半潜式钻井平台下箱体的制作方法

本发明涉及一种半潜式钻井平台下箱体。

背景技术：

半潜式钻井平台，又称立柱稳定式钻井平台。半潜式钻井平台是大部分浮体没于水面下的一种小水线面的移动式钻井平台，是从坐底式钻井平台演变而来的。半潜式钻井平台是由平台本体、立柱和下体或浮箱组成，其中的浮箱又称为下箱体或沉箱，整体上又被称为沉箱式钻井平台。

沉箱式钻井平台是将几根立柱布置在同一个圆周上，立柱用于支撑钻井平台，而立柱下端安装在沉箱上或者说下箱体上。下箱体多是圆形、矩形或靴形，下箱体与立柱一一对应，一般有3~5个。半潜式钻井平台的稳定性取决于下箱体的重量，下箱体越重，半潜式钻井平台的横摇和纵摇的幅值越小。

远海水文，天气条件比较复杂，而钻井平台正常作业需要一个极其稳定的工作环境，而深海作业不适合锚泊定位，只能采用动力定位系统，所以在平台动力定位系统的基础上提高其稳定性是学者们研究的重中之重。

海浪具有一定的规律性，其周期为0.5~25秒。远海缺少锚固点，建立防波设施不现实，即便是存在防波设施，也需要把防波设施安装在半潜式钻井平台上，海浪的动能最终还是作用于钻井平台自身。

本发明有动机将部分海浪动能转换成电能，从而降低浪涌对半潜式钻井平台的冲击。关于利用波浪能发电的设备，典型地，如中国专利文献cn108005840a或cn108691724a，其采用浮箱来推动齿轮齿条机构运动。该种结构主要利用波峰波谷变化的浮力来推动浮箱，而半潜式钻井平台最难解决的也是垂荡，对半潜式钻井平台的横摇和纵摇影响也非常有限。关于齿轮齿条机构，其在使用时暴露在海浪中，不仅润滑困难，而且防腐困难。齿轮齿条机构能够将直线运动转换成转动，但海浪波峰波谷的变化是一种往复变化，齿轮所驱动的电机电流输出稳定性差，并且电流方向有变化，难以整流使用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够有效降低半潜式钻井平台的横摇和纵摇的半潜式钻井平台下箱体。

