一种用于海上圆筒型FPSO的运动抑制装置

一种用于海上圆筒型fpso的运动抑制装置

技术领域

1.本实用新型涉及海洋平台的设计与建造技术，特别涉及一种用于圆筒型fpso的具有阻尼效用的运动抑制装置。

背景技术：

2.经过多年开发，陆地石油资源储量逐渐减少。海洋中的石油储量远大于陆地，我国南海和东海海域，存在大量的边际油田。

3.由于建造、维护成本高以及生产周期长等劣势，传统浮式生产系统不适合于小型边际油田的开发。回转体型的圆筒型fpso(floating production storage and offloading，即浮式生产储卸油装置)克服了传统船型fpso的诸多缺点，能够适应海洋环境条件，具有实际工程价值。fpso适合小型边际油田的开发，具有建造投资费用低、经济效益高的优点。

4.但是同时，圆筒型fpso垂荡固有周期恰好接近我国南海百年一遇波浪的谱峰周期，使得圆筒型fpso的垂荡运动响应幅值较大且难以控制。在波浪周期与平台固有周期接近的恶劣海况下，由于较大的水线面面积和较差的阻尼性能，其在波浪中垂荡运动很大。一方面，圆筒型fpso过大的垂荡运动会降低生产效率，影响结构安全；另一方面，过大垂荡运动会增加系泊和立管系统的疲劳荷载，降低其疲劳寿命。圆筒型fpso平台垂荡运动幅值过大，不能满足干式井口的要求。因此需要进一步改进平台构型，设计减动结构，增大垂荡阻尼，提升垂荡性能，降低平台的垂荡响应。

技术实现要素：

5.本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种用于海上圆筒型fpso的运动抑制装置，以此解决平台垂荡运动过大，波浪周期与平台固有周期接近的问题，通过加装延伸筒体和减动结构，增大结构附加质量，达到减小平台垂荡运动幅值的效果；同时运动抑制装置也显著增加了结构水下湿表面积，使得平台的垂荡周期由高频向低频转移，有效避开波浪能量集中的频率区间，满足干式井口作业的要求，保障了平台海上作业的安全稳性。

6.本实用新型所采用的技术方案是：一种用于海上圆筒型fpso的运动抑制装置，包括：

7.延伸筒体，所述延伸筒体连接在所述海上圆筒型fpso的平台主体下方；以及

8.减动结构，所述减动结构包括外圈阻尼板和内圈阻尼板，

9.其中，所述外圈阻尼板呈圆筒型结构，套设在所述延伸筒体的外部并在所述外圈阻尼板与所述延伸筒体之间形成环状空间；

10.其中，所述内圈阻尼板为环形板结构且设置在所述环状空间内，所述延伸筒体的轴线垂直于所述内圈阻尼板所在的平面，所述内圈阻尼板的内圈与所述延伸筒体的外壁连接并且所述内圈阻尼板的外圈与所述外圈阻尼板的内壁连接，使得由所述延伸筒体的外壁、所述内圈阻尼板和所述外圈阻尼板形成开口向上的上u型槽和开口向下的下u型槽。

11.进一步地，所述平台主体的中心设置有平台月池，所述延伸筒体的中心设置有贯通所述延伸筒体的上表面和下表面且与所述平台月池相连通的延伸月池，所述延伸月池的直径随水深逐渐增大。

12.进一步地，所述延伸筒体的高度与所述平台主体的高度之比为3:7。

13.进一步地，所述延伸月池的上沿直径与所述平台月池的直径相同，并且，所述延伸月池的上沿直径与下沿直径之比为2:3。

14.进一步地，所述内圈阻尼板设置在所述延伸筒体高度方向的中部位置，所述内圈阻尼板的内圈通过法兰和螺栓与所述延伸筒体连接，所述内圈阻尼板的外圈通过焊接与所述外圈阻尼板连接为一体式结构。

15.进一步地，所述内圈阻尼板上沿圆周方向间隔设置有多个阻尼孔。

16.进一步地，所述内圈阻尼板的宽度与所述延伸筒体的高度之比为2:3。

17.进一步地，所述阻尼孔的直径与所述内圈阻尼板的内圈直径之比为3:38。

18.进一步地，所述外圈阻尼板的母线与所述延伸筒体的轴线平行布置或呈一角度布置。

19.进一步地，当所述外圈阻尼板的母线与所述延伸筒体的轴线呈一角度布置时，所述外圈阻尼板的母线与所述延伸筒体的轴线之间的布置角度为10

°

至15

°

。

20.本实用新型的有益效果是：

21.本实用新型是一种适用于圆筒型fpso的运动抑制装置。运动抑制装置又包括延伸筒体和减动结构两部分。圆筒型fpso为150万吨级钻采油一体的海洋平台，包括平台主体、平台月池、上部生产设施、储油舱和压载舱；延伸筒体和平台主体两者接触面通过紧固螺栓连接；减动结构设置于延伸筒体外侧，分为水平安装的内圈阻尼板和垂向安装的外圈阻尼板，内圈阻尼板与延伸筒体外壁通过法兰、螺栓等结构紧固连接，而减动结构的内圈阻尼板与外圈阻尼板角焊连接一体。

