專利名稱：用于渦激運動性態(tài)的半潛式浮動結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及深吃水半潛式浮動鉆采結(jié)構(gòu)用的系統(tǒng)和方法。更特別的是，本發(fā)明涉及用以最小化渦激運動的半潛式浮動結(jié)構(gòu)用的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
大多數(shù)用于海上鉆采的傳統(tǒng)半潛式海上平臺包括具有足夠浮力以將工作平臺支撐于水面之上的殼體。殼體一般包括支撐至少三個豎直立柱的至少兩個水平浮箱，豎直立柱支撐甲板平臺于水面之上。半潛式平臺主要由于其海上展開時的可允許運動、成本效率和碼頭區(qū)甲板上部聯(lián)合的能力，已經(jīng)變成作為惡劣環(huán)境中的使用延伸到海底的鋼懸索立管(SCR)的濕式采油樹浮動支承體的有利選擇。圖1是表示傳統(tǒng)半潛式浮動海上平臺設(shè)計的示意性透視圖，圖中只示出了殼體的水下部分。在深吃水操作形態(tài)中，傳統(tǒng)半潛式浮動海上平臺I在水體中展開，并且通過錨鏈(未示出)錨固到海底。海上平臺I 一般包括至少三個、通常四個立柱2，這些立柱彼此分開并從平臺底座3豎直延伸。在本例中，底座由與立柱2的底部2A聯(lián)接的至少三個、通常四個浮箱4形成。每個浮箱4延伸在兩個立柱底部之間。每個立柱2的典型吃水對于淺吃水平臺約20-25米(m)，而對于深吃水平臺則約35-45m。海上平臺I 一般通過錨鏈30錨泊到海底(未示出)，錨鏈30穿過連接在立柱下端的錨鏈導纜器31延伸。例如吃水20m的傳統(tǒng)半潛式平臺具有渦激運動(VM)，由于源自淺吃水的小VM激勵，該渦激運動是可接受地小。渦激運動(VM)或渦激振動(VIV)是由外部流的周期不規(guī)則性在面對外部流的物體上所引發(fā)的運動。術(shù)語VIM —般應用于錨泊浮動結(jié)構(gòu)，術(shù)語VIV應用于SCR和其它立管。流體具有某種粘性，圍繞物體如水中柱體的液流在與其表面接觸時減慢，形成邊界層。在某一點，該邊界層可能從物體分離。于是渦流形成，改變沿表面的壓力分布。當渦流不是相對物體中平面圍繞物體對稱形成時，則在物體的每一側(cè)上形成不同的升力，因而導致橫向于液流的運動。VIM和VIV是海上石油勘探開發(fā)平臺、立管、和其它結(jié)構(gòu)的疲勞損壞的重要源由。這些結(jié)構(gòu)既經(jīng)受液流又經(jīng)受上下(top-end)船體運動，其導致流-結(jié)構(gòu)的相對運動。相對運動會導致VM/VIV “鎖定”?！版i定”在折合速度時發(fā)生，Um是取決于流動條件的臨界范圍，可根據(jù)下式表示:
5<Ur=uTn/D<7Ur:基于錨泊浮動結(jié)構(gòu)的固有周期的折合速度u:液流速度(米/秒)Tn:浮動結(jié)構(gòu)在沒有海流的靜水中的固有周期(秒)D:立柱的直徑或?qū)挾?米)鎖定在渦脫頻率變?yōu)榻咏Y(jié)構(gòu)的固有振動頻率時發(fā)生。鎖定發(fā)生時，會導致大的和破壞性的振動。已經(jīng)知道，與帶有較短立柱的淺吃水半潛式平臺相比，深吃水半潛式平臺遭受較長立柱的增加的激勵長度所導致的VIM。因此，仍存在提高半潛式浮動結(jié)構(gòu)、特別是深吃水半潛式浮動結(jié)構(gòu)關(guān)于VIM的性態(tài)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出帶有立柱和聯(lián)接在立柱之間的浮箱的半潛式海上平臺，所述立柱在每個立柱的底部上具有擴大底座。擴大底座形成具有從立柱周邊向外水平延伸的水平尺寸的立柱底部部分。擴大底座可以從與所述至少一個立柱底座聯(lián)接的立柱起向外延伸該立柱的寬度的至少10%。在一些實施方式中，擴大底座可以從立柱起朝所有方向這里“對稱”地延伸，而在其它實施方式中，擴大底座可以從立柱起朝少于所有方向的方向這里“非對稱”地延伸。擴大底座可以是單一體積體，或是多個不連接的體積體。擴大底座改變圍繞底座和立柱的流動型式，因此破壞渦脫規(guī)律性(coherence)。這種擴大底座的一個例子是與立柱同心的45度旋轉(zhuǎn)方形體。