專利名稱：自調(diào)節(jié)型單點系泊系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于系泊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自調(diào)節(jié)型單點系泊系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
浮式生產(chǎn)儲油單元(FPSO)功能性強(qiáng)，作業(yè)水深廣(2(T2000m)，是目前海上油氣開發(fā)生產(chǎn)設(shè)施的最為主流形式。FPSO由用于生產(chǎn)儲油的船體和系泊系統(tǒng)構(gòu)成，用于FPSO的系泊系統(tǒng)不僅承擔(dān)著對船體進(jìn)行定位的作用，還具備油氣開采的功能。因此，設(shè)計與FPSO相配套的高效、安全的系泊系統(tǒng)具有十分重要的意義。目前，應(yīng)用于FPSO上的系泊系統(tǒng)主要是單點系泊系統(tǒng)，這主要歸結(jié)于單點系泊具有良好的“風(fēng)標(biāo)效應(yīng)”，采用單點系泊后，船體做360°旋轉(zhuǎn)，在系泊載荷最小的地方停止轉(zhuǎn)動，提高了系泊效率。單點系泊系統(tǒng)分為轉(zhuǎn)塔式(Turret Mooring)、懸鏈腿錨式(CALM)和單錨腿式(SALM)。然而，以上各種單點系泊系統(tǒng)存在各自的缺陷?！まD(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)塔在船體中的位置可分為外轉(zhuǎn)塔和內(nèi)轉(zhuǎn)塔，轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)建造周期長，建造昂貴，安裝困難且需要改變船體的結(jié)構(gòu)；懸鏈腿錨單點系泊系統(tǒng)根據(jù)連接系泊浮筒和船體的構(gòu)件不同分為系繩懸鏈腿錨和鋼臂懸鏈腿錨，系繩懸鏈腿錨單點系泊系統(tǒng)由于系泊浮筒與船體之間的相對運動過大，定位能力差，而鋼臂懸鏈腿單點系泊系統(tǒng)剛度過大，在高海況下容易引起鋼臂的疲勞損壞，威脅整個系統(tǒng)的安全；單腿錨系泊系統(tǒng)與船體剛性固定，僅適用于淺海。因此，發(fā)展一種單點系泊系統(tǒng)解決上述問題顯得尤為必要。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于針對目前單點系泊系統(tǒng)的缺陷，提出一種集定位功能和生產(chǎn)作業(yè)功能于一體的自調(diào)節(jié)型單點系泊系統(tǒng)。技術(shù)方案本發(fā)明所述自調(diào)節(jié)型單點系泊系統(tǒng)，包括連接裝置、浮筒裝置和系泊裝置；其中
所述連接裝置包括阻尼連接臂和連接桿，所述阻尼連接臂的一端與船體剛性連接，所述連接桿的一端與所述阻尼連接臂對接，使整個連接裝置成為一體，讓船體可繞浮筒裝置中的系泊浮筒做360°旋轉(zhuǎn)，達(dá)到“風(fēng)標(biāo)效應(yīng)”；
所述浮筒裝置包括旋轉(zhuǎn)接頭、系泊浮筒、旋轉(zhuǎn)軸和系泊轉(zhuǎn)盤，所述系泊轉(zhuǎn)盤位于浮筒裝置的底部，所述旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置在所述系泊轉(zhuǎn)盤的中心處；所述系泊浮筒套在所述旋轉(zhuǎn)軸的外面；所述系泊浮筒的底部與所述系泊轉(zhuǎn)盤連接，所述系泊浮筒通過頂端的旋轉(zhuǎn)接頭繞所述旋轉(zhuǎn)軸作360°旋轉(zhuǎn)；所述系泊浮筒的外部與所述連接桿的另一端鉸接可繞系泊浮筒轉(zhuǎn)動，帶動船體作360°旋轉(zhuǎn)；
