浅水浮式平台系泊装置及方法与流程

本发明涉及海洋工程系泊技术领域，具体涉及用于浅水海域浮式平台的系泊装置及方法。

背景技术：

随着我国对海洋岛礁的不断开发建设，需要采用不破坏海洋生态环境的浮式平台作为码头，进行货船靠泊与物资装卸转运。随着近些年全球气候变暖，台风频发，且等级逐渐增高。很大程度上考验浮式海洋平台系泊系统的定位能力，如何能够保证浮式平台正常生产或者提高风暴自存能力是其在服役过程中的重大问题。当前的系泊方式主要有转塔式单点系泊方式、悬链式多点系泊方式、张紧式多点系泊方式，其中，转塔式单点系泊为恶劣环境条件下常用系泊方式，其形式包括转塔和浮体结构融为一体的内转塔式单点系泊和转塔位于浮体艏部外侧的外转塔式单点系泊。该系泊方式虽然抗风浪能力强，但在风浪的方向改变时浮体会随之转动，不利于其它船舶与浮体横向靠泊并开展作业，而且结构复杂，造价较高；悬链式和张紧式多点系泊方式通常是在浮式平台的角点或沿周长布置多个系泊点，每个系泊点上的系泊缆呈放射状向四周延伸，再通过锚固装置将系泊缆锚固在海底。这两种多点系泊方式虽然定位能力较强，浮体不易发生转动，但存在如下缺陷：第一，当货船沿横向停靠在浮式平台一侧时，容易与浮体的系泊缆发生碰撞造成系泊系统或船只的损坏，对船舶的横向靠泊和作业以及周边船只的航行和作业十分不利；第二，每条系泊缆直接由锚桩或其它形式的锚固装置固定于海底，所需锚固点较多，整个系泊系统施工安装需要较多的费用与时间；第三，在高海况及风浪方向多变的海域容易受到横向风浪的作用，使浮式平台及系泊系统承受比单点系泊方式大得多的风力和波浪力以及由此引起的浮式平台运动，系泊系统及浮式平台本身容易受到损坏，安全性较差。

技术实现要素：

本申请人针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种浅水浮式平台系泊装置及方法，其能够满足浅水浮式平台的定位需求，便于船舶的横向停靠作业，且具有较高的抗风浪能力。

本发明的技术方案如下：

本发明所述浅水浮式平台系泊装置，包括系泊缆、水鼓、锚链，在浮式平台的艏部、艉部的横向两端均设有绞车，在浮式平台的艏部、艉部的纵向外侧分别设有一个水鼓，浮式平台艏部横向两端的两台绞车上缠绕的系泊缆的伸出端均与浮式平台艏部外侧的水鼓连接，浮式平台艉部横向两端的两台绞车上缠绕的系泊缆的伸出端均与浮式平台艉部外侧的水鼓连接；两个水鼓分别通过一根锚链固定在海底锚基上。

其进一步技术方案为：

所述水鼓位于与其连接的两根系泊缆从绞车上的伸出端的横向连线之间。

所述系泊缆为复合缆，包括沿系泊缆长度方向拼接的尼龙缆段和高分子聚乙烯缆段，所述尼龙缆段一端与水鼓连接，所述尼龙缆段另一端与所述高分子聚乙烯缆段连接，所述高分子聚乙烯缆段另一端缠绕在绞车上。

所述锚链为悬链式布置。

所述水鼓的顶部设有系缆环，系泊缆与所述系缆环连接。

所述水鼓为钢制圆柱形浮体结构，水鼓内部分为至少两个独立的舱容。

所述锚链可转动地连接在海底锚基上。

本发明所述浅水浮式平台系泊方法，将浮式平台沿岸线平行方向布置，当海况满足作业条件时，通过浮式平台艏部、艉部的绞车将系泊缆拉紧至设计预张力，此时浮式平台处于作业状态，待停靠船舶进行横向靠泊；当环境条件恶化并超过设计临界海况时，将浮式平台艏部的系泊缆与艏部一侧的水鼓上的系缆环脱开，或者将浮式平台艉部的系泊缆与艉部一侧的水鼓的系缆环脱开，使浮式平台的系泊成为具有风向标效应的单点系泊；当海况恢复至作业条件时，将相互脱开的系泊缆与水鼓的系缆环重新连接，浮式平台的艏部、艉部的绞车将系泊缆拉紧至设计预张力，此时浮式平台恢复至作业状态，待停靠船舶进行横向靠泊；根据海况情况，使浮式平台在双水鼓系泊的作业模式与单水鼓系泊的抗风浪模式之间进行切换。