該旋轉(zhuǎn)方形底座的內(nèi)角落區(qū)可以經(jīng)過加工，以便與浮箱寬度吻合。該方形底座的外角落區(qū)也可為構(gòu)造方便或其它設(shè)計考慮而進行加工。盡管底座高度可以相對浮箱高度從更低向更高變化，但擴大底座的高度一般與浮箱高度至少相同，并且在一些實施方式中要更高。當擴大底座高于浮箱時，底座頂部處在浮箱頂部與平臺浮于其中的水面之間的高度。在至少一個實施方式中，底座高度可以在平臺吃水的20%到60%之間。在一些實施方式中，浮箱體積可以與底座擴大成反比地減少，以便有同等的總浮力。底座本身可以在底座的底部附近進一步增加尺寸，以適應其它要求，如碼頭區(qū)處的浮力?？梢韵嘈诺氖?，擴大底座破壞沿立柱長度的渦脫規(guī)律性，因此降低VM。還可相信的是，某種程度上中斷了沿立柱長度的渦脫規(guī)律性，減少立柱的有效VIM激勵長度。顯示出立柱之間的渦脫的同步性也有某種程度中斷。期待VM應小于類似的具有恒定橫截面立柱的深吃水半潛式平臺?？梢韵嘈诺氖?，底座和其對立柱型廓的結(jié)構(gòu)中斷，形成中斷整體渦流的干擾渦流。干擾渦流的產(chǎn)生對于通常追求限制渦流產(chǎn)生和尋求提供海上結(jié)構(gòu)周圍平穩(wěn)流動的典型工業(yè)設(shè)計努力在常識上是相悖的。另外，高于傳統(tǒng)浮箱，則通過提供更大阻尼使VIM甚至更小。本發(fā)明提供具有改進的渦激運動的半潛式浮動海上結(jié)構(gòu)，該海上結(jié)構(gòu)包括:與一甲板連接并彼此分開的多個立柱，立柱具有從立柱底部到甲板測量的立柱高度；與至少兩個立柱連接的至少兩個立柱底座，立柱底座具有底座高度；及與所述立柱、立柱底座或它們的組合中的至少之一連接的至少兩個浮箱，浮箱具有浮箱高度；其中，海上結(jié)構(gòu)具有用于浮動在水中的吃水高度，至少一個立柱底座的底座高度為吃水高度的20%-60%，并且所述至少一個立柱底座的延伸寬度為與所述至少一個立柱底座相聯(lián)接的立柱的寬度的至少10%。本發(fā)明提供改進半潛式浮動海上平臺的渦激運動的方法，海上平臺具有:與一甲板相聯(lián)接并彼此分開的多個立柱，立柱具有從立柱底部到甲板測量的立柱高度；與至少兩個立柱相聯(lián)接的至少兩個立柱底座，立柱底座具有底座高度；及與所述立柱、立柱底座或它們的組合中的至少之一相聯(lián)接的至少兩個浮箱，浮箱具有浮箱高度；其中，海上結(jié)構(gòu)具有用于浮在水中的吃水高度，并且至少一個立柱底座的底座高度為吃水高度的至少20%-60%，所述至少一個立柱底座的延伸寬度為與所述至少一個立柱底座連接的立柱的寬度的至少10%，該方法包括:允許水流經(jīng)過海上結(jié)構(gòu)；當水流經(jīng)過立柱和立柱底座時,在至少一個所述立柱及與立柱相聯(lián)接的立柱底座周圍產(chǎn)生干擾渦流，來破壞海上結(jié)構(gòu)周圍的渦脫的規(guī)律性。


圖1是表示傳統(tǒng)半潛式浮動海上平臺設(shè)計的示意性透視圖，該圖只示出殼體的水下部分。圖2A是表示根據(jù)這里教導的帶有擴大立柱底座的示例性半潛式浮動海上平臺的示意性透視圖。圖2B是圖2A的示例性半潛式浮動海上平臺的示意俯視圖。圖2C是圖2A的示例性半潛式浮動海上平臺的示意側(cè)視圖。圖2D是表示圖2B的示例性半潛式浮動海上平臺的變型的示意性透視圖。圖3A是表示根據(jù)這里教導的帶有擴大底座的可替換的示例性半潛式浮動海上平臺的示意性透視圖。圖3B是與圖3A所示實施方式類似的可替換的示例性半潛式浮動海上平臺的示意側(cè)視圖，主要不同在于浮箱相對底座的高度。圖4A是示例性立柱和立柱底座的示意俯視圖。圖4B是另一示例性立柱和立柱底座的示意俯視圖。圖4C是另一示例性立柱和立柱底座的示意俯視圖。圖4D是另一示例性立柱和立柱底座的示意俯視圖。圖4E是另一示例性立柱和立柱底座的示意俯視圖。圖5是另一示例性半潛式浮動海上平臺的示意俯視圖。圖6是用于對比傳統(tǒng)半潛式浮動海上平臺設(shè)計與這里描述的新設(shè)計的各種實施方式之間的性態(tài)的各種測試構(gòu)型的渦激運動(VIM)圖。