所述系泊裝置包括一套系泊纜索、連接鏈、懸掛重塊和海底的錨固裝置，所述系泊纜索的頂端與所述系泊轉(zhuǎn)盤相連，給系泊浮筒提供回復(fù)力，底端通過錨固裝置固定在海底；所述懸掛重塊通過所述連接鏈懸掛在所述系泊轉(zhuǎn)盤上，也提供給系泊系統(tǒng)一定的回復(fù)力。當(dāng)頂端的系泊浮筒運動時，系泊浮筒帶動重塊運動，重塊的慣性力總沿著系泊浮筒運動的反方向阻礙系泊浮筒的運動，在重塊的重力作用下，浮筒增加了吃水和濕表面面積，從而增大了水對系泊浮筒的阻力，提高了系泊浮筒的穩(wěn)定性。所述連接桿的一端伸入所述阻尼連接臂內(nèi)部與活塞連接，所述阻尼連接臂內(nèi)部充滿磁流變液，所述連接桿可在阻尼連接臂內(nèi)部來回運動。所述活塞內(nèi)部設(shè)置有至少一個線圈，所述線圈與外部的控制系統(tǒng)相連接；所述控制系統(tǒng)包括電源和控制程序，控制程序控制電源輸出給線圈的電流，從而控制磁流變液的阻尼。所述控制系統(tǒng)位于船體上，控制程序根據(jù)船體和系泊浮筒的相對運動計算出控制連接桿運動的最佳阻尼力，利用求得的最佳阻尼力和阻尼連接臂參數(shù)計算供給線圈所需的電流。通過控制裝置的作用使連接裝置剛?cè)峒鎮(zhèn)?，不會出現(xiàn)疲勞損壞的結(jié)果，同時將系泊浮筒和船體之間的相對運動控制在很小范圍內(nèi)，使系泊浮筒將系泊系統(tǒng)提供的回復(fù)力很好地傳遞給船體。為了使整個系泊裝置既有定位功能也有生產(chǎn)作業(yè)功能，所述系泊浮筒與所述系泊·轉(zhuǎn)盤內(nèi)設(shè)置有不少于一個用以接收立管的通道，所述立管穿過所述系泊浮筒與所述系泊轉(zhuǎn)盤內(nèi)的通道后與船體相連接。系泊轉(zhuǎn)盤通過旋轉(zhuǎn)軸與系泊浮筒相連接，在系泊轉(zhuǎn)盤頂部安裝的旋轉(zhuǎn)接頭作用下，系泊浮筒可繞旋轉(zhuǎn)軸做360°旋轉(zhuǎn)，避免了系泊浮筒上的立管相互纏繞，提高作業(yè)的安全性。所述連接鏈的材質(zhì)為錨鏈、鋼絲繩或聚酯纜中的一種，長度為5 20m，位于所述系泊轉(zhuǎn)盤的中心位置。所述懸掛重塊的重力小于所述系泊浮筒的浮力，形狀為立方體、球體或柱體，材質(zhì)為金屬、水泥塊或石塊，數(shù)量不少于一個，兩個以上的懸掛重塊串聯(lián)連接；所述懸掛重塊沿系泊浮筒相反的方向擺動。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過添加懸掛重塊來提高系泊系統(tǒng)回復(fù)能力和穩(wěn)定性，旋轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)接頭的應(yīng)用避免了立管的互相纏繞，保證了作業(yè)的安全性，在控制裝置作用下的連接裝置剛?cè)峒鎮(zhèn)?，在保證船體“風(fēng)標(biāo)效應(yīng)”的同時，大大減小了系泊浮筒與船體之間的相對運動，讓系泊浮筒和船體“融為一體”，提高了系泊效率，且不會產(chǎn)生疲勞損傷。本發(fā)明具有經(jīng)濟(jì)性好、系泊效率高、安全性突出等優(yōu)點。
圖I是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是阻尼連接臂的剖視圖。圖3是系泊浮筒的剖視圖。圖4是本發(fā)明實施例的俯視圖。圖5是本發(fā)明實施例中船體向右運動時的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明實施例中船體向左運動時的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、船體；2、阻尼連接臂；3、連接桿；4、旋轉(zhuǎn)接頭；5、系泊浮筒；6、旋轉(zhuǎn)軸；7、系泊轉(zhuǎn)盤；8、系泊纜索；9、連接鏈；10、懸掛重塊；11、立管；12、電源；13、控制程序；14、活塞；15、磁流變液；16、線圈。
具體實施例方式下面對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實施例。實施例I :本發(fā)明自調(diào)節(jié)型單點系泊系統(tǒng)，包括連接裝置、浮筒裝置和系泊裝置。如圖1、4所示。所述連接裝置包括阻尼連接臂2和連接桿3，所述阻尼連接臂2的一端與船體I剛性連接，所述連接桿3的一端與所述阻尼連接臂2對接。如圖2所示，所述連接桿3的一端伸入所述阻尼連接臂2內(nèi)部與活塞14連接，所述阻尼連接臂2內(nèi)部充滿磁流變液15，所述連接桿3可在阻尼連接臂2內(nèi)部來回運動。