本发明的技术效果：

1、系泊缆与靠泊船之间的干扰大为减少：本发明改变了传统的单点系泊或外扩式的多点系泊方式，在浮式平台艏部、艉部一侧均使用一个水鼓及相应的锚链、锚基形成两个系泊点，每个系泊点通过两根系泊缆分别与浮式平台艏部、艉部横向两端的绞车连接，与同一水鼓连接的两根系泊缆在自浮式平台至相连接的水鼓方向形成内八字形结构，便于船舶尤其是与浮式平台尺度相当的船舶靠泊在浮式平台的侧面，且较大限度地减少了对周边船舶航行和作业的影响，可以满足岛礁建设的特殊要求；

2、抗风浪与作业双模式切换：利用浮式平台艏部、艉部设置的共四台绞车、四根系泊缆、两根锚链、两个锚固点组成的系泊装置，即可满足浮式平台及浅水环境及极浅水环境下的定位需求；通过绞车的设置及系泊缆与水鼓、绞车可脱开的结构设置，浮式平台能够根据海况在双水鼓系泊的作业模式与单水鼓系泊的抗风浪模式之间切换，满足浮式平台的正常作业需求和原地抵抗高级别风浪的生存需求；

3、锚固点数量少：传统的系泊系统每根锚链都需要一个锚桩或其它形式的锚固装置将锚链一端固定于海底，而本发明所述系泊装置将两根系泊缆先连接到位于水面的水鼓，再由一根锚链将水鼓系泊于海底，在保证系泊系统定位能力及安全性的前提下，使海底锚固点数量减少了一半，可以大幅度降低系泊装置施工安装的费用与时间。

附图说明

图1为本发明的原理结构示意图。

图2为本发明处于作业工况下的俯视图。

图3为本发明处于抗风浪工况下的俯视图。

其中：1、系泊缆；2、水鼓；3、锚链；4、绞车；5、浮式平台；6、海底垂向锚基；7、待停靠船舶。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

见图1、图2，本发明所述浅水浮式平台系泊装置包括系泊缆1、水鼓2、锚链3，在浮式平台5的艏部、艉部的横向两端均设有绞车4，在浮式平台5的艏部、艉部的纵向外侧分别设有一个水鼓2，浮式平台5艏部横向两端的两台绞车4上缠绕的系泊缆1的伸出端均与浮式平台5艏部外侧的水鼓2连接，浮式平台5艉部横向两端的两台绞车4上缠绕的系泊缆1的伸出端均与浮式平台5艉部外侧的水鼓2连接；两个水鼓2分别通过一根锚链3固定在海底锚基6上；与同一水鼓2连接的两根系泊缆1朝向同一水鼓2聚缩，且两个系泊缆1从浮式平台5至水鼓2方向形成内八字结构，进一步通过绞车4控制系泊缆1从绞车4上的伸出长度，使水鼓2位于与其连接的两根系泊缆1从绞车4上的伸出端的横向连线之间，保证系泊缆1在横向方向上均位于浮式平台2的横向尺寸内。本发明所述“横向”指代浮式平台5的宽度尺寸方向，“纵向”指代浮式平台5的长度尺寸方向。

进一步地，所述系泊缆1为复合缆，包括沿系泊缆1长度方向拼接的尼龙缆段和高分子聚乙烯缆段，所述尼龙缆段一端与水鼓2连接，所述尼龙缆段另一端与所述高分子聚乙烯缆段连接，所述高分子聚乙烯缆段另一端缠绕在绞车4上。尼龙缆段弹性较大，有利于减小最大张力，另一方面，在同等破断强度下，高分子聚乙烯缆段直径较尼龙缆段的直径较小，有利于绞车4尺度及相配设的导缆器的小型化设计，故系泊缆1这种特殊设置可以同时保证其力学性能与应用方便性和经济效益的平衡。此外，系泊缆1外套浮力材料，使得系泊缆1在与水鼓2解脱后，仍然可以漂浮于海面上，且便于与水鼓2回接。