具體實施例方式上述附圖和下面對特殊結(jié)構(gòu)及功能的書面描述并非呈現(xiàn)來限定申請人所提出發(fā)明的范圍或所附權(quán)利要求的范圍。所述附圖和書面描述而是提供來教導本領(lǐng)域技術(shù)人員如何實現(xiàn)和使用尋求專利保護的發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員會認識到的是，出于清楚和理解原因，不是本發(fā)明的商業(yè)實施方式的所有特征都被描述或示出。本領(lǐng)域技術(shù)人員還會認識到的是，對包括本發(fā)明一些方面的實際商業(yè)實施方式的開發(fā)還要求許多具體實施決策，以達到開發(fā)者對于所述商業(yè)實施方式的最終目標。這些具體實施決策可以包括可隨具體實施、地點、和不同時間變化的與系統(tǒng)相關(guān)、商業(yè)相關(guān)、政府相關(guān)和其它的約束的順從性，但可能地并不限于此。即便開發(fā)者的努力可能在絕對意義上是耗時的和復雜的，但這種努力對于受益于本發(fā)明公開的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說會是常規(guī)任務。必須明白的是，這里公開和教導的本發(fā)明可以有許多種不同的改變和替代方式。單數(shù)詞匯如“a”、但不限于“a”的使用，并不意在對物件數(shù)量的限制。同樣，關(guān)系詞匯如“頂部”、“底部”、“左”、“右”、“上”、“下”、“向下”、“向上”、“側(cè)”和類似詞匯但又不限于它們的使用，出于清楚特別參照附圖在書面描述中使用，而并不意在限制所附權(quán)利要求或本發(fā)明的范圍。適當時，某些零件用數(shù)字后帶字母字符來標注，以表示數(shù)字編號零件的特殊構(gòu)件，以便有助于結(jié)合附圖描述結(jié)構(gòu)，但是除非特別指出，其在權(quán)利要求中并不是限制性的。當整體上提及這類構(gòu)件時，使用沒有字母的數(shù)字。另外，這些標注并不限制可用于該功能的構(gòu)件數(shù)目。本發(fā)明提出一種帶有立柱并帶有聯(lián)接在立柱之間的浮箱的半潛式海上平臺，在每個立柱底部上都具有一擴大底座。擴大立柱底座的高度可以與浮箱高度至少相同，并且在至少一個實施方式中可以為平臺吃水的大約50%。擴大底座可以改變底座和立柱周圍的液流形狀以降低VIM。底座的外角落區(qū)可以按一角度加工。可選地，立柱的下部分可以向外水平延伸，以便形成具有類似特征的有效擴大底座。在一些實施方式中，浮箱體積可以與底座擴大成反比地縮小，以便具有同等的總浮力。圖2A是表示根據(jù)此處教導的帶有擴大立柱底座的示例性半潛式浮動海上平臺的示意性透視圖。圖2B是圖2A的示例性半潛式浮動海上平臺的示意俯視圖。圖2C是圖2A的示例性半潛式浮動海上平臺的示意側(cè)視圖。這些附圖將彼此相結(jié)合來進行描述。示例性海上平臺5可以包括彼此分開并且豎直延伸到甲板21的四個立柱6，但也可使用更少或更多的立柱。立柱6與立柱底座8相聯(lián)接。立柱底座8通常圍繞立柱相對立柱6擴大，因此這里稱為是“對稱”的，但是圍繞立柱擴大或延伸的量可以變化。立柱底座8的底座橫截面尺寸“B”大于立柱6的相應立柱橫截面尺寸“C”，其中，這些尺寸從相關(guān)結(jié)構(gòu)的外側(cè)進行測量。至少一個立柱底座超過與該底座相聯(lián)接的立柱延伸這里稱為延伸寬度“E”的量。延伸寬度E的量可以為與所述至少一個立柱底座相聯(lián)接的立柱的寬度的至少10%，超過立柱至少20%、有利地至少30%。下面將廣義地使用術(shù)語“寬度”，該術(shù)語“寬度”用于表示從立柱一側(cè)經(jīng)過立柱中間到一相對外側(cè)點的穿過立柱或底座的平均寬度，如果立柱為圓形或橢圓形，則穿過圓形立柱的平均寬度。例如，矩形立柱的寬度是垂直于邊側(cè)測量的。六邊形或八邊形立柱具有從一面到相對面經(jīng)過八邊形中心垂直測量的寬度。圓形立柱具有經(jīng)過直徑的寬度。矩形立柱的寬度為來自經(jīng)過短邊和長邊的垂直尺寸的平均值。橢圓立柱的寬度是來自經(jīng)過橢圓中心的短軸和長軸的平均值。對于沒有直接對齊的相對邊的異形立柱，如三角形或五邊形，寬度可以垂直于一邊經(jīng)過立柱中心到相對角來進行測量。這樣，在至少一個實施方式中，底座超過立柱的最小延伸可以這樣來確定:測量立柱寬度并將該尺寸乘以10%，以確定超過立柱的底座延伸量。立柱底座可以具有底座高度“HB”，立柱可以具有從立柱底部26到甲板21的立柱高度Hc。立柱底座8可以有效地替代沒有底座的傳統(tǒng)立柱6的一部分長度，使立柱長度有效地為Hc’，這樣就縮短了與經(jīng)過立柱的水流相關(guān)的有效立柱長度。立柱底座8可以圍繞立柱6的一部分，或者與立柱底部相聯(lián)接。錨鏈30 —般通過錨鏈導纜器31與立柱底座8滑動連接。
