水上浮动平台及其降低风浪载荷的方法技术

水上浮动平台降低风浪载荷作用的使用方法是，在临界以上风浪中，令平台具有较小的水线面积或储备浮力，或使之下潜，或使之分为小跨度构件块，以便降低风浪载荷作用；在临界以下风浪中，令平台具有较大的水线面积或储备浮力，并保持良好整体刚性结构，以便具有保持正常上浮状态下的作业能力。本平台具有轮廓或浮力可变的结构，具有下潜深度控制装置，具有分块变自由度连接的结构，以便采用所述降低风浪载荷的使用方法。本平台的系统结构的强度只需抗御降低了的风浪载荷作用，因而结构大幅度轻量化。本发明专利技术特别可以提供大跨度、大面积、作业时具有高整体刚度的平台。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水上浮动平台及其降低风浪载荷及锚系拉力的方法。该平台具有各种水上作业、后勤等用途；特别需要降低平台结构风浪载荷及锚系拉力，以便使平台的系统结构轻量化。
技术介绍
海洋的开发和利用在经济、科学及军事上具有多方面的迫切需求。但是，在现有技术中，水上特别是海上作业基地的设置存在很大困难，受到技术上和经济上的各种限制，因而很难付之实现。现有技术中比较成熟的，只有石油钻采水上平台、海上科学或军事考察舰船等。水上机场只存在极个别的特殊事例。布署水上作业基地的许多困难都与海洋环境特别是风浪作用相关。一、风浪环境的对策技术效果有限，导致水上浮动平台结构笨重、造价高------现有技术中，长期定点坚持于离岸水域的水上浮动设施所采用的风浪环境对策主要是以下几类1.强力抵御------按照50年或百年一遇的最大风浪载荷提高设施的强度，其中至少包括提高设施本身的强度及锚系装置的强度。2.减小设施对风浪的响应------改善设施表面的轮廓形状(如船艏形状)、设置特殊的轮廓形状(如减少水面砰击的形状)等。专利CN86108094属于这一类设计。小水线面设计是众所周知的减小波浪作用的一种结构。专利US4984935曾提出海上平台减小浪击作用的一些特殊设计。3.缓冲或吸收波浪作用------采用弹性缓冲、阻尼吸收等措施；如专利US6089175、3299896等。4.隔离------如设置防波浪结构，包括防波堤，工程大、造价高。总起来说，这些措施效果有限，不能大幅度减小浮动设施所受到的风浪环境载荷。其结果是，作业要求储备浮力很大的水面作业平台，例如用起吊法打捞大型沉船的打捞设施，在具有不回港抗大风浪的功能时，由于大储备浮力与抗大风浪有矛盾，其结构都庞大而笨重。二、风浪载荷大导致锚系装置庞大----由于平台风浪载荷大，对锚系等定位装置的要求就高。又由于平台结构不能轻量化，因而平台在给定跨度、面积及有效载荷情况下排水量很大，风浪载荷及其响应(摇摆、垂荡等)能量就更大，导致对平台的锚系等定位装置的要求就更高。美国公司申请的中国专利CN1269759A提出的一种海上基地构思，其锚系结构必将庞大到无法实现的程度，因而缺乏实用的可行性。以上一、二两个方面的情况造成浮动平台的系统结构(包括平台结构及定位装置的结构)非常笨重。三、平台的系统结构不能轻量化，严重抑制海上较大型平台的发展------海洋的开发和利用特别需要规模较大的平台。海上作业要求的平台稳定性也需要发展跨度大而整体刚性好的平台。但是，由于平台的系统结构无法轻量化，使大型平台的开发在技术上和经济上存在无法逾越的障碍。水上飞机场现有构思的结构质量很大、建造成本高、只见个别特例，未见较多推广应用。半潜式钻采平台的跨度及包容面积并不很大，其造价却已相当高，只能用于具有高经济价值的石油工业。四、现有技术的波浪环境对策思路偏于狭窄------本专利技术将提出通过采用可变轮廓、减小生存储备浮力、大风浪时适度下潜、采用可变整体刚性等几种方法来降低风浪载荷。改变浮力及上浮下潜本身都是潜水器的现有技术，但却未见将它们用于降低设施结构的风浪载荷，未见利用这些方法使平台的系统结构大幅度轻量化。术语定义本专利技术采用下述与水上浮动平台有关的术语概念水上浮动平台，轻型构架------本专利技术涉及的平台的主体是轻型构架。所称轻型构架由管材或管形结构组成，或由浮体及支撑组成，或在浮体之外有较大面积的作业平面。本专利技术涉及的平台不同于普通船舶，主要是跨度或面积较大而排水量较小。跨度、面积和排水量的大小都是相对而言的与同样跨度或甲板面积的船舶相比，平台的排水量较小；与同样排水量的船舶相比，平台的跨度或台面面积较大。