專利名稱：用于近海結(jié)構(gòu)的支腿組件的制作方法
本申請(qǐng)為我在1998年5月1日申請(qǐng)的題目為“用于近海結(jié)構(gòu)的支腿組件”的共同未決申請(qǐng)No.09/071760的部分延續(xù)申請(qǐng)，該文獻(xiàn)在這里被應(yīng)用作為參考。
阻力，如通常在空氣動(dòng)力學(xué)和流體力學(xué)中所理解的那樣，對(duì)車輛、導(dǎo)彈等的最高速度產(chǎn)生限制。隨著移動(dòng)本體速度的增加，阻力也增大。例如近海結(jié)構(gòu)的靜態(tài)物體受到風(fēng)和波浪運(yùn)動(dòng)經(jīng)受了類似阻力。所有暴露于空氣或水流的部分必須是流線型的，以減少阻力。
為了減少阻力并且使近海結(jié)構(gòu)成本更低，海洋建筑師和設(shè)計(jì)者制造了支撐近海平臺(tái)并且象相交中空金屬管的復(fù)雜網(wǎng)一樣的支腿結(jié)構(gòu)。理想的是用薄的輕質(zhì)金屬形成支腿弦桿和撐桿。但是支腿的重量不會(huì)明顯降低，因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)也暴露在空氣和水的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的傾覆力矩中。因此必須在結(jié)構(gòu)的阻力系數(shù)和其重量之間保持小心的平衡，以使暴露的固體表面對(duì)風(fēng)及波浪運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的力產(chǎn)生最佳慣性響應(yīng)。
在1933年11月14日授權(quán)給Arthur W Lewis的題為“塔架結(jié)構(gòu)”的美國(guó)專利US1935095中披露了關(guān)于用來減小風(fēng)對(duì)支腿結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的載荷的一個(gè)實(shí)例。在該專利中，由四個(gè)支腿部件所支撐的油井架設(shè)有水平的和傾斜的撐桿部件。長(zhǎng)條形的傾斜撐桿在水平的井架橫拉筋之間延伸，并在水平撐桿處在六點(diǎn)連接單元中被連接至水平的井架橫拉筋。主傾斜撐桿也在相鄰水平的井架橫拉筋平面中間的點(diǎn)處與支腿形成六點(diǎn)連接單元。另外，該專利建議使用輔助傾斜撐桿，該輔助傾斜撐桿從將水平井架橫拉筋與支腿連接的邊角處延伸至主水平撐桿，在中點(diǎn)與該撐桿相交。這種輔助撐桿，尤其是在近海環(huán)境中，會(huì)極大地增加阻力和艦船的重量，增加支腿結(jié)構(gòu)的成本和近海結(jié)構(gòu)的整體成本。
許多近海平臺(tái)設(shè)計(jì)有延伸至海底并錨定或嵌入在海底的支腿結(jié)構(gòu)，用于將平臺(tái)支撐在海浪之上。這種平臺(tái)的支腿承擔(dān)相當(dāng)大的載荷，特別要注意的是每個(gè)支腿的重量。該支腿由能夠經(jīng)受住傾覆力矩的不腐蝕金屬制成，以將平臺(tái)支撐在升高的水平面上。當(dāng)設(shè)計(jì)支腿時(shí)，近海平臺(tái)設(shè)計(jì)者也要考略金屬的費(fèi)用。支腿重量的任何降低都會(huì)轉(zhuǎn)化為制造商和平臺(tái)所有者的成本的顯著降低。
政府規(guī)章中也控制支腿結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。美國(guó)海運(yùn)局(ABS)近年來的修改是將阻力系數(shù)從0.5變?yōu)?.62。所需要的阻力系數(shù)的增加要求使用更重的支腿結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生需要的空氣和水流阻力，或者重新考慮傳統(tǒng)的通常包括水平撐桿和X形傾斜支腿撐桿的設(shè)計(jì)。