在深吃水操作形態(tài)中，半潛式浮動海上平臺5可以在水體中展開。一般地，吃水“Hd”從結(jié)構(gòu)底部到平均水面22進行測量。在至少一些實施方式中，底座高度Hb可以為半潛式浮動海上平臺的吃水Hd的一較大百分比，如約20%-60%和它們之間的任何增量百分比(如21%-59%、30%-50%、20.1%-59.9%，如此等等)，更嚴格地約為40%_60%和它們之間的任何增量百分比，有利地約為吃水的50%。立柱底座8通過浮箱7聯(lián)接在一起，以形成平臺底座10。一般說來，任何給定立柱、與立柱相聯(lián)接的立柱底座、或它們的組合，將與至少兩個浮箱相聯(lián)接，以形成浮箱和立柱/底座的封閉組件。浮箱7具有浮箱寬度“P”和浮箱高度“H/’。在圖2A中所示的示例性實施方式中，浮箱的寬度基本恒定。底座高度Hb—般至少與浮箱高度Hp相同。在一些實施方式中，底座高度Hb大于浮箱高度HP，從而底座8的頂部28布置于浮箱頂部27與水面22之間。擴大立柱底座有助于破壞沿整個立柱長度的渦脫的規(guī)律性。得到證實的是，破壞規(guī)律性是當水流經(jīng)過立柱和立柱底座時在立柱和立柱底座周圍產(chǎn)生干擾渦流的附加結(jié)構(gòu)所造成的。干擾局部渦流對抗對于浮動海上結(jié)構(gòu)的整體渦流，以便在渦流中產(chǎn)生局部擾亂。在傳統(tǒng)的海上船只設(shè)計中通常應避免這些局部擾亂。但是，本發(fā)明者意識到，有意產(chǎn)生這種局部渦流可以有效用于擾亂對·浮動海上結(jié)構(gòu)的整體渦流，降低整體VM。在至少一個實施方式中，立柱底座8的側(cè)面25可以與立柱6的側(cè)面24成角度“ α ”地取向，從而立柱底座相對立柱有效地被“轉(zhuǎn)動”。相對在平臺5 —給定側(cè)面上的立柱之間所劃的線16的角度“ α ”可以在10-80度之間，可以是它們之間的任何角度，有利地在30-60度之間，更有利地為45度。應理解的是，角度測量并不意味著應是準確測量，而是意在描述對于這種大型結(jié)構(gòu)在通常的工程和結(jié)構(gòu)參數(shù)中的角度?？梢詷?gòu)造(“加工”)內(nèi)角落區(qū)23，以便與配套浮箱7的寬度吻合。作為選擇，外角落區(qū)9也可經(jīng)過加工以適應構(gòu)造需要。加工角落區(qū)的角度“ β ”的量可以與立柱底座的角度“ α ”的量相似。在描述每個角落區(qū)9、23時，可以理解的是，底座的其他角落區(qū)可以類似地形成。另外，當?shù)鬃D(zhuǎn)動時，可以調(diào)節(jié)底座在被轉(zhuǎn)動側(cè)面在立柱外的延伸寬度Ε’的合成量，以滿足預先建立的底座延伸超過立柱的百分比標準。與傳統(tǒng)半潛式浮動海上平臺相比，平臺底座3總體積百分比可以轉(zhuǎn)變到擴大的立柱底座8，從而降低浮箱7總體積百分比。該轉(zhuǎn)變有效地降低海上平臺5上的沉重載荷，因為對于每個立柱6作用在遠分開的立柱底座8上的波浪力，由于波相位，不會同時達到最大。在一非限定例子中，浮箱7可以大約為IOm (米)寬及12m高。浮箱的典型長度可以約為48m。底座8的典型高度Hb可以約為20m，立柱6的典型吃水可以從立柱底部26到水面22約為41m高。立柱6可以在水面22以上到甲板21另外延伸20m高，從而從底部26到甲板21的立柱6的總高度He約為61m，立柱的有效高度H?！癁?1m，即立柱高度與底座高度之差。在立柱底部26上的立柱底座8有效地縮短立柱6在遇到立柱底座8之前的立柱長度，有助于破壞立柱與立柱底部之間的渦脫的規(guī)律性。圖2D是表示圖2B的示例性半潛式浮動海上平臺的一變型的示意性透視圖。