依据本发明的实施例，提供一种半潜式钻井平台下箱体，其基本结构包括：

主仓，提供封闭的舱室，主仓周向开有水平的导孔；

抵流板，分布在主仓外围给定距离处；

顶杆，在同一水平面上，每一抵流板至少适配有两个顶杆，而顶杆与导孔液密封配合形成移动副；

复位装置，提供抵流板远离主仓方向的力；

曲柄滑块机构，位于主仓内，所述顶杆为该曲柄滑块机构的原动件，且顶杆具有确定的工作行程；以及

发电机，由所述曲柄滑块机构驱动。

上述半潜式钻井平台下箱体，可选地，顶杆在竖直方向上具有上下两排。

可选地，所述复位装置为套装在顶杆上的复位弹簧，该复位弹簧的一端顶持在主仓的外表面，另一端顶持在抵流板的内侧面。

可选地，为复位弹簧顶持的部位开有用于复位弹簧端部定位的定位槽。

可选地，主仓在俯视状态下具有：

主体，该主体在俯视状态下为矩形结构，具有一对短边和一对长边；

端头，该端头为以前述短边为直径的半圆头，而构成主体长边方向两端的端头；

相应地，抵流板有四块，一对为弧抵流板，另一对为直抵流板；

其中，弧抵流板布设在端头侧，直抵流板布设在长边侧。

可选地，在主仓内为每一曲柄滑块机构设有一密封仓。

可选地，所述曲柄滑块机构的曲柄配有一对轴承，曲柄的两端各连接一发电机；

曲柄滑块机构的连杆配有一对，两连杆分居于顶杆的两边，并与顶杆连接。

可选地，顶杆与连杆通过牛角轴连接。

可选地，在主仓的下侧设有一副仓，副仓几何结构在俯视状态下与主仓相似，并大于主仓；

副仓与主仓共中心。

可选地，副仓边缘构成抵流板工作行程的内侧止点。

依据本发明实施例的半潜式钻井平台下箱体，将抵流板分布在主仓外围，直接抵挡海浪横向和纵向的冲击，将部分海浪能转换成抵流板的动能，抵流板推动顶杆，顶杆构成曲柄滑块机构的原动件，而通过曲柄滑块机构驱动发电机，将动能转换成电能。基于本发明的实施例，可以将部分海浪能转换成电能，一方面降低对半潜式钻井平台横摇和纵摇的影响，并能产生电能供半潜式钻井平台上设备的使用。曲柄滑块机构具有确定的工作行程，并且本发明并不刻意寻求转换更多的海浪能，而使顶杆工作行程能够完整的完成，从而保证曲柄滑块机构向同一方向转动，保证电流方向的确定性。

附图说明

图1为一实施例中半潜式钻井平台下箱体俯剖结构示意图。

图2为一实施例中半潜式钻井平台下箱体的主视结构示意图。

图3为一实施例中发电系统结构示意图。

图中：1.行程空间，2.避干涉间隙，3.顶杆，4.发电仓，5.直抵流板，6.复位弹簧，7.主仓，8.副仓，9.弧抵流板，10.发电机，11.牛角轴，12.曲轴，13.连杆，14.轴承座。

具体实施方式

在图1所示的结构中，俯视状态下，主仓7和副仓8的几何结构均为常说的腰型结构，即一个矩形部分和两个半圆部分的几何结构组合体。

可以理解的是，在本领域，主仓7是常规结构，而没有副仓8，以主仓7为例，其内部通常为空仓，可以灌入海水以降低重心，提高半潜式钻井平台的稳定性。

此外，主仓7内还会安装一些设备，整体而言，主仓7内通过有多个分仓，部分分仓用于灌入或者排出海水，以调整半潜式钻井平台的高度。

可以理解的是，为仓壁所围的空间为内，仓外为外，在此基础上具有确定的内外。

此外，在方位上，主仓7一般位于水下或者部分位于水下，也具有确定的上下结构。

如图1所示的一种半潜式钻井平台下箱体，其基本结构包括一个主仓7和布设在主仓7外围的多块抵流板，如图中所示的两块的弧抵流板9和直抵流板5。此外，抵流板通过顶杆3安装在主仓7仓壁外侧，顶杆3提供导向和传动，其中，主仓7仓壁开有导孔，导孔为水平方向。顶杆3与导孔配合形成移动副，顶杆3与导孔的配合为液密封配合。

液密封配合并不要求绝对严密，包括主仓7在内，都有排水系统，以维持主仓7内水量的平衡，液密封配合不影响发电机10即可。

关于主仓7，基于前述的内容可知，其构成相对封闭的舱室，与常规的下箱体一致，可以配有与常规下箱体相同的结构和分仓形式。主仓7周向开有水平的导孔。

图1中，两种抵流板分布在主仓7外围，并与主仓7间具有给定距离，即图1中所示的行程空间1，用于确定出抵流板的工作行程。

可以理解的是，抵流板的工作行程与曲柄滑块机构滑块的工作行程相同，抵流板的工作行程可以由曲柄滑块机构的机构属性所约束，为减小对机构节点的冲击，抵流板的工作行程可以由静定的部件来限定，如焊接在主仓7上的挡板。

挡板主要用于抵流板内侧止点的限定，对于外侧止点，可以在顶杆3上设置轴环，可以理解的是，轴环位于导孔的内端侧。

对于顶杆3，在同一水平面上，每一抵流板至少适配有两个顶杆3，在于，尽管洋流方向确定性比较强，但洋流具有时变属性，洋流对抵流板的冲击力大多不在顶杆3的轴向，因此顶杆3会受到有害分力的影响，即垂直于顶杆3轴向的分力，该分力不仅会影响顶杆3的顺畅性，而且会导致顶杆3过快失效。

两个或者两个以上的顶杆3，有利于提高顶杆3运动的顺畅性，并使顶杆3与导孔配合结构的使用寿命有较大的提高。

海浪属于周期性波浪，因此，提供复位装置，该复位装置提供抵流板远离主仓7方向的力，即浪峰过来时，顶杆3工进，浪谷过来时，顶杆3在复位装置的作用下复位。

关于曲柄滑块机构，如前所述，其具有确定的工作行程，并且基于机械领域的一般常识，曲柄滑块机构可以将往复运动转换成连续的转动。典型地，内燃机就是将活塞（即滑块）的往复运动转换成曲轴的连续的向同一个方向的转动。