本發(fā)明設(shè)想出一種改進(jìn)的支腿設(shè)計(jì)，它符合新的用于保持阻力系數(shù)的ABS要求，同時(shí)通過減少構(gòu)筑近海結(jié)構(gòu)的支腿組件所需金屬?gòu)亩档统杀尽?br> 本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種用于近海平臺(tái)的支腿組件以及改進(jìn)的撐桿結(jié)構(gòu)，它與傳統(tǒng)的撐桿部件相比重量更輕。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制造和操作成本非常節(jié)省的支腿組件。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種用于近海結(jié)構(gòu)的支腿組件，它采用最少量的撐桿部件，以減少近海結(jié)構(gòu)的阻力和重量。
本發(fā)明的這些和其他目的是通過以下支腿組件來實(shí)現(xiàn)的，該支腿組件包括一對(duì)被橫向撐桿部件分成多個(gè)部分的平行支腿弦桿。在每個(gè)部分中，傾斜撐桿單元固定在支腿弦桿和橫向撐桿部件上。該單元具有一對(duì)從橫向撐桿向下成鈍角延伸的傾斜撐桿部件。另一對(duì)傾斜撐桿部件從正好位于第一橫向撐桿部件之下的橫向撐桿部件向上延伸。
當(dāng)連接好所有單元時(shí)，支撐的傾斜撐桿部件形成“雙K”結(jié)構(gòu)，傾斜撐桿部件背對(duì)背連接在橫向撐桿部件上。當(dāng)從前視圖看時(shí)，傾斜撐桿部件單元類似菱形。這些支腿沒有任何的輔助撐桿，從而提供了牢固的支撐部件，同時(shí)極大地降低了近海結(jié)構(gòu)的重量和阻力。


圖1是采用本發(fā)明的改進(jìn)的支腿撐桿結(jié)構(gòu)的近海平臺(tái)透視圖；圖2是采用本發(fā)明的改進(jìn)的支腿組件的近海結(jié)構(gòu)外輪廓圖；圖3是帶有本發(fā)明改進(jìn)的撐桿部件的支腿弦桿的示意圖；圖4是本發(fā)明撐桿部件的詳細(xì)視圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明現(xiàn)在更詳細(xì)地參照附圖，附圖標(biāo)記10表示使用了支撐工作平臺(tái)18的高架支腿12、14和16的近海結(jié)構(gòu)。平臺(tái)18用于在近海處進(jìn)行礦物開采和生產(chǎn)操作。設(shè)備10設(shè)計(jì)用于在300英尺以下的苛刻環(huán)境中操作，如果是在較不具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中，該設(shè)備可以在深達(dá)400英尺的水中操作。
設(shè)備10通常采用起重系統(tǒng)，由此平臺(tái)18被齒條止動(dòng)器(rack chock)和齒輪系統(tǒng)架在波浪運(yùn)動(dòng)之上。支腿12、14和16從平臺(tái)18的底部向下延伸，在水面20之下延伸至海床22，從而嵌入在海底或放置在支座24、26上，以確保支腿的穩(wěn)定性和平臺(tái)18與海床22相對(duì)的固定位置。
平臺(tái)18通常支撐井架28，可以設(shè)有直升機(jī)甲板30和海員宿舍32。各種起重機(jī)34可以用作提升機(jī)和出口輸送線，平臺(tái)18的外殼36通常被分成隔室(未示出)，用于容納機(jī)器、設(shè)備、供給品、液體等。
