用于传输lng和/或电力的传输结构、传输系统和方法
【专利摘要】本申请公开了一种能半浸没的浮式传输结构，用于浮式结构与浮式或非浮式设施之间的流体传输和/或浮式或非浮式设施与浮式结构之间的电力输送。传输结构包括至少一个附接装置，所述至少一个附接装置安装于传输结构，以用于将传输结构能释放地附接于浮式结构，所述至少一个附接装置相对于传输结构能被动移动地安装。
【专利说明】用于传输LNG和/或电力的传输结构、传输系统和方法
[0001]本发明涉及浮式结构(诸如LNG运输船)与浮式或非浮式设施之间的流体传输，并涉及浮式或非浮式设施与浮式结构之间的电力输送。
[0002]本发明特别适于用在浅水中，以及由于与用于低温应用的隔离传输导管的大重量及用于清洗和预冷的便利性有关的挑战而用于低温的目的。本发明将推测是一种用于相当受保护的水域(在该水域处，环境条件不像开阔水域那样严酷)的合适替代物。本发明还可用来将电力传输到船舶(诸如游轮)、或传输来自于所述船舶的电力，所述船舶当到达没有接收大型船只所需的港口设备的目的地时可能需要附加的电力供应。
[0003]现今实现了从船至岸的温和流体的传输，在其它方法之中，尤其地通过浸没的(submerged，水下的)柔性管来传输，所述浸没的柔性管从海底被提升、并且被直接地连接于船舶歧管。为了避免过多的热损失和外部冰层的积聚，通过与水接触的任何管对低温液体进行传输都要求所述管在很大程度上隔离，导致与用于传输温和流体的管相比，每米的重量显著地更大。因此，用于低温应用的管的处理对于船舶的提升设备和歧管来说经常是难管理的。此外，低温液体的传输要求传输管道的预冷，以避免大量的蒸汽产生。预冷必须在传输操作之前立即实施，并且该操作必须在分配运输船到达之后不久就开始，以便实现具有成本效益的运输。此外，许多低温流体的处理要求实施专门措施来使在任何不当事件(event of default)中的溢出的风险最小化。应急关闭系统、应急释放联轴器(releasecoupling，速脱联轴器)、以及专用的监测系统经常是低温传输操作的重要(profound，深刻)集成。
[0004]包括各种类型的浮动构思的装载系统的使用广泛应用于离岸(海洋的，offshore)油气工业中。离岸的环境条件经常是严酷的，这显著地增加了对在这些条件中操作的系统的要求和成本。
[0005]在第8.286.678B2号美国专利中，公开了一种用于调节传输船舶与运送船舶之间的流体传输的流体传输设备，其包括能够被可释放地附接于运送船舶上的系泊(mooring)装置，其中，系泊装置支撑适合于被连接于运送船舶的流体导管。
[0006]更详细地，流体传输设备包括:定位臂，安装在传输船舶上并通过液压系统控制；以及桁架作业装置(truss work)，桁架作业装置附接于定位臂，从而当桁架作业装置正在被移动到期望位置中时，桁架作业装置能够以所有六个自由度的方式移动。系泊垫附接于桁架作业装置，以便将桁架作业装置附接于运送船舶的壳体(hull)。因而，当桁架作业装置附接于运送船舶时，桁架作业装置通过定位臂而被主动地控制并被移动。此外，仅桁架作业装置被系泊于运送船舶。传输船舶在流体的传输期间相对于运送船舶自由地移动，并且通过动态定位推进系统而被保持在位。这种动态定位系统显著地增加了船舶的初始成本和操作成本两者。
[0007]此外，存在与该部署系统(deploymentsystem)相关联的多个问题。部署系统增加了传输船舶上舷侧重量。包括定位臂和桁架作业装置的部署系统是复杂的系统，并且因此显著地增加了初始成本和操作成本，并且在操作期间更倾向于出现故障。此外，为了将流体导管支撑在系泊系统上，系泊装置必须附接于浮式结构干舷的最上部，这对于特定尺寸来说不利地增加了传输船舶的重量-高度。
[0008]本发明的目的是缓解如上所述的问题。
[0009]特别地，目的是提供一种系统，其可被用来在浮式结构与浮式和/或非浮式结构之间传输流体以及输送电力。
[0010]此外，目的是提供一种系统，其适合用在风和天气条件不像远海那样严酷的相当受保护的水域中、以及用在浅水中。
[0011]进一步的目的是提供一种用于流体和/或电力的传输的系统，其具有更简单的结构，并且具有比已知的传输系统更低的构造成本和操作成本。
[0012]这些目的已经分别通过根据权利要求1所限定的传输结构、根据权利要求14所限定的传输系统、根据权利要求22所限定的用于传输流体的方法、以及根据权利要求26和28所限定的传输结构和传输系统的用途而被实现。本发明的其它特征在从属权利要求中限定。
[0013]提供了一种半浸没的浮式传输结构，用于浮式结构与浮式或非浮式设施之间的流体传输和/或浮式或非浮式设施与浮式结构之间的电力输送。传输结构包括至少一个附接装置，所述至少一个附接装置被安装于传输结构以用于将传输结构能释放地附接于浮式结构，所述至少一个附接装置相对于传输结构是能被动移动地安装的。
[0014]浮式结构可以是运输诸如LNG(液体天然气)的流体的远洋船舶、或诸如游览船只、或平台的其它类型的船舶。