所述浮筒裝置包括旋轉(zhuǎn)接頭4、系泊浮筒5、旋轉(zhuǎn)軸6和系泊轉(zhuǎn)盤7，所述系泊轉(zhuǎn)盤7位于浮筒裝置的底部，所述旋轉(zhuǎn)軸6設(shè)置在所述系泊轉(zhuǎn)盤7的中心處；所述系泊浮筒5套在所述旋轉(zhuǎn)軸6的外面；所述系泊浮筒5的底部與所述系泊轉(zhuǎn)盤7連接，所述系泊浮筒5通過頂端的旋轉(zhuǎn)接頭4繞所述旋轉(zhuǎn)軸6作360°旋轉(zhuǎn)；所述系泊浮筒5的外部與所述連接桿2·的另一端鉸接，帶動船體I作360°旋轉(zhuǎn)；所述系泊浮筒5與所述系泊轉(zhuǎn)盤7內(nèi)設(shè)置有不少于一個用以接收立管11的通道，所述立管11穿過所述系泊浮筒5與所述系泊轉(zhuǎn)盤7內(nèi)的通道后與船體I相連接，如圖3所示。所述系泊裝置包括一套系泊纜索8、連接鏈9、懸掛重塊10和海底的錨固裝置，所述系泊纜索8的頂端與所述系泊轉(zhuǎn)盤7相連，底端通過錨固裝置固定在海底；所述懸掛重塊10通過所述連接鏈9懸掛在所述系泊轉(zhuǎn)盤7上。所述連接鏈9的材質(zhì)為錨鏈、鋼絲繩或聚酯纜中的一種，長度為5 20m，位于所述系泊轉(zhuǎn)盤7的中心位置。所述懸掛重塊10的重力小于所述系泊浮筒5的浮力，形狀為立方體、球體或柱體，材質(zhì)為金屬、水泥塊或石塊，數(shù)量不少于一個，兩個以上的懸掛重塊10串聯(lián)連接；所述懸掛重塊10沿系泊浮筒5相反的方向擺動。所述活塞14內(nèi)部設(shè)置有至少一個線圈16，所述線圈16與外部的控制系統(tǒng)相連接；所述控制系統(tǒng)包括電源12和控制程序13，控制程序13控制電源12輸出給線圈16的電流，從而控制磁流變液15的阻尼。所述控制系統(tǒng)位于船體I上，控制程序13根據(jù)船體I和系泊浮筒5的相對運動計算出控制連接桿3運動的最佳阻尼力，利用求得的最佳阻尼力和阻尼連接臂2參數(shù)計算供給線圈16所需的電流。根據(jù)環(huán)境載荷和船體I的特性確定以上各個裝置的參數(shù)，當(dāng)各個裝置準(zhǔn)備完成時，將整套自調(diào)節(jié)型單點系泊系統(tǒng)安裝在目標(biāo)海域。當(dāng)FPSO在目標(biāo)海域作業(yè)時，首先根據(jù)船體I和系泊浮筒5的相對運動，利用位于船體I上的控制程序13利用主動控制算法可以為LQR最有控制算法，但不僅限于此計算出控制連接桿3運動的最優(yōu)阻尼力，然后根據(jù)最優(yōu)阻尼力和阻尼連接臂2參數(shù)反推出線圈16所需要的電流，由控制程序13控制電源12輸出電流供給線圈16，控制磁流變液15的阻尼。在這個過程中，連接桿3在控制裝置的控制下在阻尼連接臂2內(nèi)時刻運動，因此阻尼連接臂2具備剛?cè)峒鎮(zhèn)涞奶匦裕掖蟠鬁p小了系泊浮筒5與船體I之間的相對運動，讓系泊浮筒5和船體1“融為一體”，將系泊浮筒5上的系泊力有效地傳遞給船體I。如圖5、圖6所示，在船體I的運動過程中，懸掛重塊10始終阻礙船體I的運動，提供給船體I回復(fù)力。而阻尼連接臂2提供的阻尼力應(yīng)滿足如下公式
權(quán)利要求
1.一種自調(diào)節(jié)型單點系泊系統(tǒng)，其特征在于包括連接裝置、浮筒裝置和系泊裝置；其中 所述連接裝置包括阻尼連接臂(2)和連接桿(3)，所述阻尼連接臂(2)的一端與船體(I)剛性連接，所述連接桿(3)的一端與所述阻尼連接臂(2)對接； 所述浮筒裝置包括旋轉(zhuǎn)接頭(4)、系泊浮筒(5)、旋轉(zhuǎn)軸(6)和系泊轉(zhuǎn)盤(7)，所述系泊轉(zhuǎn)盤(7)位于浮筒裝置的底部，所述旋轉(zhuǎn)軸(6)設(shè)置在所述系泊轉(zhuǎn)盤(7)的中心處；所述系泊浮筒(5)套在所述旋轉(zhuǎn)軸(6)的外面；所述系泊浮筒(5)的底部與所述系泊轉(zhuǎn)盤(7)連接，所述系泊浮筒(5)通過頂端的旋轉(zhuǎn)接頭(4)繞所述旋轉(zhuǎn)軸(6)作360°旋轉(zhuǎn)；所述系泊浮筒(5)的外部與所述連接桿(2)的另一端鉸接，帶動船體(I)作360°旋轉(zhuǎn)； 