專利名稱：抗外力強穩(wěn)定性高的海上平臺的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種抗外力強、穩(wěn)定性高的新型海上平臺，屬于海上平臺的改進技術?？捎糜诓捎?、采氣、采礦及其它各種民用和軍用的海上(或其它深水中的)可移動建筑物。
背景技術：
淺海采油可采用自升式或導管架式等各種著底平臺。但當水深達到一定深度后，著底平臺已不能滿足要求。所以人們提出了張力腿式及SPAR式等各種深水作業(yè)平臺。如圖1、2所示，現(xiàn)有張力腿式及SPAR式平臺支撐結構由下到上依次為張力腿段、桁架段及浮筒段。其中浮筒視平臺大小及工作要求可采用單浮筒或兩個以上的多浮筒。張力腿的側面還可以采用斜向拉鏈結構。桁架段的作用是使系統(tǒng)的浮心上移而重心下移以保持穩(wěn)定。
上述的平臺支撐結構由于浮筒位于海面處，且浮筒的直徑較大，因此整個支腿受風、波、潮、流、冰的水平向作用力較大，致使整個平臺的穩(wěn)定性較差。不僅如此，浮筒所受浮力還會由于漲潮和落潮而變化較大，致使張力腿的張力產生較大的周期性變化，給海上作業(yè)帶來較大困難，并威脅套管的強度和穩(wěn)定性。故此如何減少平臺所受水平力和豎向浮力的變化范圍對延長平臺壽命、改善其穩(wěn)定性非常重要。

發(fā)明內容
本實用新型的目的在于提供一種抗外力強穩(wěn)定性高的海上平臺。該海上平臺具有抗外力強穩(wěn)定性高的特點。
本實用新型是通過下述方案加以實現(xiàn)的，一種抗外力強穩(wěn)定性高的海上平臺。該平臺結構包括支撐結構和其上的平臺構成。其特征在于支撐結構由下至上依次為張力腿、下部桁架、浮筒和上部導管架。
上述的張力腿為垂直式或斜拉式；上述的浮筒為單筒或多筒；上述的導管架為固定式或自升式結構。
本實用新型的優(yōu)點之一是最大限度地減少了平臺所受的水平環(huán)境荷載，尤其是風、波、潮、流、冰的作用力，從而增強平臺的穩(wěn)定和安全可靠性，并且制造成本相對較低。由于波浪力的強度隨著深度的增加按指數(shù)方式衰減，所以本專利的主導思想是盡量減少結構上部迎波面面積，而將大迎波面的浮體盡量下移。本發(fā)明的另一個優(yōu)點是浮筒產生的浮力不受由潮汐等因素引起的海平面升降的影響，從而大大減少了張力腿拉力的變化幅度，因此更保證了平臺的穩(wěn)定性，使立管豎向位移更小，也可減少張力腿材料的用量和技術要求。本發(fā)明適用于單筒浮體和多筒浮體平臺，是對現(xiàn)有張力腿式(TLP)和SPAR式平臺及以其概念為基礎發(fā)展出的平臺的改進。


圖1為現(xiàn)有單柱浮筒平臺結構示意圖；圖2為現(xiàn)有多柱浮筒平臺結構示意圖；圖3為本實用新型所提出的改進單柱浮筒平臺結構示意圖；圖4為本實用新型所提出的改進多柱浮筒平臺結構示意圖；圖5為本實用新型所提出的自升式單柱浮筒平臺結構示意圖；圖6為本實用新型所提出的自升式多柱浮筒平臺結構示意圖。
圖中1——平臺上部結構，2——海平面，3——浮筒，4——下部桁架，5——豎向張力腿，6——斜向拉鏈，7——海底，8——波浪力沿深度分布規(guī)律，9——上部導管架或自升式結構。
具體實施方式
本實用新型的權利主張包括對任何基于張力腿平臺或SPAR平臺原理的下列改進形式即將大體積(大迎波面)的浮筒下移，并用任何形式的小迎波面的支撐結構將浮筒與上部平臺連接。浮筒方式包括單柱式浮筒和兩個以上的多柱式浮筒?？蓛H采用豎向張力腿，也可再配予斜向拉鏈。平臺的尺寸和工作水深可任意變化，下面僅結合兩個例子(但不限于此)闡述本發(fā)明的優(yōu)勢。
例一為單柱浮筒平臺，其工作水深為500米，平臺上部尺寸為20×20米，重8000KN，重心處于水面以上5米處。
當采用以前的形式設計平臺時，浮筒長35米，直徑10米，厚0.1米，重8576KN。如不考慮浮筒內充填水，浮桶重心位于水面以下12.5米處，浮力為23562KN，浮心位于水面以下15米處。下部桁架高50米，重5400KN，設計重心位于浮筒底部以下40米，浮力為692.3KN，重心與浮心重合。此時，上部平臺—浮筒—桁架系統(tǒng)重心位于水面以下20.26米，浮心位于水面以下16.57米，浮心處于重心以上，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。浮筒和下部桁架共用鋼材1397.6噸。