[0015]浮式或非浮式设施是这样的设施，如果它是浮式设施，则其可以是船舶，例如为油轮。如果设施是非浮式的，它可以例如是基于陆地、或基于码头、或基于包括被固定于海底的元件的类似结构的设施。如果传输结构被用来传输流体，浮式或非浮式设施通常至少包括用于流体的存储装置(例如储存罐)、以及用于至少一个传输线的存储装置，所述传输线在所述流体的传输操作期间连接存储装置与传输结构。如果传输结构被用来可能与传输流体组合地在浮式结构与浮式或非浮式设施之间输送电力，所述浮式或非浮式设施包括电力源(通常是电网)，传输线可被连接于电力源以用于向浮式结构输送电力。也可进行从浮式结构到浮式或非浮式设施的电力输送。在这种情况下，浮式结构将包括电力源，诸如一个或多个发电机。
[0016]优选地，传输结构是浅水传输结构。这意味着传输结构特别适于用在深度较小的水中。优选地，传输结构具有在静水中的最大吃水深度，该最大吃水深度小于5米。在沿海的和沿岸的水域中，环境条件通常温和得多，使得能够对为了在这些条件中操作而进行安装的要求和成本明显减少。本发明具有较小的吃水深度，因此高度地适合于更温和的环境条件和浅水应用场合。
[0017]能被动移动的附接装置被设计成附接装置或传输结构不包括用于主动地改变附接装置相对于平台的位置的任何装置，即，所述至少一个附接装置能相对于传输结构被动移动地安装于传输结构。仅作用于附接装置上的外力(即来自于浮式结构的外力)将改变附接装置相对于传输结构的位置。
[0018]附接装置优选地包括一个或多个真空垫和/或电磁垫，但是附接装置可包括能被用来在传输操作期间将传输结构能释放地附接于浮式结构的一侧(诸如船的壳体)的任意其它适合的装置。
[0019]传输平台也可用于以下目的:吸收由于作用在所述至少一个传输线上的环境荷载(诸如风、波和流)所引起的所述至少一个传输线中的张力、以及通过附接装置将这些力安全地分布到附接装置所附接的浮式结构的壳体。
[0020]因此，本发明将特别有利于低温液体的传输，所述低温液体诸如为例如液体天燃气(LNG)、液化石油气(LPG)、液化二氧化碳、或液化氮。本发明还将为各种其它介质的传输提供一种有效且安全的替代方案，所述其它介质诸如为例如散状材料、石油化工产品、电力、水或气体。
[0021]此外，在低温流体的传输的情况下，为了避免大量的蒸汽产生，传输平台使得能够在低温流体的传输开始之前对传输导管进行预冷。传输结构的使用意味着预冷可在传输操作之前立即被实施，并且意味着操作可在配送载体到达之后不久开始。传输平台还使得能够执行所有需要的安全设备，所述安全设备诸如为紧急关机系统、应急释放联轴器和专用监测系统。
[0022]优选地，能被动移动的附接装置允许传输结构的自由的相对竖直平移、以及围绕水平轴线的相对转动，并且被动地约束浮式结构与传输结构之间的水平平移以及围绕竖直轴线的相对转动。
[0023]传输结构进一步适于通过外部的重新安置和定位装置来进行重新安置和定位。优选地传输结构是非机动化的，这意味着传输结构不具有用于在水中重新安置或定位传输船舶的推进装置。为了在操作周期和非操作周期之间重新安置传输结构，以及为了在将传输结构附接于浮式结构或将传输结构从浮式结构分离的期间使传输结构相对于浮式结构定位，传输结构设置有外部的重新安置和定位机构。例如，传输结构可设置有用于船舶的系泊和锚定装置，例如一个或多个防护件、或者用于一个或多个绞车缆索的附接装置。这种船舶例如可包括拖船或工作船。如果绞车被使用，则系统可设置有位于浮式结构上的一个绞车以及位于停靠位置上的另一绞车，所述位于浮式结构上的绞车用于将传输结构从其停靠位置拉动至浮式结构，所述位于停靠位置上的另一绞车用于将传输结构从浮式结构拉回到其停靠位置。另一可选方案是提供位于传输结构上的绞车、以及在传输结构的停靠位置与被系泊的浮式结构或紧挨浮式结构的浮筒之间以循环回路运行的绞车缆索。可替代地，只要水深允许，传输结构可设置有用于传输结构的推进的一个或多个推进器。
[0024]传输结构优选地包括上舷侧甲板以及多个表面穿过柱，所述柱具有直径或特征直径，其中柱隔开一段距离，所述距离优选地为所述直径或特征直径的至少四倍。传输结构的该构造被发现降低了对波激励的响应。当连接两个独立的浮式结构(诸如传输结构和浮式结构)时，较小的相对运动是有利的。较大的相对运动将使连接系统的设计过度地复杂化，使连接操作复杂化、并且造成了对空中软管的更大要求，因此降低了安全性和操作性的许多方面。因为传输平台的移动将被传递到管线的终端，所以平台的较大移动将进一步降低管线的疲劳寿命。因此，传输平台的较小的波诱导响应是有利的。
[0025]包括上舷侧甲板和多个表面穿过柱的传输结构可具有这样的柱，S卩，所述柱在它们的下端部分处设置有各自的伸缩元件(例如挤出部)，所述伸缩元件能在上部位置与下部位置之间移动，以使得柱的各自的纵向长度是能调节的。柱可设置有存储室(即，用于流体的空隙)，每个存储室通过它们各自的柱和伸缩元件而被限定，以使得所述存储室的体积是可变的，且取决于所述伸缩元件相对于所述柱的竖直位置。伸缩元件能沿柱竖直地位移，因此在伸缩元件内提供空隙空间的可变容积，这使得可改变传输结构的吃水深度、而无需改变传输结构的干舷高度。伸缩元件的竖直移动可通过液压活塞/气缸装置来实现。进而优选地，存储室设置有通向环境的至少一个贯通开口，以使得水可流入和流出存储室。可替代地，竖直移动可通过使用栗将液体栗送到空隙中以便伸长柱的长度以及将液体栗送到空隙之外以减少柱的长度来实现。当液体被栗送到空隙之外时，真空效应确保伸缩元件被拉起。
