本發(fā)明涉及海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種平臺立柱及海洋平臺。

背景技術(shù)：

海洋平臺為在海上進(jìn)行鉆井、采油、集運(yùn)、觀測、施工等活動提供生產(chǎn)和生活設(shè)施的構(gòu)筑物。半潛式平臺為常用的海洋平臺的一種，主要由上部結(jié)構(gòu)、下浮體和立柱構(gòu)成，上部結(jié)構(gòu)用于裝設(shè)鉆井機(jī)械、平臺操作設(shè)備等。

半潛式平臺根據(jù)吃水程度分為淺吃水半潛平臺和深吃水半潛平臺，其中吃水小于30米的平臺為淺吃水半潛平臺，吃水大于30米的平臺為深吃水半潛平臺。增加浮式半潛平臺的吃水會減小垂蕩運(yùn)動(即垂向的運(yùn)動)，因?yàn)橄赂◇w在水面以下越深，它受到的波浪激勵就越小，因此，深吃水半潛平臺的垂向運(yùn)動要比淺吃水半潛平臺的垂向運(yùn)動要小。

半潛式平臺吃水的增加通過增長立柱來實(shí)現(xiàn)，盡管將下浮體放得更深可以減小垂蕩運(yùn)動，但是立柱越長越容易導(dǎo)致“渦激誘導(dǎo)運(yùn)動(Vortex Induced Motion，簡稱VIM)”。VIM會引發(fā)海洋平臺在水平面內(nèi)產(chǎn)生長周期大振幅的往復(fù)運(yùn)動，這種大范圍的往復(fù)運(yùn)動對海洋平臺以及與海洋平臺相連的錨纜和立管等結(jié)構(gòu)的疲勞損壞影響很大，進(jìn)而影響正常的海上作業(yè)。此外，由于半潛平臺的組裝位置通常在碼頭，但是碼頭的水深一般只能達(dá)到9.0－10.5米，因此，在碼頭組裝時，船體在必須提供足夠的浮力來支撐其本身重量和上部模塊重量的同時，仍須保持吃水小于9.0－10.5米。對于深吃水半潛平臺而言，要在碼頭維持這么淺的吃水很困難，從而導(dǎo)致了深吃水半潛平臺很難在碼頭完成組裝工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種平臺立柱，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的海洋平臺受渦激運(yùn)動影響較大、穩(wěn)定性較差的技術(shù)問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供的平臺立柱，包括：依次連接的第一段、第二段和第三段，所述第一段的底部面積小于所述第三段的頂部面積，所述第二段的頂面與所述第一段的底面形狀相同、面積相等，所述第二段的底面與所述第三段的頂面形狀相同、面積相等，所述第二段的橫截面積從上到下逐漸增大。

進(jìn)一步地，所述第二段的高度占所述第一段、所述第二段和所述第三段的高度之和的15％－50％。

優(yōu)選地，所述第三段的寬度與相同方向上所述第一段的寬度之間的差值范圍為所述第一段的寬度的25％－50％。

可選地，所述第二段的側(cè)面與豎直面之間夾角范圍為5°－20°。

可選地，所述第一段和所述第三段均為長方體結(jié)構(gòu)，所述第二段為四棱臺結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述第二段的四個側(cè)面與所述第二段的底面之間的夾角的角度相同。

可選地，所述第一段和所述第三段均為圓柱結(jié)構(gòu)，所述第二段為圓臺結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，還包括第四段和第五段，所述第四段的頂面與所述第三段的底面相連且面積相等，所述第四段的底面與所述第五段的頂面相連且面積相等，所述第四段的底面面積大于所述第四段的頂面面積。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的平臺立柱具有以下優(yōu)勢：

與現(xiàn)有技術(shù)中的從上到下截面積相等的平臺立柱相比，本發(fā)明所述的平臺立柱從上到下至少分為三部分，且三部分的截面積均不相同。由于當(dāng)主體的固有頻率與漩渦脫落的頻率接近時，渦激運(yùn)動現(xiàn)象最為明顯，對結(jié)構(gòu)的損害更大，因此，當(dāng)將本發(fā)明提供的立柱應(yīng)用于海洋平臺中時，由于本發(fā)明提供的平臺立柱中，由上到下三部分的固有頻率均不相同，因此與渦流的釋放頻率均接近的可能性降低，從而可以有效減輕渦激運(yùn)動。同時，由于本發(fā)明提供的平臺立柱的三部分的截面尺寸有所差異，三部分不同截面的主體結(jié)構(gòu)打破了漩渦脫落的周期規(guī)律，因此，在平臺立柱的長度方向上，可有效激發(fā)渦激運(yùn)動的長度減少，從而減輕了渦激運(yùn)動。本發(fā)明提供的平臺立柱的多段設(shè)計(jì)能夠有效抑制漩渦脫落引起的渦激運(yùn)動，降低渦激運(yùn)動對海洋平臺以及與海洋平臺相連的錨纜和立管產(chǎn)生的疲勞損傷。