現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述本發(fā)明的支腿組件，參考支腿12的結(jié)構(gòu)，要知道的是支腿14和16的結(jié)構(gòu)在所有方面與支腿12是相同的。如圖所示，支腿12具有三根弦桿40、42和44。多根撐桿部件固定在弦桿40和42之間，一些撐桿垂直于弦桿的縱軸取向，而另一些與其成預(yù)定角度的延伸。
支腿弦桿40、42和44設(shè)有齒(未示出)，用于和起重設(shè)備嚙合并且用于將平臺(tái)18從漂浮狀態(tài)提升，其中它通常被輸送至圖1和2所示的高位，這是在水面20之上的操作高度。
水平撐桿46在弦桿40、42、44之間沿著支腿長(zhǎng)度以三角形結(jié)構(gòu)布置在各種垂直高度處。水平撐桿部件46沿著穿過撐桿部件46中心的單個(gè)虛擬平面固定在每根弦桿上。
傳統(tǒng)的支腿結(jié)構(gòu)通常設(shè)有傾斜撐桿，它在兩個(gè)相鄰的水平撐桿46之間的支腿段中從一個(gè)邊角延伸至傾斜相對(duì)的邊角。提高阻力系數(shù)的新規(guī)定需要撐桿經(jīng)受風(fēng)和波浪運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的更強(qiáng)的力，以提高近海結(jié)構(gòu)的安全性。傳統(tǒng)的方法是增大撐桿的表面或重量，以符合新規(guī)定。但是這種方法是昂貴的，不能被海洋建筑師、制造商和平臺(tái)所有者普遍接受。本發(fā)明試圖通過提供支腿撐桿的“雙K”結(jié)構(gòu)而改進(jìn)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
如圖2、3和4中詳示，在間隔的水平撐桿部件46所限定的部分內(nèi)，傾斜撐桿固定在支腿弦桿40、42和44上。第一傾斜撐桿部件50從水平撐桿部件46a的中點(diǎn)52延伸至相鄰的水平撐桿46a和水平撐桿46b所限定的部分56的中點(diǎn)54上。
第二傾斜撐桿部件58從中點(diǎn)52延伸至部分56內(nèi)支腿弦桿42上的中點(diǎn)60(圖3)。第三傾斜撐桿部件62從中點(diǎn)52延伸至在水平撐桿部件46a上的部分70中的中點(diǎn)64。第四傾斜撐桿部件66從中點(diǎn)52延伸至下一個(gè)相鄰段70內(nèi)的支腿弦桿42上的中點(diǎn)68。
傾斜部件50、58分別背對(duì)背固定在傾斜部件62、66上，并且水平撐桿部件46a與該傾斜部件以從圖4中可以最清楚的看到的方式相交。實(shí)際上，當(dāng)從水平看時(shí)，傾斜的撐桿部件50和58形成了在頂端處連接在橫向撐桿46a上的倒V形單元，而傾斜撐桿62和66形成了在頂端處連接在橫向撐桿46a上的V形單元。沿著橫向撐桿46連接在中點(diǎn)上和沿著由橫向撐桿部件46所限定的支腿弦桿部分連接在中點(diǎn)上的傾斜撐桿在每個(gè)部分56、70、80等內(nèi)形成菱形。
撐桿部件50和66、以及傾斜撐桿部件62和58在四個(gè)焊接點(diǎn)72、74、76和78處連接至水平撐桿46a。試驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)，這些點(diǎn)對(duì)于在傾斜撐桿和水平撐桿之間建立一個(gè)穩(wěn)固的、剛性的連接來說是關(guān)鍵的。這種系統(tǒng)據(jù)信相比較現(xiàn)有技術(shù)中六點(diǎn)連接系統(tǒng)而言是更有效的。