[0026]传输结构优选地包括连接装置，至少一个空中传输线能释放地连接于所述连接装置。连接装置适于连接于所述浮式或非浮式设施与所述传输结构之间的至少一个传输线。因此，在传输结构的使用期间，流体可通过空中传输线和传输线而从浮式结构流到浮式或非浮式设施，或者，电力可通过所述传输线而从陆上设施输送到浮式结构。当不进行流体的传输或电力的输送时，空中传输线可被存储在传输结构上或浮式结构上。
[0027]为了浮式结构与浮式或非浮式设施之间的流体传输，连接装置可以是歧管，传输线能连接于歧管以用于浮式结构与浮式或非浮式设施之间的流体传输。为了浮式结构与浮式或非浮式设施之间的电力输送，连接装置可以是电力耦接装置，传输线能连接于电力耦接装置以用于浮式或非浮式设施与浮式结构之间的电力传输。
[0028]还提供了一种传输系统，用于在浮式结构与浮式或非浮式设施之间传输流体，或在所述浮式或非浮式设施与所述浮式结构之间传输电力。该传输系统包括如上所述的能半浸没的浮式传输结构、至少一个传输线、以及用于当传输系统不使用时存储传输线的存储装置。所述至少一个传输线在传输结构与存储装置之间延伸，并且所述至少一个传输线进一步连接于:
[0029]-用于已经从浮式结构传输的或者正在被传输至浮式结构的流体的存储装置，或者
[0030]-用于已经从浮式结构传输的或者正在被传输至浮式结构的流体的管线，或
[0031]-用于从浮式结构输送电力或将电力输送到浮式结构的电力源。
[0032]在拥挤的港口和海港区域，可在传输操作之间从港池完全地或部分地移除的非永久设备是有利的。传输系统包括浮式的可移动系统，其能在不用时被移出，因此降低了对当地海上交通的干扰，并且使由于与海底相互作用所导致的对传输管的损坏的风险最小化。
[0033]该系统优选地包括多浮筒系泊系统，浮式结构能系泊于多浮筒系泊系统，以使得浮式结构是非随风向改变方位的(non-weathervaning)。多浮筒系泊系统将防止随风向改变方位，并且因此保护了浮式传输线的整体性。多浮筒系泊系统可在构造和复杂性上改变，这取决于当地环境条件、进入的水深、以及使用系泊系统的浮式结构的尺寸范围。多浮筒系泊系统将典型地根据海底条件而包括适当的锚，所述锚通过链或纤维缆索、或两者的组合而被连接于水面浮筒。
[0034]传输系统优选地包括停靠设施，所述停靠设施用于当传输结构不使用时存储传输结构。传输结构优选地在传输操作之间被系泊于例如停靠站、码头或其它合适的系泊装置。在流体的传输操作或电力的输送期间，传输结构被解除系泊、并且被临时地附接于浮式结构。
[0035]该系统可包括船舶，所述船舶用于在停靠设施与浮式结构之间重新安置能半浸没的传输船舶、以及用于在附接于浮式结构或从浮式结构脱离期间控制传输船舶。船舶典型地为拖船或工作船，但是也可以是能够在停靠设施与浮式结构之间重新安置传输结构、以及在将传输结构附接于浮式结构或将传输结构从浮式结构分离的过程中控制传输结构的任何合适的船舶。可替代地，可采用一个或多个绞车来在停靠站与被系泊的浮式结构之间拉动传输结构。可替代地，只要水深允许，传输结构可设置有用于传输结构的推进的一个或多个推进器。
[0036]传输线优选地是柔性的，并且用于传输线的存储装置包括至少一个卷轴或转盘或篮形物，当传输系统不使用时传输线被缠绕在所述至少一个卷轴或转盘或篮形物上。可替代地，用于传输线的存储装置可包括多个辊，传输线可搁置于所述多个辊上，以使得当传输系统不使用时传输线可在不缠绕的情况下被拉回到存储位置。传输线优选地设置有至少一个浮筒元件，以使得传输线浮动在水上或浮动浸没于水中。
[0037]用于传输线的存储装置优选地定位在岸上、定位在非浮式结构(例如码头)上、或定位在浮式结构(诸如船舶，所述船舶包括用于流体的存储罐和/或实现电力输送的传输装置)上、或定位在输送船舶本身上。存储装置可以为至少一个卷轴的形式，以使得传输线可被缠绕在卷轴上。存储装置还可以为转盘或篮形物的形式，传输线上可缠绕在所述转盘或篮形物上，或者如果传输线在不被缠绕的情况下(即，在基本上直的状态中)被存储，则存储装置可以为辊。
[0038]还提供了一种用于在浮式结构与浮式或非浮式设施之间传输流体和/或在所述浮式或非浮式设施与所述浮式结构之间输送电力的方法，其中所述方法包括以下步骤:
[0039]-将浮式结构系泊于多浮筒系泊系统，以使得浮式结构是非随风向改变方位的，
[0040]-将如上所述的能半浸没的浮式传输结构从停靠设施重新安置于被系泊的所述浮式结构，并且随后地或同时地放出传输线，流体待通过所述传输线而被传输、或电力待通过所述传输线而被输送，
[0041]-通过安装在传输结构上的能被动移动的附接装置将传输结构能释放地附接于浮式结构的外表面，
[0042]-在浮式结构与传输结构之间设置至少一个空中传输线，以使得流体能在浮式结构与浮式或非浮式设施之间被传输，或者以使得电力能在浮式或非浮式设施与浮式结构之间被输送，
[0043]-通过连接浮式结构与浮式或非浮式设施的传输线而使流体流动和/或输送电力。