22.1、加装本实用新型运动抑制装置的圆筒型fpso可应用于我国南海深海域，满足干式井口作业的要求，可有效缩减建造成本，具备良好的应用前景。

23.2、相比与传统的圆筒型fpso，本实用新型加装延伸筒体和减动结构，平台整体质量与附加质量增加，大大减小平台的垂荡运动幅值；本实用新型减动结构的阻尼板与水接触面呈h型，即延伸筒体外壁、水平安装的内圈阻尼板、垂向安装的外圈阻尼板三者的垂向截面呈现h型，此种形式使得平台水下湿表面大大增加，平台固有周期增大，有效避开南海波浪能量集中的频率区间，使圆筒型fpso适用于南海海况条件。

24.3、减动结构采用h型结构设计，即延伸筒体外壁、水平安装的内圈阻尼板、垂向安装的外圈阻尼板三者的垂向截面呈现h型，这种形式一方面可以减少用钢量，缩减建造成本，另一方面h型使得内圈阻尼板的上下各自形成了一个u型槽，这种半封闭月池结构为平台提供了垂荡、横摇及纵摇方向上的阻尼作用。

25.4、减动结构内圈阻尼板上开设阻尼孔，通孔形式增加附连水质量，有利于提高垂荡阻尼性能。

26.5、在延伸筒体底部设置压载舱可以降低结构重心，提高结构整体稳性。

27.6、本实用新型设计的延伸筒体、减动结构及底部压载舱结构为可拆卸装置，可根据平台实际作业需求在尺度上进行相应改装，整体结构装卸方便，可在码头、港口分段建

造、组装，然后整体湿拖至作业地点。

附图说明

28.图1：安装有本实用新型运动抑制装置的海上圆筒型fpso外部结构图；

29.图2：安装有本实用新型运动抑制装置的海上圆筒型fpso主剖视图；

30.图3：安装有本实用新型运动抑制装置的海上圆筒型fpso俯视图；

31.图4：图2的ⅰ局部放大图。

32.附图标注：

33.1——平台主体；

ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ

11——平台月池；

34.2——延伸筒体；

ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ

21——延伸月池；

35.22——紧固螺栓；

ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ

3——减动结构；

36.31——外圈阻尼板；

ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ

32——内圈阻尼板；

37.321——法兰；

ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ

322——阻尼孔；

38.33——上u型槽；

ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ

34——下u型槽。

39.d1——延伸月池的上沿直径；

ꢀꢀꢀꢀꢀ

d2——延伸月池的下沿直径；

40.d3——阻尼孔的直径；

ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ

d4——内圈阻尼板的内圈直径；

41.d5——延伸筒体的高度；

ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ

d6——平台主体的高度；

42.d7——内圈阻尼板的宽度。

具体实施方式

43.为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

44.本实用新型为解决平台垂荡运动过大的问题，基于圆筒型fpso的结构形式，通过在平台底部设置运动抑制装置，可以有效增加结构附加阻尼与附加质量，减小fpso的垂荡运动。运动抑制装置包括延伸筒体2和减动结构3。延伸筒体2为圆筒形柱体结构，位于平台主体1下方，延伸筒体2和平台主体1两者接触面通过紧固螺栓22连接。减动结构3水平安装于延伸筒体2外壁高度方向的中部位置，两者接触处通过法兰321、螺栓等结构紧固连接。采用此种运动抑制装置的圆筒型fpso，可以有效增加平台在水中的附连水质量，大大减小平台垂荡方向的运动幅值，同时减动结构3也进一步增大了水下湿表面积，提高了平台的固有周期，避免了结构固有频率在波浪频率范围内发生共振，提升了平台安全稳性。

45.本实施例中，海上圆筒型fpso为150万吨级钻采油一体的海洋平台，包括平台主体1、平台月池11、上部生产设施、储油舱和压载舱。

46.如附图1至图4所示，一种用于海上圆筒型fpso的运动抑制装置，包括延伸筒体2和减动结构3两部分。

47.延伸筒体2设置在平台主体1的下方，并且，延伸筒体2的上表面通过紧固螺栓22与平台主体1的下表面连接，使得延伸筒体2可拆卸。运动抑制装置需要提供良好的阻尼作用，尺寸越大能提供越大的阻尼作用，过小的尺寸则不能起到提供阻尼作用的效果，但是，运动抑制装置尺寸过大会造成海上圆筒型fpso整体重量过重，因此，本实施例中，延伸筒体2的高度d5与平台主体1的高度d6之比：d5:d6＝3:7。延伸筒体2整体为空心圆柱体结构，自延伸