所述系泊裝置包括一套系泊纜索(8)、連接鏈(9)、懸掛重塊(10)和海底的錨固裝置，所述系泊纜索(8)的頂端與所述系泊轉(zhuǎn)盤(7)相連，底端通過錨固裝置固定在海底；所述懸掛重塊(10)通過所述連接鏈(9)懸掛在所述系泊轉(zhuǎn)盤(7)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自調(diào)節(jié)型單點系泊系統(tǒng)，其特征在于所述連接桿(3)的一端伸入所述阻尼連接臂(2)內(nèi)部與活塞(14)連接，所述阻尼連接臂(2)內(nèi)部充滿磁流變液(15)，所述連接桿(3 )可在阻尼連接臂(2 )內(nèi)部來回運動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自調(diào)節(jié)型單點系泊系統(tǒng)，其特征在于所述活塞(14)內(nèi)部設(shè)置有至少一個線圈(16)，所述線圈(16)與外部的控制系統(tǒng)相連接；所述控制系統(tǒng)包括電源(12)和控制程序(13)，控制程序(13)控制電源(12)輸出給線圈(16)的電流，從而控制磁流變液(15)的阻尼。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自調(diào)節(jié)型單點系泊系統(tǒng)，其特征在于所述控制系統(tǒng)位于船體(I)上，控制程序(13)根據(jù)船體(I)和系泊浮筒(5)的相對運動計算出控制連接桿(3)運動的最佳阻尼力，利用求得的最佳阻尼力和阻尼連接臂(2)參數(shù)計算供給線圈(16)所需的電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自調(diào)節(jié)型單點系泊系統(tǒng)，其特征在于所述系泊浮筒(5)與所述系泊轉(zhuǎn)盤(7 )內(nèi)設(shè)置有不少于一個用以接收立管(11)的通道，所述立管(11)穿過所述系泊浮筒(5 )與所述系泊轉(zhuǎn)盤(7 )內(nèi)的通道后與船體(I)相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自調(diào)節(jié)型單點系泊系統(tǒng)，其特征在于所述連接鏈(9)的材質(zhì)為錨鏈、鋼絲繩或聚酯纜中的一種，長度為5 20m，位于所述系泊轉(zhuǎn)盤(7)的中心位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自調(diào)節(jié)型單點系泊系統(tǒng)，其特征在于所述懸掛重塊(10)的重力小于所述系泊浮筒(5)的浮力，形狀為立方體、球體或柱體，材質(zhì)為金屬、水泥塊或石塊，數(shù)量不少于一個，兩個以上的懸掛重塊(10)串聯(lián)連接；所述懸掛重塊(10)沿系泊浮筒(5)相反的方向擺動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自調(diào)節(jié)型單點系泊系統(tǒng)，由系泊裝置、浮筒裝置、連接裝置和控制裝置組成。系泊裝置包括系泊纜索、連接鏈、懸掛重塊和海底的錨固裝置；浮筒裝置由底端系泊轉(zhuǎn)盤、旋轉(zhuǎn)軸、系泊浮筒和旋轉(zhuǎn)接頭構(gòu)成；連接裝置有阻尼連接臂、連接桿。所述系泊浮筒可通過旋轉(zhuǎn)接頭繞旋轉(zhuǎn)軸做360°旋轉(zhuǎn)，而所述阻尼連接臂與船體剛性連接，連接桿與系泊浮筒鉸接后與阻尼連接臂對接，使船體能繞浮筒做360°旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明通過添加懸掛重塊來提高系泊系統(tǒng)回復(fù)能力和穩(wěn)定性，旋轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)接頭的應(yīng)用避免了立管的互相纏繞，保證了作業(yè)的安全性，在控制裝置作用下的連接裝置剛?cè)峒鎮(zhèn)洹?br>
文檔編號B63B21/50GK102785761SQ20121027260
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月2日
發(fā)明者孟慶敏, 嵇春艷, 徐勝 申請人:江蘇科技大學(xué)