[0044]优选地，使用船舶在停靠设施(当传输结构不使用时，传输结构被系泊在该停靠设施处)与浮式结构之间重新安置传输结构，并且使用船舶在将传输结构附接于浮式结构或将传输结构从浮式结构脱离之前定位和/或控制传输结构。可替代地，可使用一个的或多个绞车来在停靠设施与浮式结构之间重新安置传输结构。
[0045]当传输系统不使用时，可将传输线存储在至少一个卷轴或转盘或篮形物上。可替代地，可将传输线存储在辊上，传输线搁置在所述辊上。
[0046]优选地，当传输系统不使用时，将传输结构系泊在所述停靠设施处。
[0047]如上所述的传输结构和/或传输系统可用来在浮式结构与浮式或非浮式设施之间传输低温液体(例如LNG)。如上所述的传输结构和/或传输系统可用来在浮式结构与浮式或非浮式设施之间输送电力。
[0048]对于本领域技术人员来说，当结合附图阅读时，本发明的各种优点将从下文对本发明的非限制性实施方式的详细描述而显而易见，其中，
[0049]图1是根据本发明的传输系统的系统布局的顶视图。
[0050]图2是根据本发明的传输系统的系统布局的侧视图。
[0051]图3是传输系统的顶视图，其中传输结构被锚固在停靠(docking，泊船)设备处。
[0052]图4根据本发明的传输结构的侧视图，示出了传输结构的可被动移动的附接装置的可能移动。
[0053]图5根据本发明的传输结构的顶视图，示出了传输结构的可被动移动的附接装置的可能移动。
[0054]图6是根据本发明的传输结构的顶视图。
[0055]图7是根据本发明的传输结构的侧视图。
[0056]图8是根据本发明的传输结构的伸缩柱的侧视图，该伸缩柱包括用于实现伸缩移动的活塞/缸体布置。
[0057]图9a_c是根据本发明的传输结构的伸缩柱的侧视图，其包括用于实现伸缩移动的栗O
[0058]图10是根据本发明的传输系统的顶视图，其中，在未操作的时间段期间传输线(transfer line)在棍上被拉回。
[0059]图11是图10中所示的传输系统处于操作中的顶视图。
[0060]图12是根据本发明的传输系统当将流体或电力传输到浮式设施或者传输来自于浮式设施的流体或电力时的顶视图。
[0061]参照图1、2、3和12，这些图示意性地示出了根据本发明的传输系统。浮式结构1(典型地为LNG运输船)系泊于包括多个浮筒7的多浮筒系泊系统42，所述多个浮筒被系泊于海底、并且被展开成使得:当浮式结构I被系泊于系泊系统42时，浮式结构是非随风向改变方位的，即，浮式结构基本上被保持在给定位置处、而与风和波浪和/或水流的方向无关。
[0062 ]该系统进一步包括浮式的能半浸没的传输结构2，该传输结构在图1中被示出在系泊的浮式结构I的旁侧。优选地，传输结构2在传输操作之间被系泊于例如停靠站8、码头或其它合适的系泊装置。在流体的传输操作或电力的输送期间，传输结构2被解除系泊并且临时地附接于浮式结构I。
[0063]至少一个空中传输线(aerial transfer line)3设置在传输结构2与浮式结构I之间。空中传输线3可在传输操作之间被存储在传输结构2上，并且当传输操作要发生时被连接于浮式结构I。可替代地，空中传输线3可被存储在浮式结构上且当传输操作要发生时连接于传输结构2。在传输操作之后，空中传输线3可再次被断开、并且被存储在传输结构2或浮式结构I上。空中传输线3使得流体或电力能够在浮式结构I与传输结构2之间传输。在附图上，所述设施被示出为用于流体(例如低温流体，如LNG)在浮式结构与陆上(岸上，onshore)设施6之间的传输的陆上设施。但是，所述设施可以是如图12中所示的浮式设施，例如为船舶6的形式，流体可于在浮式结构I与浮式设施之间传输之前或之后被存储在该船舶上。
[0064]空中软管3将通常被保持为S形，例如通过利用浮式结构I上的起重机13而被保持，如图2所示。如上所述，在传输操作之间，空中软管3优选地被存储在传输结构2上，就浮式结构I上的适当起重机13的伸展能力来说是容易达到的。
[0065]对于流体的传输，传输系统进一步包括浮式柔性管形式的至少一个传输线4，以用于传输结构2与浮式或非浮式设施6之间的流体传输，如图所示。对于电力的传输，传输线4和空中传输线由至少一个电缆组成、或至少包括电缆。
[0066]如可在图1-3和12上看出的，传输系统进一步包括用于当它不处于操作中时存储所述至少一个传输线4的存储装置。如图1-3和12上所示，存储装置可以为至少一个卷轴5的形式，从而使得传输线可被缠绕在卷轴5上。存储装置还可为传输线4上可被缠绕在其上的转盘或篮形物的形式，或者，如果传输线要在不被缠绕的情况下存储，即，传输线以基本上直的状态存储，则存储装置可为辊41的形式，如可在图10-11上看出的。
[0067]如所提及的，通过至少一个浮式管线4优选地实现了传输结构2与存储设施6之间的便利的流体传输。所述至少一个浮式管线4的长度是足够的，以允许在传输操作期间浮式结构I的动态移动。所述至少一个浮式管线4可被方便地存储在陆上的卷轴或转盘5上，或在装载操作之间被存储在传输结构2上，因此降低了对当地海上交通的阻碍以及与当地海上交通碰撞的潜在危险、增加了疲劳寿命、并且简化了管线的检验和控制。浮式管线(多个浮式管线)4可特别地被设计成用于温和流体、或低温流体、或者温和流体和低温流体两者的传输，并且可以包括或可以不包括浮筒元件、隔离件(isolat1n)、弯曲加强件28和/或用于光学的和/或电力传输的机会(opportuni ty，条件)。