通过约束抵流板的工作行程，而使曲柄滑块机构的曲轴12具有确定的连续的转动，曲轴12作为输出构件，驱动发电机10发电。

相应地，曲柄滑块机构位于主仓7内，所述顶杆3为该曲柄滑块机构的原动件，即构成滑块部分，或者滑块部分连接为一体。

抵流板具有一定的高度，并且浪涌在竖直方向上各处的压强并不相同，为此，从图2中可以看到，顶杆3在竖直方向上具有上下两排，以保证顶杆3运动的顺畅性，并使整体结构更加可靠。

关于复位装置，优选地，如图1~3所示复位装置构成套装在顶杆3上的复位弹簧6，弹簧结构简单，劲度系数相对稳定，且易于计算。

弹簧大多采用弹簧钢制作，本身比普通钢更耐腐蚀，不过复位弹簧6暴露在海水中，容易被腐蚀。

进一步地，复位弹簧6的表面应有耐腐蚀涂层，可以基于喷涂工艺形成，也可以采用电镀形成，例如镀锌层。

相应地，复位弹簧6的一端顶持在主仓7的外表面，另一端顶持在抵流板的内侧面，可以理解的是，复位弹簧6为压缩弹簧。

压缩弹簧可以采用圆柱弹簧，也可以选用锥形弹簧，如果采用锥形弹簧，锥形弹簧的大端位于主仓7侧。

压缩弹簧易于失稳，顶杆3能够起到弹簧导柱的作用，但是直径不宜过大，因此，弹簧导柱的作用相对较弱，进一步地，抵流板和主仓7上为复位弹簧6顶持的部位开有用于复位弹簧6端部定位的定位槽，复位弹簧6的端部嵌入定位槽，不容易产生失稳，能够保证顶杆3运行的平顺性。

在图1所示的结构中，主仓7在俯视状态下整体是一个腰型结构，其可以理解为具有一个矩形结构的主体和主体两端的各一个半圆形的端头。

其中，主体整体上是一个长方体结构，在俯视状态下为矩形结构，具有一对短边和一对长边，其中，短边和长边是相对的概念，在下箱体技术领域，长边的长度比短边的长度大。

对于端头，其整体上是半圆柱结构，俯视状态下即为半圆形，该端头的直径为前述的短边。

相应地，如前所述，抵流板有四块，一对为弧抵流板9，另一对为直抵流板5，其中，弧抵流板9布设在端头侧，直抵流板6布设在长边侧。

抵流板数量相对较少，相对而言，承压面总面积比较大，此外，更容易为一抵流板布设较多的顶杆3，如弧抵流板9，在图中布设六个顶杆3，稳定性比较好。

此外，如图1所示，除了避干涉间隙2外，主仓7的外围被抵流板所遮蔽。

进一步地，在主仓7内为每一曲柄滑块机构设有一密封仓，构成独立的仪器舱，相应地，发电机10也位于密封仓呢。

在图3所示的结构中，所述曲柄滑块机构的曲柄，即图3中所示的曲轴12配有一对轴承，轴承安装在图中所示的轴承座14上，曲柄的两端各连接一发电机12，受力平衡性比较好。

进一步地，为提高受力的平衡性，曲柄滑块机构的连杆13配有一对，两连杆13分居于顶杆的两边，并与顶杆连接。

进一步地，顶杆3与连杆13通过牛角轴11连接，刚度比较强。

牛角轴11大致是直轴两端翘曲的轴，刚度相对较高。

进一步地，在主仓7的下侧设有一副仓8，副仓8几何结构在俯视状态下与主仓7相似，并大于主仓7。在使用时，主仓7主要作为设备舱，副仓8主要作为注水仓，以提高整体的稳定性。

在一些实施例中，主仓7有多个分仓，部分分仓用做注水仓，部分分仓用作设备舱。

关于几何相似，属于结构学中的一般常识，在此不再赘述。在此条件下，副仓8与主仓7共中心，形成图1和图2所示的结构。

进一步地，副仓8边缘构成抵流板工作行程的内侧止点。