同時，當(dāng)將本發(fā)明提供的平臺立柱應(yīng)用于深吃水半潛平臺中時，由于第三段的底部面積最大，第一段的頂部面積最小，因此，當(dāng)將平臺立柱置于水中時，與現(xiàn)有技術(shù)中相同長度的立柱相比，本發(fā)明的平臺立柱底部浮力變大，從而可以降低立柱的空載吃水，從而使得深吃水半潛平臺可以在碼頭等水位較淺處完成組裝工作。此外，在拖拽移動采用了本發(fā)明所述的平臺立柱的海洋平臺時，由于平臺立柱的底部體積較大，因此穩(wěn)定性更強(qiáng)。

在將應(yīng)用有本發(fā)明提供的平臺立柱的海洋平臺壓載下沉的過程中，由于第二段的頂面與第一段的底面的形狀相同、面積相等，第二段的底面與第三段的底面形狀相同、面積相等，第二段的橫截面積呈線性變化；也就是說，第一段與第二段之間、第二段與第三段之間均不存在過渡平臺。因此，在將應(yīng)用有上述平臺立柱的海洋平臺壓載下沉的過程中不會出現(xiàn)立柱截面積的突然變化，從而使得應(yīng)用有上述平臺立柱的海洋平臺在壓在下沉的過程中具有較好的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種海洋平臺，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的海洋平臺受渦激運(yùn)動影響較大、穩(wěn)定性較差的技術(shù)問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種海洋平臺，包括：上部結(jié)構(gòu)，用于支撐所述上部結(jié)構(gòu)、如上述技術(shù)方案所述的平臺立柱，所述平臺立柱的數(shù)量為多個，相鄰的所述平臺立柱之間設(shè)置有下浮體。

進(jìn)一步地，所述下浮體包括兩個連接部和位于兩個所述連接部之間的中部，所述下浮體通過兩個所述連接部分別與對應(yīng)的兩個所述平臺立柱相連；所述連接部的高度從與所述下浮體的連接處到與所述中部的連接處逐漸減小。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的海洋平臺具有以下優(yōu)勢：

所述海洋平臺與上述平臺立柱相對于現(xiàn)有技術(shù)所具有的優(yōu)勢相同，在此不再贅述。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的海洋平臺的結(jié)構(gòu)示意圖一；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的海洋平臺的側(cè)視圖一；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的海洋平臺中平臺立柱的俯視圖一；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的海洋平臺的結(jié)構(gòu)示意圖二；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的海洋平臺的側(cè)視圖二；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的海洋平臺中平臺立柱的俯視圖二；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的海洋平臺的結(jié)構(gòu)示意圖三；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的海洋平臺的側(cè)視圖三；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的海洋平臺的結(jié)構(gòu)示意圖四；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的海洋平臺的側(cè)視圖四；

圖11為本發(fā)明實(shí)施例提供的海洋平臺的側(cè)視圖五。

圖中：

11－第一段； 12－第二段； 12a、12b、12c、12d－側(cè)面；

13－第三段； 14－第四段； 15－第五段；

2－上部結(jié)構(gòu)； 3－下浮體； 31－連接部；

32－中部。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明實(shí)施例的描述中，需要說明的是，術(shù)語“吃水”，浮式海洋結(jié)構(gòu)物的吃水定義為水面到結(jié)構(gòu)物的底部的垂向距離。

實(shí)施例一

如圖1－11所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的平臺立柱，包括：依次連接的第一段11、第二段12和第三段13，第一段11的底部面積小于第三段13的頂部面積，第二段12的頂面與第一段11的底面形狀相同、面積相等，第二段12的底面與第三段13的頂面形狀相同、面積相等，第二段12的橫截面積從上到下逐漸增大。