[0068]存储装置5还可线性地或以其它方式方便地布置，但是通常其特征在于，浮式管线(多个浮式管线)4的大部分可从水中方便地收回、并且临时地存储在合适的指定位置上。如图2所示，为了方便，所述至少一个浮式管线4可在海-岸界面中的辊9上被引导，以便使所述至少一个传输线上的拉入力以及磨损和撕扯最小化。
[0069]因为传输结构2在传输操作期间被解除系泊并且被连接于浮式结构1，所以用于浮式结构I的系泊系统42必须以这样的方式布置，S卩，所述方式使得它限制浮式结构I在浮式管线4的横向伸展范围内的横向运动。因此，随风向改变方位的单点系泊不是可选项。因此，传输系统优选地包括多浮筒系泊系统42，所述多浮筒系泊系统将防止随风向改变方位，并且因此保护浮式管线4的完整性。根据当地环境条件、进入的水深、以及使用系泊系统的浮式结构的尺寸范围，多浮筒系泊系统42的构造和复杂性可以改变。根据海底条件，多浮筒系泊系统42将典型地包括适当的锚，所述锚通过链、或纤维缆索、或两者的组合而连接于水面浮筒。
[0070]传输系统进一步设置有位于浮式结构I与传输结构2之间的连接，该连接包括机械连接布置，该机械连接布置具有产生对浮式结构的壳体的吸引力的能力。吸引力的能力可优选地通过亚大气压建立，例如通过使用真空垫来建立。用于建立所需吸引力的其它可选项可以是通过电磁吸引、通过锚链、通过锚链和护板的组合、或其它合适的方式。
[0071 ]不希望受到理论的限制，不言自明的是，在任何重要的海上航路中的两个独立浮式结构的连接的设计必须以任意自由度允许该两个结构之间的相对移动，或能应对由于拒绝或部分地拒绝该两个结构独立地移动而产生的力和/或力矩。任何反作用力或力矩必须被充分地分散，从而力聚集度不损害浮式结构、传输结构、或连接系统本身的结构整体性。被系泊的浮式结构的移动可方便地被分成由波激励支配的线性运动、以及典型地由非线性波激励和线性风和流激励的组合支配的非线性缓慢漂移移动，其中，线性和非线性是指激励频率与移动频率之间的关系。虽然波激励的移动典型的特征在于小振幅和大加速度，但是另一方面，缓慢漂移移动典型地特征在于大振幅和小加速度。此外，波激励的移动经常由竖直平移和围绕水平轴线的旋转控制，而缓慢漂移移动表现为在水平面中的平移以及围绕竖直轴线的旋转。因为与相对运动的限制有关的力矩以及反作用力的振幅将与相对加速度成比例，所述力和力矩沿由波激励控制的自由度将是最大的，因为所述两个浮式结构可能在传输操作期间不漂移分开，所述连接布置可方便地基本上自由地允许由波激励控制的相对移动，同时基本上抑制与缓慢漂移移动有关的自由度。
[0072]在图4和5中，示出了用于将传输结构2可释放地附接于浮式结构I的特定连接布置。参照如图4和5中所示的方向，其中X轴30在水平面中沿浮式结构2限定，Y轴31在水平面中横向于浮式结构限定，并且Z轴32是沿竖直的，所述连接布置使得以下成为可能:沿Z轴方向32在浮式结构I与传输结构2之间的基本上自由的相对运动、围绕平行于X轴30的一轴线基本上自由的相对转动、以及围绕平行于Y轴31的一轴线基本上自由的转动，而围绕Z轴32的相对转动以及在水平面中的相对平移移动被基本上限制。
[0073]所述连接布置可典型地包括放置在传输结构2上的至少两个附接单元18。所述附接单元中的每一个均包括至少一个附接装置(例如空气或水真空垫19或电磁垫)，以用于能释放地附接于浮式结构I的基本上竖直的侧部(如果浮式结构I是船只的话，则该浮式结构例如位于码头)。包括垫19的连接布置优选地通过适合的连接装置而直接附接于传输结构2，所述适合的连接装置允许传输结构与浮式结构I之间的所需的相对移动。通过球形接头和/或盘形接头22与具有集成的弹簧元件和/或阻尼元件的线性运动支承部21的有利组合，垫或多个垫19机械地连接于传输结构2。每个垫均有机会相对于传输结构以6个自由度运动，其中，以自由度X、Y和RZ的运动(在图5中分别由参考标号30、31和35表示)优选地具有固有的弹簧刚度和/或阻尼，而以自由度Z、RX和RY的运动(在图4-5中分别由参考标号32、33和34表示)具有可忽视的固有弹簧刚度和阻尼，其中，术语“基本上”和“可忽视的”是指从由于在设计海上航路中的波激励产生的传输结构2的刚体位移-和速度所引起的弹簧-和阻尼力、与来自于设计海上航路中的波的相应激励力之间的关系。对于弹簧和/或阻尼元件20(即元件20)，可包括仅弹簧元件、仅阻尼元件、或弹簧和阻尼元件的组合，弹簧元件可例如选自气体弹簧、或由弹性材料体构造的机械弹簧，所述弹簧具有在张紧或压缩时存储能释放的能量的能力。阻尼元件可例如选自缓冲器、线性阻尼器或振动吸收器，阻尼元件可由机械材料(诸如弹性体或螺旋弹簧)、或依赖于流体(诸如气体、空气或水力学)制成。
[0074]所述连接布置允许通过线性波激励在浮式结构I与传输结构2之间在更大相对加速度下以所述自由度相对运动，而限制由于缓慢漂移移动而在侧向平面中的更小加速度，因此将出现的连接力和力矩降低到能控制的水平。自由的竖直相对运动还在它正在装载或卸载货物的情况下允许浮式结构I的一定吃水深度(draft)改变。所述连接布置永久地安装在传输结构2上。应当强调的是，如上所述的连接布置使得所述至少一个附接装置能相对于传输结构2被动移动地(passive-movably)安装于传输结构2，意味着当外力和/或力矩正在作用于所述至少一个附接装置上时所述至少一个附接装置将仅以其所允许的自由度中的一个或多个移动。
