專利名稱：集浮體與重力塊結(jié)合式深水系泊系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集浮體與重力塊結(jié)合式深水系泊系統(tǒng)。屬于深水系泊技術(shù)。
背景技術(shù)：
系泊系統(tǒng)在深海開發(fā)工程中起著至關(guān)重要的作用。水深的增加會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)錨鏈和錨纜系統(tǒng)的自重增加和水平剛度(有效水平拉力)減小，因而其錨泊的有效性越來越差。同時(shí)，在深水中呈自然懸鏈線形狀的錨泊系統(tǒng)覆蓋著相當(dāng)大的水域，嚴(yán)重影響到當(dāng)?shù)毓芫€與纜線的鋪設(shè)和其它船舶在該水域的錨泊。為此傳統(tǒng)的呈懸鏈線形狀的錨鏈已逐漸為拉緊和半拉緊形狀的聚酯錨纜所代替。聚酯纜的缺點(diǎn)包括第一對(duì)錨基提出了更高的要求。第二由于較大的張力及周期性波浪荷載直接傳向錨基，常常造成合成纜發(fā)生疲勞破壞。第三合成纜繩的變形同作用在其上的張力已經(jīng)不存在線性關(guān)系，且呈顯著的時(shí)間特性，因此直接模擬合成纜繩的動(dòng)力特性較為困難。
由于淺海系泊系統(tǒng)技術(shù)已相當(dāng)成熟，所以如能將深水系泊等效成若干個(gè)淺水系泊，則不僅可充分利用已有成熟技術(shù)，也可減少成本。更重要的是我國(guó)在深海系泊領(lǐng)域比較薄弱，如能有效地避開深海系泊系統(tǒng)的技術(shù)障礙則可擺脫依賴外國(guó)技術(shù)的困境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種集浮體與重力塊結(jié)合式系泊系統(tǒng)。該系統(tǒng)可有效地將深水系泊問題等效成若干個(gè)淺水系泊問題，所需覆蓋水域面積小，有效水平剛度大。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實(shí)施的，一種集浮體與重力塊結(jié)合式深水系泊系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括被錨泊對(duì)象和錨基及二者之間的錨鏈或錨纜，其特征之一在于在錨鏈或錨纜上有序地設(shè)置浮體，且在兩個(gè)浮體之間設(shè)置重力塊。被錨泊對(duì)象或各浮體與其各自下部重力塊之間的錨鏈或錨纜為向下傾斜段，各重力塊與其沿錨鏈或錨纜下部浮體之間的錨鏈或錨纜為過渡段。
一種集浮體與重力塊結(jié)合式深水系泊系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括被錨泊對(duì)象和錨基及二者之間的錨鏈或錨纜，其特征在于在被錨泊對(duì)象和錨基二者之間一部分錨鏈或錨纜有序地設(shè)置浮體，且在兩個(gè)浮體之間設(shè)置重力塊。被錨泊對(duì)象或各浮體與其各自下部重力塊之間的錨鏈或錨纜為向下傾斜段，各重力塊與其沿錨鏈或錨纜下部浮體之間的錨鏈或錨纜為過渡段。其它剩余錨鏈或錨纜為僅設(shè)置浮體或采用聚酯纜或采用金屬自然懸鏈段。
上述浮體為柱體或球體或橢球體或多面體。浮體為封閉式，或設(shè)有進(jìn)出水開關(guān)或充放氣開關(guān)。浮體為空心或輕質(zhì)實(shí)心。
上述柱體浮體為圓柱或橢圓形或矩形或多邊形柱體浮體。
上述重力塊為柱體或球體或橢球體或多面體。重力塊可為金屬或水泥塊。
上述浮體和重力塊質(zhì)量大小沿錨鏈或錨纜為均勻或非均勻分布。
上述向下傾斜段和過渡段錨鏈或錨纜為等長(zhǎng)或非等長(zhǎng)。
上述錨鏈或錨纜可為金屬材料或聚酯纜，可自然懸浮于水中，也可施加預(yù)拉力。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一是增加了深水系泊系統(tǒng)的水平剛度。浮體和重力塊使得錨鏈或錨纜與水平面的夾角始終保持不是很大，所以同等大小的錨鏈或錨纜張力將能夠提供較大的水平系泊力。同時(shí)可通過調(diào)整浮體和重力塊的大小和間距來調(diào)整此夾角以滿足不同工程的需要和工程造價(jià)。