见图1，所述锚链3为悬链式布置，锚链3由两段不同直径的钢链构成，直径大的锚链段与海底锚基6相连，在作业及生存海况下，锚链3始终保证一定长度的躺底段，使得海底锚基不直接承受锚链垂向拉力。

为便于系泊缆1与水鼓2的连接、脱开及回接，水鼓2的顶部设有系缆环（图中未示出），系泊缆1与所述系缆环连接。

所述水鼓2为钢制圆柱形浮体结构，随着水鼓2在锚链力作用下沉入水中的深度的不断增加，提供的浮力不断增大，起到阻止锚链3被拉紧从而张力急剧上升的作用。水鼓2内部分为至少两个独立的舱容并且在水鼓2内部填充浮力材料，在水鼓出现局部破损后仍然能提供浮力，同时水鼓周边还添加防撞缓冲装置，避免与附近物体发生碰撞对水鼓造成损害。

锚链3通过具有各向转动自由度的连接部件可转动地连接在海底锚基6上，具体地，海底锚基7上设有吊环，锚链3一端通过环扣与所述吊环滑动扣接，从而使得锚链绕海底锚固点可转动。

本发明所述浅水浮式平台系泊方法，见图2，将浮式平台5沿岸线平行方向布置，当海况满足作业条件时，通过浮式平台5艏部、艉部的绞车4将系泊缆1拉紧至设计预张力，此时浮式平台5处于双水鼓系泊的作业状态，待停靠船舶7进行横向靠泊，即待停靠船舶7靠泊在浮式平台5的横向一侧；当环境条件恶化并超过设计临界海况时，将浮式平台5艏部的系泊缆1与艏部一侧的水鼓2上的系缆环脱开，或者将浮式平台5艉部的系泊缆1与艉部一侧的水鼓2的系缆环脱开，具体脱开哪一端视平台上层建筑布局而定，原则是风力在平台上的作用点应远离未脱开的系泊缆在平台甲板的连接点，使浮式平台5的系泊方式成为具有风向标效应的单水鼓系泊的单点系泊，见图3，在风浪作用下，浮式平台2绕着海底锚固点转动，保证浮式平台5原地抗台风的生存安全，图3中箭头方向所述为风浪方向；当海况恢复至作业条件时，将脱开的系泊缆1与水鼓2的系缆环重新连接，通过浮式平台5的艏部、艉部的绞车4将系泊缆1拉紧至设计预张力，此时浮式平台5恢复至作业状态，待停靠船舶7进行横向靠泊。根据海况情况，浮式平台5可在双水鼓系泊的作业模式与单水鼓系泊的抗风浪模式之间进行切换。

浮式平台5艏艉两个水鼓沿岸线平行方向布置，考虑到近岸处浪向与岸线的基本垂直关系，正常作业状态下，浮式平台5处于横浪中，利用浮式平台5艏部、艉部的四台绞车、四根系泊缆、两根锚链、两个锚固点，即可实现浮式平台的系泊定位，当浮式平台5发生位移时，带动水鼓位移，使海底锚链逐步被拉紧，由此提供回复力限制浮式平台的进一步位移。通过四台绞车将系泊缆拉紧至设计预张力，使本发明所述系泊装置达到足够水平向刚度从而实现浮式平台与靠泊船舶的定位要求；单点系泊状态下，具有风向标效应的单点系泊方式使得浮式平台艏部或艉部（即纵向）指向环境力合力的来向。由于浮式平台艏部或艉部的面积远小于浮式平台长度方向一侧的面积，这种系泊方式可大大降低浮式平台所受环境力，从而提高浮式平台的抗风浪能力，满足浮式平台原地抗台风的生存需求。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。