[0075]如所提到的，传输系统还包括传输结构2。传输结构2优选地具有浮式结构的设计，这具有与用作传输结构的特定目的有关的多个有利特性。下面的部分将简要地讨论与传输结构2的性能和特性有关的优选要求。
[0076]所述两个独立的浮式结构(浮式结构I和传输结构2)的部分地受限制的连接在更大的相对运动的情况下变得愈加困难。大的相对运动将使连接操作复杂化，导致传输导管的终端的增加的疲劳，并且可能减少人身安全和舒适性。因为浮式结构的移动被预先限定并且不能被改变，所以重要的是，传输结构的移动在设计海上航路中是较小的，例如，小于
0.5米的起伏移动(heave mot 1n，法向移动)振幅和小于5度的转动移动振幅。传输操作通常在适度地掩蔽的位置中发生，所述适度地掩蔽的位置具有例如小于I米的有效波高(significant wave height)以及例如小于5秒的海上航路能量谱峰周期，其中，有效波高意指海上航路中的波的最高的三分之一的所有波峰高度的统计平均值。因为传输操作通常在海岸线附近发生，并且因为可能有利的是在传输操作之间移动传输结构更靠近岸、以便减少对本地海上交通的阻碍，所以进入的水深将在多数情况下对传输结构的吃水深度造成限制。此外，传输结构必须具有足够的稳定性以经受所有的可预见的横倾力矩(heelingmoment)。当被连接于浮式结构时，除了人员和设备之外，由于连接布置本身、来自于平均相对水速度的水拖曳力、由于浮式管线中的张紧，传输结构将遇到横倾力矩。平台还可能在从岸转运到船只的期间遇到横倾力矩。因此，水阻力必须较小，并且从附接点至浮式结构的竖直距离、浸没的结构的水阻合力(其与结构的吃水深度有关)必须较小。此外，从成本的观点看，保持重量为最小是重要的。因而，传输结构的设计的主要目的是提供一种平台，该平台具有最小的波激励的移动、保持拖曳阻力最小、而不会明显地损害稳定性、低重量或小吃水深度。
[0077]从流体动力学和物理学的观点来看，这是有问题的，因为先前提及的参数彼此深深地依赖。在波之下的水质点运动和动态压力场在水体(water column)中以指数方式向下下降，并且因此浮式物体的局部波激励也随着深度下降。因而，浮式结构的波诱导的响应通常随着增加的吃水深度而减小。从流体动力学理论来说，已知的是，浮式物体的较小的线性波诱导移动响应通过设置浸没的几何形状、结构重量和重量分布来实现，从而其运动的固有频率通过支配所考虑的海上航路中的能量而很好地处于波频率的区间的外部。对于自由浮式物体，这可在起伏中通过减少水线面面积、在侧倾(ro11)/纵倾(pi tch)中通过充分地减少横向/纵向稳定性而有效地实现。其它参数固定的情况下，浮式物体的所有固有频率随重量减小而减小。因此，较小的一阶运动通常以稳定性、重量、吃水深度、或上述的组合为代价来实现。本发明设计已被创建用于最佳地满足本发明目的的上述标准的唯一目的。
[0078]图6和7构思性地示出了传输结构2，其被部分地浸没于水面45之下，相对于大多数其它浮式构思，该传输结构具有水线面面积与位移的较小的比率、以及围绕侧倾或纵倾轴线的水线面面积与二次转动惯量(second moment of inertia)的较小的比率。三个表面穿过柱16提供浮力，并且通过所有相关的上舷侧设备来支撑上舷侧甲板(topside deck，顶甲板)结构15。柱16优选地三角地定位于水平面中，并且内部距离例如为一个柱的直径的7.5倍，并且如果需要的话，柱可通过支架而相互连接。柱的横截面可为圆形的、或者卵形的、或多边形的、或以其它方式方便地成形。传输结构2优选地设置有用于增加附加质量和阻尼的装置。每个柱16在为设计海上航路中的有效波高的大约二倍的吃水深度处(例如，在两米深的吃水深度处)被径向地挤压以用于增加的浮力和粘性阻尼。
[0079]如图8所示，每个柱16的腔体可被填充有压载物36以稳定传输结构2。压载物36可由水或任意其它适合的压载材料组成，所述任意其它适合的压载材料包括但不限于废钢、铜矿石、或其它致密矿石。
[0080]包括上舷侧甲板15和多个表面穿过柱16的传输结构2可具有这样的柱16，所述柱在它们的下端部分处设置有各自的伸缩元件(例如挤出部)柱，伸缩元件能在上部位置与下部位置之间移动，从而柱各自的纵向长度是可调的。挤出部17示出在图7上，并且可以是突变的或渐变的，并且可以具有或可以不具有圆形横截面形状。传输结构2的总吃水深度有利地在设计海上航路的有效波高的2倍与4倍之间。图中所示的传输结构2具有三角形形状，但是也可设置有不同的形状，例如方形或长方形形状，进而优选地具有四个柱。