優(yōu)點(diǎn)之二是可通過調(diào)整浮體和重力塊的大小和間距來調(diào)整系泊系統(tǒng)的自振周期，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。優(yōu)點(diǎn)之三是浮體和重力塊可增加系統(tǒng)阻尼，起到減振作用。阻尼的大小除與浮體和重力塊尺寸有關(guān)外，還與其形狀有關(guān)。優(yōu)點(diǎn)之四是可通過調(diào)整浮體和重力塊的大小和間距來減少錨基的設(shè)計(jì)承載力(水平和垂直方向)，從而減少工程造價(jià)、降低施工難度。優(yōu)點(diǎn)之五是浮體分段平衡了全部或部分錨鏈或錨纜的重力，所以不論水深多大均不會(huì)使局部錨鏈或錨纜拉力過大。


圖1為本發(fā)明的全部采用浮體與重力塊對(duì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的部分采用浮體與重力塊對(duì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1——被錨泊對(duì)象，2——向下傾斜錨鏈或錨纜段，3——過渡錨鏈或錨纜段，4——浮體，5——重力塊，6——錨基。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的權(quán)利主張包括任何采用浮體和重力塊來改變錨鏈或錨纜段與水平面夾角、增加錨鏈或錨纜水平剛度、改變錨泊系統(tǒng)自振頻率、增加系統(tǒng)阻尼?？稍谝粋€(gè)系泊系統(tǒng)中全部采用浮體與重力塊對(duì)模式，也可部分采用此模式。應(yīng)用本發(fā)明可有效地將深水系泊等效成若干個(gè)淺水系泊。其中重力塊的重量可從零變?yōu)槿我獯?、浮體浮力也可根據(jù)需要任意變化。下面舉兩個(gè)例子(但不限于此)闡述本發(fā)明的實(shí)施方法。
例一、在水深2000米處設(shè)置一系泊系統(tǒng)，該系統(tǒng)共12根錨纜。每根錨纜設(shè)計(jì)承受的水平拉力為20噸，錨纜的橫截面積為0.01平方米，在水中重68kg/m。則首先在自被錨泊對(duì)象向下沿錨纜100米處(屬第一部分錨纜，方向?yàn)樾毕路?處設(shè)置凈重(水中重量，下同)為20噸的重力塊W1，并在與重力塊W1向下沿錨纜2米(屬第二部分錨纜，其方向基本為水平)處設(shè)置浮體F1，浮體F1所提供的凈浮力為26.936噸。再在浮體F1向下沿錨纜(屬第一部分錨纜)100米處設(shè)凈重為20噸的重力塊W2。浮體F1與重力塊W2之間的錨纜與水平面近似成45度角。再在與重力塊W2向下沿錨纜2米(屬第二部分錨纜)處設(shè)置浮體F2，浮體F2所提供的凈浮力為26.936噸。如此類推，依次設(shè)置重力塊和浮體，以便使第一部分錨纜基本與水平面成45度角，且錨纜成拉緊狀態(tài)，從上到下拉力基本保持為28.28噸。重力塊和浮體的數(shù)目分別為28個(gè)和27個(gè)。如需調(diào)整錨纜與水平面的夾角，只需改變重力塊和浮體的大小和數(shù)目。
如錨泊系統(tǒng)所受水平外力增大，則錨纜與水平面的夾角將減小。又由于錨纜基本處于拉緊狀態(tài)，則錨纜將被拉長(zhǎng)，拉力也將增加，從而平衡增加的水平外力(系泊力)。在施工時(shí)可在各浮體處調(diào)整錨纜拉力以保證各浮體主要承受兩個(gè)浮體間重力塊和錨纜的重力，從而使浮體和其下重力塊的主要功能為拉緊其間錨纜段。
上述例子中采用了相同尺寸浮體和重力塊，實(shí)際應(yīng)用中也可在不同錨纜段采用不同大小的浮體和重力塊。例如，可將浮體F2所提供的浮力改為41.575噸，而將重力塊W3改為凈重34.64噸，則浮體F2與重力塊W3間錨纜段與水平面的夾角近似為30度。
由于浮體和重力塊增加了系統(tǒng)阻尼，可使海面處的周期性荷載向海底傳播過程中不斷衰減，并在一定水深后趨于零，從而使一定水深后的錨纜僅受靜拉力。當(dāng)然其條件是水深足夠大，否則周期性荷載只能減小而不會(huì)衰減到零。由于周期性荷載的減小，一方面可降低對(duì)錨基的要求，另一方面又使得錨纜底部疲勞破壞的可能性也大大減小了，從而起到延長(zhǎng)系統(tǒng)使用壽命的作用。