當采用本實用新型的形式設計平臺時，設計上部導管架高15米，重600KN，重心位于水面以下2.5米，浮心位于水面以下5米，浮力為500KN。浮筒長30米，直徑10米，厚0.1米，重7351KN。如不考慮浮筒內充填水，浮桶重心位于水面以下25米處，浮力為23562KN，浮心位于水面以下25米處。下部桁架高50米，重6025KN，重心位于浮筒底部以下40米，浮力為772.4KN，重心與浮心重合。此時，整個平臺—浮筒—桁架系統(tǒng)重心位于水面以下28.54米，浮心位于水面以下26.31米，浮心處于重心以上，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。上部導管架、浮筒和下部桁架共用鋼材仍1397.6噸。
本例中，與以前設計方式相比較，采用本實用新型設計的平臺穩(wěn)定性似乎相對較弱。但由于平臺所受水平向荷載大大減小了，所以其穩(wěn)定性實際上反而得到了增強。當然，如需要再增強平臺的穩(wěn)定性，可很容易地用增大或下移下部桁架的重量(從而使平臺整體重心下移)的方法來實現(xiàn)。由于本新型平臺所受豎向浮力荷載的變化量大大減少了，從而使得對立管和張力腿的設計要求大大降低，從而可大大減少成本。而導管架和桁架的設計與建造技術已非常成熟，所以對成本的影響非常有限。
例二為四柱浮筒平臺，其工作水深為500米，平臺上部尺寸為40×40米，重20000KN，重心處于水面以上10米處。
當采用以前的形式設計平臺時，每個浮筒長40米，直徑10米，厚0.1米，重9802KN。如不考慮浮筒內充填水，浮桶重心位于水面以下10米處，浮力為23562×4KN，浮心位于水面以下15米處。下部桁架高50米，重21600KN，重心位于浮筒底部以下40米，浮力為2767KN，浮心與重心重合。此時，上部平臺—浮筒—桁架系統(tǒng)重心位于水面以下21.09米，浮心位于水面以下16.57米，浮心處于重心以上，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。浮筒和下部桁架共用鋼材6080.8噸。
當采用本實用新型的形式設計平臺時，上部導管架長20米，重3000KN，重心位于水面以下3米，浮心位于水面以下7米，浮力為2000KN。每個浮筒高30米，直徑10米，厚0.1米，重7351KN。如不考慮浮筒內充填水，浮桶重心位于水面以下25米處，浮力為23562×4KN，浮心位于水面以下25米處。下部桁架長50米，重28404KN，重心位于浮筒底部以下40米，浮力為3641.5KN，浮心與重心重合。此時，系統(tǒng)重心位于水面以下34.85米，浮心位于水面以下26.64米，浮心處于重心以上，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。上部導管架、浮筒和下部桁架共用鋼材仍6080.8噸。
與以前設計方式相比較，在同樣水平荷載作用下本例中新型平臺的穩(wěn)定性已得到了加強，再加上平臺所受水平向荷載大大減小了，所以其穩(wěn)定性將更為增強。同時，由于本新型平臺所受豎向浮力荷載的變化量大大減少了，從而使得對立管和張力腿的要求有所降低，也可大大減少成本。而導管架和桁架的設計與建造技術也已非常成熟，所以對成本的影響非常有限。
權利要求1.一種抗外力強穩(wěn)定性高的海上平臺，該平臺結構包括支撐結構和其上的平臺構成，其特征在于支撐結構由下至上依次為張力腿、下部桁架、浮筒和上部導管架。
2.按權利要求1所述的海上平臺，其特征在于張力腿為垂直式或斜拉式。
3.按權利要求1所述的海上平臺，其特征在于浮筒為單筒或多筒。
4.按權利要求1所述的海上平臺，其特征在于上部導管架為固定式或自升式結構。
專利摘要本實用新型公開了一種抗外力強穩(wěn)定性高的海上平臺，屬于海上平臺的改進技術?？捎糜诓捎?、采氣、采礦及其它各種民用和軍用的海上可移動建筑物。該平臺結構包括支撐結構和其上的平臺構成，其特征在于支撐結構由下至上依次為張力腿、下部桁架、浮筒和上部導管架。所述的張力腿為垂直式或斜拉式，所述的浮筒為單筒或多筒，所述的上部導管架為固定式或自升式結構。本實用新型的優(yōu)點是最大限度地減少了平臺所受的水平環(huán)境荷載，尤其是風、波、潮、流、冰的作用力，從而增強平臺的穩(wěn)定和安全可靠性，并且制造成本相對較低。
文檔編號B63B35/44GK2815871SQ200520027268
公開日2006年9月13日 申請日期2005年9月6日 優(yōu)先權日2005年9月6日
發(fā)明者于國友 申請人:天津大學