平臺5包括多個與立柱底座8相聯(lián)接的立柱6和連接在它們之間的浮箱7。立柱底座8和浮箱7形成平臺底座10。立柱6和立柱底座8的橫截面形狀整體為圓形。立柱底座8的橫截面尺寸B大于立柱6的橫截面尺寸C，以留出超過底座的延伸寬度E，如上面描述的。如果適當，立柱6的內(nèi)表面23’可以進行加工，以便與浮箱7連接。圖3A是表示根據(jù)此處教導的帶有擴大底座的可替換的示例性半潛式浮動海上平臺的示意性透視圖。圖3B是與圖3A所示實施方式類似的可替換的示例性半潛式浮動海上平臺的示意側(cè)視圖，但主要區(qū)別在于浮箱相對底座的高度。這些圖將彼此結(jié)合進行描述。半潛式浮動海上平臺5可以包括與立柱6相結(jié)合的有效立柱底座8’。立柱底座8’可以由立柱水平延伸部11形成，立柱水平延伸部11在立柱6的一個或多個外側(cè)面上與立柱6的下部分相聯(lián)接，沒有圍繞整個立柱，因此這里稱為是“不對稱”的，其中不對稱的量可以變化。水平延伸部11在該區(qū)域中有效地擴大立柱6，形成如參照圖2A-2D中的立柱底座8運行的包括立柱水平延伸部的有效立柱底座8’。有效立柱底座8’的橫截面尺寸B大于立柱6的橫截面尺寸C，從而產(chǎn)生立柱底座8，相對立柱6的延伸寬度E。因此有效地縮短了立柱6在遇到有效立柱底座8，之前與圍繞立柱外部部分的水流相關(guān)的長度。立柱水平延伸部11在立柱6的外部部分上于立柱水平延伸部的頂部建立立柱的有效外底部26’，因此與沒有立柱底座8’的立柱相比，有效地縮短了立柱。作為選擇，角落區(qū)9可以是尖銳的或是有角度的，如這里所描述的。還是如上所述的，通過浮箱7連接帶有有效立柱底座8’的立柱6，以形成平臺底座10。另外，立柱延伸部11可以相對立柱錯開，以在立柱6上的側(cè)面32與有效底座8’上的側(cè)面33之間形成間隙29，這些側(cè)面在圖3B所示的實施方式中遠離開立柱水平延伸部11的外側(cè)面34。間隙29引入也可產(chǎn)生渦流以中斷浮動海上平臺周圍的整體渦流及另外改變底座和立柱周圍的液流形狀以降低VM的結(jié)構(gòu)。在其它方面中，該類設(shè)計可以用于更新如圖1中所示的現(xiàn)有傳統(tǒng)平臺，以根據(jù)這里的教導受益。與圖2A-2C中的實施方式類似地，浮箱體積百分比轉(zhuǎn)變到每個立柱的有效立柱底座。該轉(zhuǎn)變有效降低波相位造成的平臺上的沉重載荷。在該特殊的非限定例子中，浮箱寬度可以變化，可以在中段7A寬為10m，在端部7B寬為16m，并且高為12m。該浮箱的長度可以為48m。立柱水平延伸部11的高度Hb可以是20m，從立柱外側(cè)到延伸部外側(cè)水平測量的在立柱外的延伸寬度E為8m。立柱可以從底部26起高Hc為61m，而有效高度Hc’為41m。作業(yè)吃水Hd可以為41m，因此立柱6在正常吃水位置可以在水面22以上延伸約20m。如上參照，立柱水平延伸部11的高度Hb可以為吃水高度Hd的一大部分，如為吃水高度的約20%-60%和它們之間的任何增量百分比，約40%-60%，有利地約50%。作為有效立柱底座8’，立柱水平延伸部11有助于破壞沿立柱長度的渦脫的規(guī)律性。圖4A是示例性立柱和立柱底座的示意俯視圖。立柱6可以布置在對稱的立柱底座8A上或其中。一個或更多的外角落區(qū)9可以是尖銳的，一個或更多的內(nèi)角落區(qū)23可以被加工以與相配的浮箱7的寬度吻合。底座8A可以對稱延伸超過立柱6A，具有延伸寬度E。延伸寬度E’可以足夠大，以滿足上述的預先建立的關(guān)于底座延伸超過立柱的百分比標準。圖4B是另一示例性立柱和立柱底座的示意俯視圖。立柱6B可以布置于具有延伸寬度E的對稱的立柱底座8B上或其中。外角落區(qū)9可以按一角度加工，內(nèi)角落區(qū)23可以加工以與相配浮箱7的寬度吻合。延伸寬度E’可以足夠大，以滿足上述的預先建立的關(guān)于底座延伸超過立柱的百分比標準。