例二、當(dāng)水深為3000米時(shí)，需將例一中系泊系統(tǒng)加以改進(jìn)。白海面向下2000米部分錨纜段采用本發(fā)明所提浮體與重力塊對(duì)形式，2000米以下部分采用僅設(shè)浮體形式。圖2所示為在W1～W28間仍采用浮體與重力塊對(duì)形式，而自W28后沿錨纜每隔100米僅布置單個(gè)浮體浮力為6.936噸的浮體13個(gè)。由于周期性荷載在W28處已得到較大的衰減，其后周期性荷載的重要性已變得較小，所以此方案可保證系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)又減少了成本。所以此方案此時(shí)具有較大優(yōu)勢(shì)。
權(quán)利要求
1.一種集浮體與重力塊結(jié)合式深水系泊系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括被錨泊對(duì)象和錨基及二者之間的錨鏈或錨纜，其特征在于，在錨鏈或錨纜上有序地設(shè)置浮體，且在兩個(gè)浮體之間設(shè)置重力塊，被錨泊對(duì)象或各浮體與其各自下部重力塊之間的錨鏈或錨纜為向下傾斜段，各重力塊與其沿錨鏈或錨纜下部浮體之間的錨鏈或錨纜為過渡段。
2.一種集浮體與重力塊結(jié)合式深水系泊系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括被錨泊對(duì)象和錨基及二者之間的錨鏈或錨纜，其特征在于，被錨泊對(duì)象和錨基二者之間一部分錨鏈或錨纜有序設(shè)置浮體，且在兩個(gè)浮體之間設(shè)置重力塊，被錨泊對(duì)象或各浮體與其各自下部重力塊之間的錨鏈或錨纜為向下傾斜段，各重力塊與其沿錨鏈或錨纜下部浮體之間的錨鏈或錨纜為過渡段，其它剩余錨鏈或錨纜為僅設(shè)置浮體或采用聚酯纜或采用金屬自然懸鏈段。
3.按權(quán)利要求1或2所述的集浮體與重力塊結(jié)合式深水系泊系統(tǒng)，其特征在于，浮體為柱體或球體或橢球體或多面體，浮體為封閉式，或設(shè)有進(jìn)出水開關(guān)或充放氣開關(guān)，浮體為空心或輕質(zhì)實(shí)心。
4.按權(quán)利要求3所述的集浮體與重力塊結(jié)合式深水系泊系統(tǒng)，其特征在于，柱體浮體為圓柱或橢圓形或矩形或多邊形柱體浮體。
5.按權(quán)利要求1或2所述的集浮體與重力塊結(jié)合式深水系泊系統(tǒng)，其特征在于，重力塊為柱體或球體或橢球體或多面體，重力塊材料為金屬或水泥。
6.按權(quán)利要求1或2所述的集浮體與重力塊結(jié)合式深水系泊系統(tǒng)，其特征在于，向下傾斜段和過渡段錨鏈或錨纜為等長(zhǎng)或非等長(zhǎng)。
7.按權(quán)利要求1或2所述的集浮體與重力塊結(jié)合式深水系泊系統(tǒng)，其特征在于，浮體浮力和重力塊質(zhì)量大小沿錨鏈或錨纜為均勻或非均勻分布。
8.按權(quán)利要求1或2所述的集浮體與重力塊結(jié)合式深水系泊系統(tǒng)，其特征在于，錨鏈或錨纜為金屬材料或聚酯纜，自然懸浮于水中，或施加預(yù)拉力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集浮體與重力塊結(jié)合式深水系泊系統(tǒng)，屬于深水系泊技術(shù)。所述的深水系泊系統(tǒng)之一為在被錨泊對(duì)象和錨基之間的錨鏈或錨纜上有序地設(shè)置浮體，且在兩個(gè)浮體之間設(shè)置重力塊。所述的深水系泊系統(tǒng)之二為在被錨泊對(duì)象和錨基之間一部分錨鏈或錨纜有序設(shè)置浮體，且在兩個(gè)浮體之間設(shè)置重力塊，其它剩余錨鏈或錨纜段僅設(shè)置浮體或采用聚酯纜或采用金屬自然懸鏈段。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于改變了系統(tǒng)的自振周期、增加了深水系泊系統(tǒng)的水平剛度與系統(tǒng)阻尼、減少了錨基的設(shè)計(jì)承載力、減少了錨泊系統(tǒng)所占水域面積，且不會(huì)使局部錨鏈或錨纜拉力過大。
文檔編號(hào)B63B21/24GK1810574SQ200610013218
公開日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2006年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月27日
發(fā)明者于國(guó)友 申請(qǐng)人:天津大學(xué)