[0081]柱可设置有用于流体的存储室，存储室例如为传输结构柱挤出部17的空隙空间的形式，每个存储室通过它们各自的柱和伸缩元件而被界定，从而存储室的体积是可变的、且取决于伸缩元件相对于柱16的竖直位置。如图8中所示，通过水从挤出部空隙空间到周围海水的自由通行(例如经过开口或阀37)，传输结构柱挤出部17的空隙空间可例如被填充有海水36，该海水具有与外部海水水平地等同的压力柱。浸没的挤出部(多个挤出部)17优选地沿柱16自由地竖直移动，因此在挤出部17内的空隙空间提供可变容积，该可变容积使得可改变传输结构2的吃水深度、而无需改变干舷高度。挤出部17的竖直移动可例如通过利用如图8所示的液压杆38来实现。可替代地，可设置栗39，以便填充和/或清空挤出部17内的空隙空间，如图9a-c所示的。吃水深度改变布置将使得能够在浅水中进行操纵，并且在传输期间具有较小的波激励响应，同时在两种吃水深度模式中以及在两种吃水深度模式之间保持足够的稳定性。
[0082]传输结构2可以或可以不被机动化以用于有利的运送。此外，传输结构2可以设置有桁架结构(参见图6)，桁架结构包括防护件12以用于将拖船或工作船10(参见图12)与锚链11系泊在一起，以便附接用于传输结构2的推动或拉动。此外，传输结构2将支撑刚性管道，以便于空中软管与浮式软管4之间的流体传输，并且在其它物品之中，尤其可支撑各种类型、配置和数量的阀25、应急释放联轴器、滴水盘24、栗、软管挂架、海洋信号和灯、以及安全设备。
[0083]与多个先前已知的浮动构思相比较，本文描述的特定设计方案已通过大量的实验测试证明了关于所有上面讨论的要求的出众特性。
[0084]附图中所使用的参考标号:
[0085]1.第一浮式结构，诸如LNG运输船
[0086]2.传输平台
[0087]3.空中软管(多个空中软管)
[0088]4.浮式管线(多个管线)或传输线(多个传输线)
[0089]5.用于传输线(多个传输线)的存储装置
[0090]6.浮式或非浮式存储、接收或输出设施
[0091]7.系泊浮筒
[0092]8.用于传输平台的闲置系泊系统或停靠设施
[0093]9.用于传输线(多个传输线)的引导辊
[0094]10.辅助船舶，例如拖船或工作船或类似物
[0095]11.用于将拖船或工作船系泊于传输平台的锚链
[0096]12.桁架结构，具有用于将拖船、工作船或类似物系泊于传输平台的防护件
[0097]13.用于连接和支撑空中软管(多个空中软管)的起重机
[0098]14.第一浮式结构歧管
[0099]15.传输平台上舷侧甲板
[0100]16.传输平台柱
[0101 ]17.用于增加的阻尼和浮力的阶梯部
[0102]18.附接单元
[0103]19.用于码头附接的垫
[0104]20.弹簧和/或阻尼元件
[0105]21.线性运动支撑部
[0106]22.盘形或球形接头
[0107]23.楔子、缆粧、系船柱或类似物
[0108]24.滴水盘
[0109]25.阀
[0110]26.凸缘
[0111]27.传输线束捆
[0112]28.传输线弯曲加强件
[0113]29.栏杆(railing)
[0114]30.X方向的运动
[0115]31.Y方向的运动
[0116]32.Z方向的运动
[0117]33.围绕X轴的转动
[0118]34.围绕Y轴的转动
[0119]35.围绕Z轴的转动
[0120]36.压载水
[0121]37.压载水进口 /出口阀
[0122]38.液压杆
[0123]39.压载水栗
[0124]40.与存储罐连接的刚性管
[0125]41.用于将浮式管线(多个浮式管线)存储在辊上的存储装置
[0126]42.多浮筒系泊系统
[0127]45.水面
【主权项】
1.一种能半浸没的浮式传输结构，用于浮式结构与浮式或非浮式设施之间的流体传输和/或所述浮式或非浮式设施与所述浮式结构之间的电力输送， 其特征在于，所述传输结构包括至少一个附接装置，所述至少一个附接装置安装于所述传输结构，以用于将所述传输结构能释放地附接于所述浮式结构，所述至少一个附接装置相对于所述传输结构能被动移动地安装。2.根据权利要求1所述的传输结构， 其中，所述附接装置适于允许所述传输结构基本上自由地竖直移动、以及围绕水平轴线相对于所述浮式结构基本上自由地转动，并且其中，所述附接装置进一步适于被动地基本上约束所述浮式结构与所述传输结构之间的相对水平平移以及围绕竖直轴线的相对转动。3.根据权利要求1-2中任一项所述的传输结构， 其中，所述传输结构适于通过外部重新安置和定位装置进行重新安置和定位。4.根据权利要求1-3中任一项所述的传输结构， 其中，所述传输结构设置有用于船舶的系泊和锚固装置、或用于一个或多个绞车缆索的附接装置。5.根据权利要求1-4所述的传输结构， 其中，所述传输结构包括上舷侧甲板以及多个表面穿过柱，所述柱具有直径或特征直径，所述柱隔开一段距离，所述距离为所述直径或特征直径的至少四倍。6.根据权利要求1-5中任一项所述的传输结构， 其中，所述传输结构包括上舷侧甲板和多个表面穿过柱，所述柱在它们的下端部分处设置有各自的伸缩元件，所述伸缩元件能在上部位置与下部位置之间移动，以使得所述柱的各自的纵向长度是能调节的。7.根据权利要求6所述的传输结构， 其中，所述柱设置有用于流体的存储室，每个存储室通过它们各自的柱和伸缩元件而被限定，以使得所述存储室的体积是可变的，且取决于所述伸缩元件相对于所述柱的竖直位置。8.根据权利要求7所述的传输结构， 其中，所述存储室设置有通向环境的至少一个贯通开口，以使得水能流入和流出所述存储室。9.根据权利要求1-8中任一项所述的传输结构， 其中，所述传输结构具有在静水中的最大吃水深度，所述最大吃水深度小于5米。