮式结构的情况下可以是双重目的结构构件的形式，由此船体加强件用作双重目的，既作为结构加强件又作为冷却翅片/突出部。

技术特征：
1.一种系泊连接件，包括：联动装置，所述联动装置包括多个铰接部件，所述联动装置的相邻的铰接部件用销接合件接合并且布置成在所述销接合件处绕第一轴线枢转；其中，所述联动装置内的至少一个销接合件布置成绕第二轴线枢转，所述第二轴线与所述第一轴线正交。2.根据权利要求1所述的系泊连接件，其中，所述联动部件中的一个联动部件是y形连杆，所述y形连杆在第一端部处包括分叉双凸缘并且在相反端部处包括单个凸缘，每个端部形成销接合件，所述销接合件布置成绕彼此正交的轴线枢转。3.根据权利要求1或2所述的系泊连接件，其中，所述联动部件中的一个联动部件是h形连杆，所述h形连杆在每个相反端部处包括分叉双凸缘，每个端部形成销接合件，所述销接合件布置成绕彼此正交的轴线枢转。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的系泊连接件，其中，所述联动部件中的一个联动部件是适配器板，所述适配器板包括一对平行板，并且所述适配器板的相反端部形成销接合件。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的系泊连接件，其中，所述系泊连接件在第一端部处连接至张力腿式平台，所述张力腿式平台包括复合筋束。6.一种用于海上结构的重力锚，所述重力锚包括：基部，所述基部用于接触海床；干涉构件，所述干涉构件布置成从所述基部突出并且布置成嵌入到所述海床中。7.根据权利要求6所述的重力锚，其中，所述干涉构件包括裙部。8.根据权利要求6所述的重力锚，其中，相邻的所述裙部由狭缝分开，所述狭缝布置成允许来自所述海床的土壤在所述裙部之间移动/流动。9.根据权利要求6所述的重力锚，其中，所述干涉构件包括突出部，所述突出部包括管状/方形/矩形的桩、杆、管或增强条中的任何一者或组合。10.根据权利要求9所述的重力锚，其中，每个突出部与所述重力锚的中央部分滑动接合。11.根据权利要求9或10所述的重力锚，其中，每个突出部利用剪切夹安装至中央部分，所述剪切夹布置成抵抗施加至所述突出部的轴向载荷，直到达到额定载荷，然后所述剪切夹布置成释放所述突出部。12.一种用于海上结构的子结构，所述子结构包括：入口和出口，所述入口和所述出口都定位在水平面上方；所述入口和所述出口通过空气流路径流体连通；所述空气流路径具有位于所述水平面下方的至少一部分；其中，所述空气流路径与水热传递连通并且布置成将热从所述空气流传递至所述水。13.根据权利要求12所述的子结构，其中，所述空气流路径沿着所述水位下方的部分包括热交换装置，所述热交换装置布置成增加从所述水到所述空气流路径的热传递。14.根据权利要求12或13所述的子结构，其中，所述入口包括风向装置，所述风向装置布置成将风导引到所述空气流路径中。15.根据权利要求12或13所述的子结构，还包括风扇，所述风扇布置成将空气抽吸到所
述入口中并且驱动所述空气流穿过所述空气流路径。

技术总结
一种系泊连接件，包括：联动装置，该联动装置包括多个铰接部件，所述联动装置的相邻的铰接部件用销接合件接合并且布置成在销接合件处绕第一轴线枢转；其中，联动装置内的至少一个销接合件布置成绕第二轴线枢转，所述第二轴线与第一轴线正交。线与第一轴线正交。线与第一轴线正交。


技术研发人员：伊兹莉娜
受保护的技术使用者：马来西亚国家石油公司
技术研发日：2021.10.01
技术公布日：2023/7/4