如圖2和3所示，支腿弦桿被水平撐桿部件46分成多個(gè)區(qū)段。在下一個(gè)部分80中重復(fù)傾斜撐桿部件50、58、62和66的布置(圖3)，其中傾斜撐桿分別由50b、58b、62b和66b表示。逐個(gè)區(qū)段重復(fù)在水平和傾斜撐桿之間的相對(duì)布置。相鄰的弦桿40-42、42-44以及40-44被水平撐桿部件46分為獨(dú)立的區(qū)段，并且設(shè)有相應(yīng)的傾斜撐桿部件50、58、62和66。
盡管只描述了一個(gè)支腿組件，可以理解，在支腿弦桿42-44和44-40之間有同樣的支腿組件。它們的結(jié)合提供了迄今為止利用傳統(tǒng)的支腿結(jié)構(gòu)不能獲得的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的支腿結(jié)構(gòu)降低了支腿阻力和風(fēng)暴載荷，可以降低支腿的重量，同時(shí)保持高的剛性/重量比。焊接點(diǎn)或固定連接的數(shù)量被降低至最少，同時(shí)保持與傳統(tǒng)的撐桿同樣的撐桿部件結(jié)構(gòu)整體性，或比傳統(tǒng)技術(shù)更好。另外，據(jù)信利用本發(fā)明的支腿組件提高了強(qiáng)度/成本比。
例如(僅用作示例)，可以設(shè)想支腿弦桿40-42、42-44以及40-44之間的水平空間可以是39-40英尺。弦桿可以是超過500英尺高，被撐桿46a、46b等分成約30英尺的區(qū)段部分56、70、80等。那么中點(diǎn)54、60、64和80會(huì)在距離水平撐桿46a、46b等14-15英尺的距離處。在相交的傾斜撐桿50、58等之間形成的角度“a”大于90度，從而傾斜撐桿50、58形成鈍角，中點(diǎn)52在角的頂點(diǎn)。相對(duì)的撐桿62、66形成類似的角度，使得撐桿62和66之間的連接成為撐桿50和58之間的連接的鏡像。水平和傾斜撐桿由重型管段形成，該管壁厚高達(dá)1英寸，外直徑高達(dá)11英寸。
水平和傾斜撐桿由能夠經(jīng)受豎直和水平載荷、作用在支腿上的環(huán)境力所施加的彎矩以及與平臺(tái)結(jié)構(gòu)18相關(guān)的載荷的非腐蝕材料制成。
盡管僅公開了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案作為示例，但是可以相信，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)可以作出許多改變和改進(jìn)，而不會(huì)脫離本發(fā)明的精神。因此，我請(qǐng)求僅用權(quán)利要求的范圍來限制我對(duì)本發(fā)明的權(quán)利。
權(quán)利要求
1.一種用于近海結(jié)構(gòu)的支腿組件，包括至少一對(duì)長(zhǎng)條形平行支腿弦桿；多根橫向撐桿部件，在所述支腿弦桿之間延伸，并將所述支腿弦桿分成多個(gè)由相鄰橫向撐桿部件限定的支腿部分；第一對(duì)傾斜撐桿部件，它們固定于第一橫向撐桿部件的中點(diǎn)，所述第一對(duì)傾斜撐桿部件中的每一個(gè)具有固定在所述橫向撐桿部件下面的支腿部分的中點(diǎn)處的支腿弦桿上的自由端；第二對(duì)傾斜撐桿部件，它們固定在所述第一橫向撐桿部件的中點(diǎn)上，所述第二對(duì)傾斜撐桿部件中的每一個(gè)具有固定在所述第一橫向撐桿部件上面的支腿部分的中點(diǎn)處的支腿弦桿上的自由端，所述傾斜撐桿部件在四個(gè)連接點(diǎn)處固定在所述橫向部件上，所述支腿組件沒有增加阻力的輔助撐桿。
2.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述第一對(duì)傾斜撐桿部件形成鈍角。
3.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述第二對(duì)傾斜撐桿部件形成鈍角。