圖4C是另一示例性立柱和立柱底座的示意俯視圖。有效立柱底座8’A與立柱6C相聯(lián)接，具有立柱外的延伸寬度E。有效立柱底座8’A不對稱地布置在立柱6C周圍。有效立柱底座8’A由可以在立柱6C的兩個外側(cè)面上與立柱6C相聯(lián)接的立柱水平延伸部IlA形成。立柱水平延伸部IlA可以與立柱6C相聯(lián)接，留有遠離延伸部IlA的外表面34形成的間隙29A、和遠離延伸部的外表面35形成的間隙29B。延伸部的外角落區(qū)9可以是尖銳的。延伸寬度E’可以足夠大，以滿足上述的預先建立的關(guān)于底座在立柱外延伸的百分比標準。圖4D是另一示例性立柱和立柱底座的示意俯視圖。有效立柱底座8’B與立柱6D相聯(lián)接，具有延伸寬度E。如俯視圖所示，有效立柱底座8’C不對稱地布置于立柱6D周圍。有效立柱底座8’A由可以在立柱6的兩個外側(cè)面上與立柱6D相聯(lián)接的立柱水平延伸部IlB形成。立柱水平延伸部IlA可以與立柱6C相聯(lián)接，留出遠離延伸部的外表面34形成的間隙29A、和遠離延伸部的外表面35形成的間隙29B。外角落區(qū)9可以按一角度加工。圖4E是另一示例性立柱和立柱底座的示意俯視圖。有效立柱底座8’C與立柱6E相聯(lián)接，具有延伸寬度E。如俯視圖中所示，有效立柱底座8’ C不對稱地布置于立柱6E周圍。立柱水平延伸部IlC可以與立柱6E的外側(cè)面相聯(lián)接。立柱水平延伸部IlC可以與立柱6E相聯(lián)接，在延伸部IlC的側(cè)面上留出間隙29A和29B。間隙暴露出幫助產(chǎn)生渦流以破壞海上結(jié)構(gòu)周圍的渦流規(guī)律性并減少VM的結(jié)構(gòu)。另一立柱水平延伸部IlD可以與立柱6E的另一外側(cè)面相聯(lián)接。立柱水平延伸部IlD可以與立柱6E相聯(lián)接，在延伸部IlD的側(cè)面上留出間隙29C和間隙29D。示例性立柱底座和有效立柱底座能以各種方式組合。例如，一特殊浮動海上平臺上的所有立柱可以具有相同或相似設(shè)計的對稱或不對稱的底座。作為變型，一特殊浮動海上平臺上的立柱可以具有不相似的對稱或不對稱的底座，其中一立柱與另一立柱相比可以具有不同的底座。圖5是另一示例性半潛式浮動海上平臺的示意俯視圖。立柱6可以與一個或更多布置于立柱之間的浮箱7相聯(lián)接。具有立柱水平延伸部IlA的有效立柱底座8A可以沿從立柱6A的第一方向水平布置于外側(cè)。作為例子，立柱水平延伸部IlA可以與立柱6A相聯(lián)接，在延伸部IlA的側(cè)面上留出間隙29A和間隙29B。具有立柱水平延伸部IlB的另一立柱底座8B可以在沿與第一方向不同的從其對應立柱6B起的第二方向水平布置于外側(cè)。具有立柱水平延伸部IlC的另一立柱底座8C可以沿與第一方向和第二方向不同的從其對應立柱6C起的第三方向水平布置于外側(cè)。具有立柱水平延伸部IlD的另一立柱底座8D可以沿與第一、第二及第三方向不同的從其對應立柱6D起的第四方向水平布置于外側(cè)。其它組合也是可以的，其中包括在兩個立柱上的側(cè)面上設(shè)置水平延伸部，這些水平延伸部沿從它們對應立柱起的相同方向布置。例子圖6是各種測試構(gòu)型的渦激運動(VM)圖，用以對比傳統(tǒng)半潛式浮動海上平臺設(shè)計與這里描述的新設(shè)計的各種實施方式之間的圍繞海上平臺5的所導致的VM和性態(tài)。圖6表示從這種VM試驗結(jié)果得到的代表性圖。試驗在靜水船模試驗池中用拖車(carriage)拖曳模型進行，以模擬均勻和恒定的水流。一彈簧連接于模型的每個角落區(qū)，彈簧的另一端被固定在拖車上。通過光學跟蹤系統(tǒng)測量模型自由運動的六個自由度，并通過內(nèi)聯(lián)稱重傳感器測量每個彈簧的張力。拖車的速度是可調(diào)節(jié)的，通過多次拖曳覆蓋整個興趣速度范圍。情形1、2和3全為如圖3A中例舉的類型。情形I包括具有立柱水平延伸部的非對稱底座的立柱，該立柱水平延伸部從立柱向外延伸大約8m，底座高度％比與立柱、底座或它們的組合相接合的浮箱的高度Hp高6m。情形2包括具有立柱水平延伸部的非對稱底座的立柱，該立柱水平延伸部從立柱向外延伸約9m，底座高度Hb比與立柱、底座或它們的組合相接合的浮箱的高度Hp高3m。情形3包括具有立柱水平延伸部的非對稱底座的立柱，該立柱水平延伸部從立柱向外延伸約10.5m，底座高度％基本等于與立柱、底座或它們的組合相結(jié)合的浮箱的高度HP。情形4包括沒有立柱底座的與浮箱相接合的傳統(tǒng)立柱。通常，Y軸上的關(guān)于平臺的VM因子的大小基于X軸上的水流因子以45度航向(heading)畫出。