10.根据权利要求1-9中任一项所述的传输结构， 其中，所述传输结构包括连接装置，至少一个空中传输线能释放地连接于所述连接装置，所述连接装置进一步适于连接于所述浮式或非浮式设施与所述传输结构之间的至少一个传输线11.根据权利要求10所述的传输结构， 其中，所述连接装置是歧管，所述传输线能连接于所述歧管以用于所述浮式结构与所述浮式或非浮式设施之间的流体传输，或者所述连接装置是电力耦接装置，所述传输线能连接于所述电力耦接装置以用于所述浮式或非浮式设施与所述浮式结构之间的电力传输。12.根据权利要求1-11中任一项所述的传输结构， 其中，所述传输结构是浅水传输结构。13.根据权利要求1-12中任一项所述的传输结构， 其中，所述传输结构是非机动化的。14.一种传输系统，用于在浮式结构与浮式或非浮式设施之间传输流体，或在所述浮式或非浮式设施与所述浮式结构之间传输电力， 其特征在于，所述传输系统包括根据权利要求1-13中任一项所述的能半浸没的浮式传输结构、以及至少一个传输线和用于当所述传输系统不使用时存储所述传输线的存储装置，所述至少一个传输线在所述传输结构与所述存储装置之间延伸，所述至少一个传输线进一步连接于: -用于已经从所述浮式结构传输的或者正在被传输至所述浮式结构的流体的存储装置，或者 -用于已经从所述浮式结构传输的或者正在被传输至所述浮式结构的流体的管线，或 -用于从所述浮式结构输送电力或将电力输送到所述浮式结构的电力源。15.根据权利要求14所述的传输系统， 其中，所述传输系统包括多浮筒系泊系统，所述浮式结构能系泊于所述多浮筒系泊系统，以使得所述浮式结构是非随风向改变方位的。16.根据权利要求14或15所述的传输系统， 其中，所述传输系统包括停靠设施，所述停靠设施用于当所述传输结构不使用时存储所述传输结构。17.根据权利要求14-16中任一项所述的传输系统， 其中，所述传输系统包括船舶，所述船舶用于在所述停靠设施与所述浮式结构之间重新安置所述能半浸没的传输船舶、以及用于在附接于所述浮式结构或从所述浮式结构脱离期间控制所述传输船舶。18.根据权利要求14-17中任一项所述的传输系统， 其中，所述传输线是柔性的，并且用于所述传输线的存储装置包括至少一个卷轴或转盘或篮形物，当所述传输系统不使用时，所述传输线缠绕在所述至少一个卷轴或转盘或篮形物上。19.根据权利要求14-18中任一项所述的传输系统， 其中，用于所述传输线的存储装置包括多个辊，当所述传输系统不使用时，所述传输线能在不缠绕的情况下在所述多个辊上被拉回到存储位置。20.根据权利要求14-19中任一项所述的传输系统， 其中，所述传输线设置有至少一个浮筒元件，以使得所述传输线浮动在水上或浮动浸没于水中。21.根据权利要求14-20中任一项所述的传输系统， 其中，用于所述传输线的存储装置定位在岸上、定位在非浮式结构上、或定位在浮式结构上。22.—种用于在浮式结构与浮式或非浮式设施之间传输流体和/或在浮式或非浮式设施与浮式结构之间输送电力的方法， 其特征在于，所述方法包括以下步骤: -将所述浮式结构系泊于多浮筒系泊系统，以使得所述浮式结构是非随风向改变方位的， -将根据权利要求1-13中任一项所述的能半浸没的浮式传输结构从停靠设施重新安置于被系泊的所述浮式结构，并且随后地或同时地放出传输线，流体待通过所述传输线而被传输、或电力待通过所述传输线而被输送， -通过安装在所述传输结构上的能被动移动的附接装置将所述传输结构能释放地附接于所述浮式结构的外表面， -在所述浮式结构与所述传输结构之间设置至少一个空中传输线，以使得流体能在所述浮式结构与所述浮式或非浮式设施之间被传输，或者以使得电力能在所述浮式或非浮式设施与所述浮式结构之间被输送， -通过连接所述浮式结构与所述浮式或非浮式设施的所述传输线而使流体流动和/或输送电力。23.根据权利要求22所述的方法， 其中，使用船舶在所述停靠设施与所述浮式结构之间重新安置所述传输结构，并且使用船舶在将所述传输结构附接于所述浮式结构或从所述浮式结构脱离之前定位所述传输结构。24.根据权利要求22或23所述的方法， 其中，当传输系统不使用时，将所述传输线存储在至少一个卷轴或转盘或篮形物上。25.根据权利要求22-24中任一项所述的方法， 其中，当传输系统不使用时，将所述传输结构存储在所述停靠设施中或系于所述停靠设施。26.根据权利要求1-13中任一项所述的传输结构和/或根据权利要求14-21中任一项所述的传输系统的用途，用于在所述浮式结构与所述浮式或非浮式设施之间传输低温液体。27.根据权利要求25所述的传输结构或传输系统的用途，其中，所述低温液体是LNG。28.根据权利要求1-13中任一项所述的传输结构和/或根据权利要求14-21中任一项所述的传输系统的用途，用于在浮式或非浮式设施与浮式结构之间输送电力。
【文档编号】B63B27/24GK106061831SQ201580004654
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2015年1月16日
【发明人】大卫·米卡尔·克努森, 斯蒂安·图内斯特韦特·芒努松, 芒努斯·埃肯斯, 安德烈斯·诺伯格, 谢蒂尔·舍若利·斯特兰德
【申请人】连接里恩格公司