可以说，平台的“单位跨度或面积的排水量远远小于普通船舶”，因而其结构相当“松散”，不同于普通船舶的大体积集中布置的形式。本专利技术涉及的平台有下潜的能力，但它不同于潜水器。潜水器下潜是作业功能的需要；下潜方式及深度根据作业需要确定，通常较大(相对于潜水器结构高度而言)；现有各种潜水器没有舱外较大面积的作业平台。本专利技术的平台下潜是避风浪的需要；下潜深度根据避风浪需要确定，通常不大(相对于平台结构高度而言)；本专利技术涉及的平台有舱外较大跨度或面积的作业平台。水上浮动平台虽然不包括各种潜水器，但可以成为潜水器的基地或服务站。由于本专利技术提供了大幅度减小风浪作用的技术，因而所涉及的平台具有轻量化的结构；即使是水上机场，也是轻量化的。平台的系统结构----包括平台本身的结构及其定位装置的结构。平台的作业吃水线----平台在作业状态下的吃水线。一个平台的作业吃水线可以有多个不同高度位置。在本专利技术中，为了简化叙述，不强调可以有多个吃水线。本专利技术的技术方案容易按照多个吃水线的情况作出具体设计。平台的水线面积------在本专利技术范围内，平台的水线面积的术语定义与习惯定义有出入，见图13至15。其中图13是设想的平台的一个局部结构的横截面。该局部结构在水平面内大跨度纵向延伸，图13是该纵长结构的横截面。图13与图3的视图关系有相似之处。图3是图2平台的A-A横截面。图13表示平台有可进水的舱室7，该舱室有可开启与关闭的舱门8。当舱门8关闭时，是一个封闭轮廓，可以提供浮力。当舱门8开启时，外界的水可以自由进出，因而有波浪时舱内水面与外界波浪水面相同，该舱室视同不存在。图14为该舱门关闭时结构的水线面积示意，图15为该舱门开启时水线面积示意。两图都画出假想两个不同高度位置的水线L1、L2。图14水线L2附近轮廓发生突变。在本专利技术范围内，平台的水线面积包含三种情况1)“水线上面积”当平台在水线附近轮廓发生突变时，水线上面积指水线以上的水平截面积；例如，图14水线L2的水线上面积相当大；2)“水线下面积”当平台在水线附近轮廓发生突变时，水线下面积指水线以下的水平截面积；例如，图14水线L2的水线下面积相当小；3)“水线等面积”当平台在水线附近轮廓没有突变时，水线上、下水平截面积基本上相等，该面积称为水线等面积；例如，图14水线L1的水线上、下水平截面积相等，都相当大；而图15水线L1的水线上、下水平截面积基本上相等，都相当小。“水线面积”一词用于泛指水线上面积、下面积或等面积。平台的整体刚性状态------指平台整体的变形仅来自平台结构固体材料的微量弹性变形，而不是来自活动连接如铰接。所谓整体，不包括局部细节如铰接的门、附属装置的运动机构等。临界风浪------适合于平台正常作业的最大风浪级别，它根据平台的用途功能在设计时确定，应远低于该水域50年或100年一遇的风浪最高级别。平台的浮力接近于重力----平台在临界以上风浪环境中，可以使其浮力(总浮力)接近于重力(总重力)，即在略小于重力或略大于重力之间。当浮力略小于重力时，可理解为储备浮力为不大的负值。平台的储备浮力----本领域的常用术语，指平台可能具有的最大的潜在浮力减去平台的排水量。平台的作业储备浮力----平台作业时所需要的大的储备浮力。平台的生存储备浮力----平台在临界以上风浪环境中为确保安全所需的很小的储备浮力。在本专利技术提出的平台结构中，作业储备浮力远远大于生存储备浮力。平台的定位装置----使平台的位置保持稳定的装置。定位装置可以包括锚或重物(包括固定构筑的本文档来自技高网...

【技术保护点】
水上浮动平台的一种使用方法，其特征在于，通过改变平台结构轮廓的水线面积，减小平台的系统结构在恶劣环境下承受的波浪载荷作用，即，在临界以下波浪环境下，使平台具有相当大的水线等面积或水线上面积，使平台具有正常作业能力；在可能出现临界以上 波浪的环境下，使平台具有相当小的水线等面积或水线上面积，以便减小平台的系统结构承受的波浪载荷作用。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：袁晓纪，
申请(专利权)人：袁晓纪，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]