該圖表現(xiàn)式(I)相對式(2)的響應，其中，式(I)指在X軸上，水流速度乘以靜水中的結(jié)構(gòu)的固有周期，再除以立柱(或立柱底座)寬度，式(2)指在Y軸上，平臺結(jié)構(gòu)運動幅度除以立柱(或立柱底座)寬度。如圖6中所示，傳統(tǒng)平臺(情形4)在試驗結(jié)果中具有最差的VIM。情形1-3顯著降低VIM?？梢栽O(shè)想利用上面描述的本發(fā)明的一個或更多方面的其它和更多的實施方式，而不脫離本發(fā)明的精神。例如，可以使用不同數(shù)量的立柱和底座，可以使用具有不同形狀的不同長度的立柱和底座。系統(tǒng)中的其它變化也是可以的。另外，這里描述的各種方法和實施方式可被包括在彼此組合中，以產(chǎn)生所公開的方法和實施方式的變型。對單數(shù)零件的討論可以包含多個零件，反之亦然。參照至少一物件隨后參照所述物件可以包括一個或更多的物件。同樣，實施方式的各個方面可以彼此相結(jié)合使用，以達到本發(fā)明的設(shè)定目標。除非文中另外要求，詞匯“comprise(包括)”或其變化如“comprises”或“comprising”,應理解為意味著至少包含所描述的零件或步驟或者零件組或步驟組或者其等效物，而不排除更大數(shù)量的或任何其他的零件或步驟或者零件組或步驟組或其等效物。裝置或系統(tǒng)可以沿許多方向和朝向被使用。詞匯“C0Upled”、“C0Upling”、“coupler”和類似詞匯在這里廣義使用，可以包括用于在其中緊固(securing)、固接(binding)、粘接(bonding)、固定(fastening)、附接(attaching)、連接(joining)、插入(inserting)、在其上或其中形成、連通、或另外地例如通過機械、磁、電、化學、可操作地、直接或間接地利用中間零件使構(gòu)件的一個或更多元件相連在一起的任何方法或裝置，另外還可無限制地包括以單元方式將一功能構(gòu)件與另一功能構(gòu)件整體形成。聯(lián)接可以沿任何方向進行，其中包括轉(zhuǎn)動地聯(lián)接。除非特別限定，步驟的次序能以各種順序進行。這里描述的各種步驟可以與其它步驟相組合，插入所描述的步驟，和/或分為多個步驟。類似地，已經(jīng)對零件在功能方面進行了描述，這些零件可以體現(xiàn)為分開的組成件，或者可以組合成具有多個功能的組成件。已經(jīng)在優(yōu)選實施方式和其它實施方式的背景下對本發(fā)明進行了描述，但并非對本發(fā)明的每個實施方式都進行了描述?；谶@里包含的公開內(nèi)容，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以對所描述的實施方式進行顯而易見的變化和改變。公開和未公開的實施方式并不意在限制或約束申請人提出的本發(fā)明的范圍或適用性，而是根據(jù)專利法，申請人意圖充分保護屬于下述權(quán)利要求的等同范圍或領(lǐng)域內(nèi)的所有這類變化和改進。
權(quán)利要求
1.具有改進的渦激運動的半潛式浮動海上結(jié)構(gòu)，所述半潛式浮動海上結(jié)構(gòu)包括: 與一甲板相聯(lián)接并且彼此分開的多個立柱，所述立柱具有從立柱底部到甲板測量的立柱高度； 與至少兩個立柱相聯(lián)接的至少兩個立柱底座，所述立柱底座具有底座高度；和 與所述立柱底座、立柱、或它們的組合中的至少之一相聯(lián)接的至少兩個浮箱，所述浮箱具有浮箱高度； 其中，所述海上結(jié)構(gòu)具有用于浮在水中的吃水高度，至少一個立柱底座具有為所述吃水高度的20%-60%的底座高度，并具有為與所述至少一個立柱底座相聯(lián)接的立柱的寬度的至少10%的延伸寬度。
2.如權(quán)利要求1所述的半潛式浮動海上結(jié)構(gòu)，其中，所述底座高度為所述吃水高度的40%-60%。
3.如權(quán)利要求1所述的半潛式浮動海上結(jié)構(gòu)，其中，至少一個所述立柱底座的頂部高于至少一個所述浮箱的 頂部。
4.如權(quán)利要求1所述的半潛式浮動海上結(jié)構(gòu)，其中，至少一個所述立柱底座從與立柱底座相聯(lián)接的至少一個所述立柱對稱地延伸。