4.一種用于近海結(jié)構(gòu)的支腿組件，包括一對(duì)長(zhǎng)條形平行支腿弦桿，它們被橫向撐桿部件分成多個(gè)部分；以及多個(gè)傾斜的撐桿部件，固定在所述橫向撐桿部件之間的部分中，所述傾斜的撐桿部件在每個(gè)所述部分中限定了菱形撐桿單元，所述傾斜撐桿部件與它們各自的橫向撐桿部件形成四點(diǎn)連接，所述支腿組件沒有阻礙性的輔助撐桿。
5.如權(quán)利要求4的組件，其中每個(gè)所述傾斜撐桿部件固定在鄰近的支腿弦桿以及橫向撐桿部件上。
6.如權(quán)利要求5的組件，其中第一對(duì)所述傾斜撐桿部件被固定地連接至橫向撐桿部件的中點(diǎn)，并從所述撐桿部件向下延伸。
7.如權(quán)利要求6的組件，其中第二對(duì)所述傾斜撐桿部件被固定地連接至相鄰的撐桿部件的中點(diǎn)，并從所述相鄰撐桿部件向上延伸。
8.如權(quán)利要求6的組件，其中所述第一對(duì)撐桿部件限定了一個(gè)鈍角，所述角的頂點(diǎn)是在所述第一對(duì)撐桿部件和所述橫向部件的連接點(diǎn)處。
9.如權(quán)利要求7的組件，其中所述第二對(duì)撐桿部件限定了一個(gè)鈍角，所述角的頂點(diǎn)是在所述第二對(duì)撐桿部件和所述相鄰的橫向部件的連接點(diǎn)處。
10.一種用于近海結(jié)構(gòu)的支腿組件，包括至少一對(duì)平行支腿弦桿，被橫向撐桿部件分成多個(gè)部分；位于每個(gè)所述部分中的傾斜撐桿單元，所述傾斜撐桿單元包括從第一橫向部件向下延伸的第一傾斜撐桿部件、從所述第一橫向部件向下延伸的第二傾斜撐桿部件、從正好位于所述第一橫向撐桿部件之下的第二橫向撐桿部件向上延伸的第三傾斜撐桿部件以及從所述第二橫向撐桿部件向上延伸的第四傾斜撐桿部件，所述第一傾斜撐桿部件和第二傾斜撐桿部件固定連接至所述第一橫向撐桿部件的中點(diǎn)，所述第三傾斜撐桿部件和第四傾斜撐桿部件固定連接至所述第二橫向撐桿部件的中點(diǎn)，所述支腿組件在所述橫向撐桿部件和所述傾斜撐桿部件之間沒有阻礙性的輔助撐桿。
11.如權(quán)利要求10的組件，其中所述第一傾斜撐桿部件的自由端在所述第一橫向撐桿部件和第二橫向撐桿部件之間的中點(diǎn)處固定連接至第一支腿弦桿。
12.如權(quán)利要求10的組件，其中所述第二傾斜撐桿部件在所述第一橫向撐桿部件和第二橫向撐桿部件之間的中點(diǎn)處固定連接至第二支腿弦桿。
13.如權(quán)利要求10的組件，其中所述第三傾斜撐桿部件固定連接至鄰近所述第一傾斜撐桿部件連接點(diǎn)處的所述第一支腿弦桿。
14.如權(quán)利要求10的組件，其中所述第四傾斜撐桿部件固定連接至鄰近所述第二傾斜撐桿部件連接點(diǎn)處的所述第二支腿弦桿。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種近海結(jié)構(gòu)例如自提升起重鉆井平臺(tái)的支腿組件。該支腿組件具有一對(duì)平行支腿弦桿(40，42)，被橫向撐桿部件(46)分成多個(gè)部分。傾斜撐桿部件單元(50、58、62、66)被固定于每個(gè)這種部分之中。該單元具有限定成菱形的四個(gè)傾斜撐桿部件，每個(gè)傾斜撐桿部件連接至橫向撐桿部件和相鄰的支腿弦桿。撐桿在四個(gè)點(diǎn)(72、74、76、78)被彼此連接。所述支腿組件沒有阻礙性的增加阻力的輔助撐桿。
文檔編號(hào)E02B17/00GK1425094SQ00818490
公開日2003年6月18日 申請(qǐng)日期2000年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月18日
發(fā)明者保羅·R·小蓋格, 尤金·E·貝格納奧德, 布魯斯·G·馬爾科姆 申請(qǐng)人:弗雷德和戈德曼有限公司