筒体2的上表面开孔通至下表面形成延伸月池21，延伸月池21与平台月池11相连通，平台立管等设施通过平台月池11以及延伸月池21连接到海底。为了为平台立管等设施提供宽裕一些的空间，并起到过渡延伸月池21内相对平缓的环境和比较恶劣的海洋环境的作用，延伸月池21的直径随水深逐渐增大，呈上窄下宽形式，延伸月池21的上沿直径d1与平台月池11的直径相同，并且，延伸月池21的上沿直径d1与下沿直径d2之比：d1:d2＝2:3，其中，延伸月池21的上沿直径指延伸月池21在延伸筒体2上表面处的直径，延伸月池21的下沿直径指延伸月池21在延伸筒体2下表面处的直径。此外，可在延伸筒体2的底部设置压载舱阻尼板，以降低fpso结构整体重心阻尼板，提高fpso结构整体稳性；压载舱可配置为可拆卸形式。

48.减动结构3设置于延伸筒体2外侧，自内而外分为内圈阻尼板32和外圈阻尼板31，内圈阻尼板32和外圈阻尼板31两者相交处形成90

°

或近90

°

夹角，在该夹角处通过角焊使得内圈阻尼板32与外圈阻尼板31连接为一体式结构。

49.其中，外圈阻尼板31呈圆筒型结构，套设在延伸筒体2的外部并在外圈阻尼板31与延伸筒体2之间形成环状空间。外圈阻尼板31与延伸筒体2等高，并且，外圈阻尼板31的上表面与延伸筒体2的上表面齐平、外圈阻尼板31的下表面与延伸筒体2的下表面齐平。外圈阻尼板31的母线可与延伸筒体2的轴线平行布置或呈一角度布置，当外圈阻尼板31的母线与延伸筒体2的轴线呈一角度布置时，外圈阻尼板31可为直径随水深逐渐增大的上窄下宽形式，也可为直径随水深逐渐变小的上宽下窄形式，此时，外圈阻尼板31的母线与延伸筒体2的轴线之间的布置角度为10

°

至15

°

。本实施例中，外圈阻尼板31采用直径随水深逐渐增大的上窄下宽形式，外圈阻尼板31的外轮廓近似圆台表面，这样的结构形式可以起到最佳的减摇效果。

50.其中，内圈阻尼板32为环形板结构且设置在环状空间内，内圈阻尼板32设置在延伸筒体2高度方向的中部位置，并且，延伸筒体2的轴线垂直于内圈阻尼板32所在的平面，内圈阻尼板32的内圈与延伸筒体2的外壁连接并且内圈阻尼板32的外圈与外圈阻尼板31的内壁连接，使得由延伸筒体2的外壁、内圈阻尼板32和外圈阻尼板31形成开口向上的上u型槽33和开口向下的下u型槽34，上u型槽33下u型槽34均为半封闭月池结构，这种结构为平台提供了垂荡、横摇及纵摇方向上的阻尼作用。内圈阻尼板32的内圈可通过法兰321和螺栓等结构与延伸筒体2连接，使得减动结构3为可拆卸形式。内圈阻尼板32上沿圆周方向间隔设置有多个阻尼孔322，通孔形式增加附连水质量，有利于提高垂荡阻尼性能。阻尼孔322是通过孔的形状，以及孔径与水的接触面积，水的流动来增加摩擦，提供阻尼，其中，孔的形状可以是方形、圆形、带有锯齿等，孔的面积占内圈阻尼板32面积的2％～3％效果最佳，本实施例中，通过数值实验得到：内圈阻尼板32上间隔90

°

均匀设置4个阻尼孔322，阻尼孔322为圆形，并且，阻尼孔322的直径d3与内圈阻尼板32的内圈直径d4之比为：d3:d4＝3:38。内圈阻尼板32的尺寸越大，阻尼效果越好，但是，尺寸太大会导致安装不便且结构不稳定的问题，因此，本实施例中，内圈阻尼板32的宽度d7与延伸筒体2的高度d5之比为：d7:d5＝2:3。

51.减动结构3的外圈阻尼板31、内圈阻尼板32和延伸筒体2外壁三者的垂向截面呈h型，能大大增加平台水下湿表面，增大平台固有周期，同时，减少用钢量，缩减建造成本，此外，在内圈阻尼板的上下各自形成了半封闭月池结构的u型槽，为平台提供了垂荡、横摇及纵摇方向上的阻尼作用。

52.尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不

局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。