5.如權(quán)利要求4所述的半潛式浮動海上結(jié)構(gòu)，其中，至少一個所述立柱底座的頂部高于至少一個所述浮箱的頂部。
6.如權(quán)利要求1所述的半潛式浮動海上結(jié)構(gòu)，其中，至少一個所述立柱底座從與立柱底座相聯(lián)接的至少一個所述立柱向外非對稱地延伸。
7.如權(quán)利要求7所述的半潛式浮動海上結(jié)構(gòu)，其中，至少一個所述立柱底座的頂部與至少一個所述浮箱的頂部至少同高。
8.如權(quán)利要求1所述的半潛式浮動海上結(jié)構(gòu)，其中，至少一個所述立柱底座相對與立柱底座相聯(lián)接的立柱錯開，以在立柱上的一側(cè)面與立柱底座上的一側(cè)面之間形成間隙，其中所述立柱上的一側(cè)面與所述立柱底座上的一側(cè)面遠離所述立柱底座的一外側(cè)面。
9.如權(quán)利要求1所述的半潛式浮動海上結(jié)構(gòu)，其中，至少一個所述立柱底座包括立柱水平延伸部。
10.如權(quán)利要求9所述的半潛式浮動海上結(jié)構(gòu)，其中，所述立柱水平延伸部具有從平臺向外延伸的角落區(qū)，所述角落區(qū)以相對沿平臺一側(cè)面的兩個所述立柱之間所劃的線成10-80度之間的角度形成。
11.如權(quán)利要求1所述的半潛式浮動海上結(jié)構(gòu)，其中，至少一個所述立柱底座的側(cè)面與立柱的至少一個側(cè)面成角度地取向。
12.如權(quán)利要求11所述的半潛式浮動海上結(jié)構(gòu)，其中，所述角度相對沿平臺一側(cè)面的兩個所述立柱之間所劃的線成10-80度。
13.如權(quán)利要求1所述的半潛式浮動海上結(jié)構(gòu)，其中，所述半潛式浮動海上結(jié)構(gòu)包括至少三個立柱、及與所述至少三個立柱相聯(lián)接的至少三個立柱底座。
14.用于改進半潛式浮動海上平臺的渦激運動的方法，所述海上平臺具有:與一甲板相聯(lián)接并彼此分開的多個立柱，所述立柱具有從立柱底部到甲板測量的立柱高度；與至少兩個立柱相聯(lián)接的至少兩個立柱底座，所述立柱底座具有底座高度；及與所述立柱底座、立柱或它們的組合中的至少之一相聯(lián)接的至少兩個浮箱，所述浮箱具有浮箱高度；其中，海上結(jié)構(gòu)具有用于浮在水中的吃水高度，至少一個立柱底座具有為所述吃水高度的20%-60%的底座高度，并具有為與所述至少一個立柱底座相聯(lián)接的立柱的寬度的至少10%的延伸寬度，所述方法包括: 允許水流經(jīng)過海上結(jié)構(gòu)；和 當水流經(jīng)過立柱和立柱底座時,在至少一個所述立柱及與立柱相聯(lián)接的立柱底座周圍產(chǎn)生干擾渦流，來破壞半潛式浮動海上結(jié)構(gòu)周圍的渦脫的規(guī)律性。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，所述方法還包括破壞立柱之間的渦脫的同步性。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，至少一個所述立柱底座與至少一個所述立柱相聯(lián)接，以在立柱上的一側(cè)面與立柱底座上的一側(cè)面之間形成間隙，所述立柱上的一側(cè)面與所述立柱底座上的一側(cè)面遠離所 述立柱底座的一外側(cè)面；所述方法還包括:在所述間隙周圍廣生潤流，以破壞潤脫的規(guī)律性。
全文摘要
本發(fā)明提供帶有立柱(6)和連接在立柱之間的浮箱(10)的半潛式海上平臺(5)，所述立柱在每個立柱的底部上具有擴大底座(8)。擴大立柱底座的高度可以至少與浮箱高度相同，在至少一個實施方式中，其可以大約為平臺吃水的50%。擴大底座可以改變底座和立柱周圍的水流形狀以降低VIM。底座一外角落區(qū)可按一角度加工。可選地，立柱下部分可向外水平延伸，以形成具有類似特征的有效擴大底座。在一些實施方式中，浮箱體積可以與底座擴大成反比地減少，以具有同等的總浮力。
文檔編號B63B35/44GK103221302SQ201180053938
公開日2013年7月24日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者徐琦 申請人:泰克尼普法國公司