與現(xiàn)有技術(shù)中的從上到下截面積相等的平臺立柱相比，本發(fā)明實(shí)施例所述的平臺立柱從上到下至少分為三部分，且三部分的截面積均不相同。由于當(dāng)主體的固有頻率與漩渦脫落的頻率接近時，渦激運(yùn)動現(xiàn)象最為明顯，對結(jié)構(gòu)的損害更大，因此，當(dāng)將本發(fā)明實(shí)施例提供的立柱應(yīng)用于海洋平臺中時，由于本發(fā)明實(shí)施例提供的平臺立柱中，由上到下三部分的固有頻率均不相同，因此與渦流的釋放頻率均接近的可能性降低，從而可以有效減輕渦激運(yùn)動。同時，由于本發(fā)明實(shí)施例提供的平臺立柱的三部分的截面尺寸有所差異，三部分不同截面的主體結(jié)構(gòu)打破了漩渦脫落的周期規(guī)律，因此，在平臺立柱的長度方向上，可有效激發(fā)渦激運(yùn)動的長度減少，從而減輕了渦激運(yùn)動。本發(fā)明實(shí)施例提供的平臺立柱的多段設(shè)計(jì)能夠有效抑制漩渦脫落引起的渦激運(yùn)動，降低渦激運(yùn)動對海洋平臺以及與海洋平臺相連的錨纜和立管產(chǎn)生的疲勞損傷。

同時，當(dāng)將本發(fā)明實(shí)施例提供的平臺立柱應(yīng)用于深吃水半潛平臺中時，由于第三段13的底部面積最大，第一段11的頂部面積最小，因此，當(dāng)將平臺立柱置于水中時，與現(xiàn)有技術(shù)中相同長度的立柱相比，本發(fā)明實(shí)施例的平臺立柱底部浮力變大，從而可以降低立柱的空載吃水，從而使得深吃水半潛平臺可以在碼頭等水位較淺處完成組裝工作。此外，在拖拽移動采用了本發(fā)明實(shí)施例所述的平臺立柱的海洋平臺時，由于平臺立柱的底部體積較大，因此穩(wěn)定性更強(qiáng)。

在將應(yīng)用有本發(fā)明實(shí)施例提供的平臺立柱的海洋平臺壓載下沉的過程中，由于第二段12的頂面與第一段11的底面的形狀相同、面積相等，第二段12的底面與第三段13的底面形狀相同、面積相等，第二段12的橫截面積呈線性變化；也就是說，第一段11與第二段12之間、第二段12與第三段13之間均不存在過渡平臺。因此，在將應(yīng)用有上述平臺立柱的海洋平臺壓載下沉的過程中不會出現(xiàn)立柱截面積的突然變化，從而使得應(yīng)用有上述平臺立柱的海洋平臺在壓在下沉的過程中具有較好的穩(wěn)定性。

具體實(shí)施時，平臺立柱整體呈現(xiàn)為細(xì)長的管狀，它的內(nèi)部包括多個垂直的相疊的艙室，艙室由艙壁圍成，可以布置固體壓載、壓載水、空氣或者它們的組合以對平臺立柱的浮力進(jìn)行控制，從而控制海洋平臺的浮力。第一段11、第二段12和第三段13的截面形狀相同，截面形狀可以為圓形、橢圓形、矩形、多邊形等。如圖9和圖10所示，當(dāng)截面形狀為圓形時，第一段11和第三段13均為圓柱結(jié)構(gòu)，第二段12為圓臺結(jié)構(gòu)；當(dāng)截面形狀為矩形或者多邊形時，第一段11和第三段13均為棱柱結(jié)構(gòu)，第二段12為棱臺結(jié)構(gòu)；如圖1－6所示，截面為正方形，如圖7和圖8所示，截面為正六邊形；不同截面形狀的平臺立柱的結(jié)構(gòu)類似，為了便于描述，下文中以截面形狀為正方形為例對平臺立柱的設(shè)置方式進(jìn)行具體描述。

如圖1－3所示，當(dāng)?shù)谝欢?1、第二段12和第三段13的截面形狀均為正方形時，第一段11和第三段13均為長方體結(jié)構(gòu)，第二段12為四棱臺結(jié)構(gòu)，在第二段12中，其中一對相鄰的兩個側(cè)面12c和12d與底面垂直，另外兩個相鄰的側(cè)面12a和12b與底面之間的夾角均為銳角且角度相同，以保證在第二段12中，截面面積從上到下呈線性變化(斜率相同)；當(dāng)將上述平臺立柱應(yīng)用于海洋平臺中時，海洋平臺中設(shè)置有多個平臺立柱，多個平臺立柱圍繞海洋平臺的中軸線均勻排布，且第二段12中與底面垂直的兩個側(cè)面朝向海洋平臺的內(nèi)側(cè)，第二段12中與底面成銳角的兩個側(cè)面朝向海洋平臺的外側(cè)。值得一提的是，第一段11、第二段12和第三段13中，相鄰的兩個側(cè)面的交界處可以做成倒角。

在本實(shí)施例中，第三段13的寬度與相同方向上第一段11的寬度之間的差值至少為第一段11的寬度的5％，優(yōu)選為第一段11寬度的15％－75％，更為優(yōu)選為第一段11寬度的25％－50％。在圖2所示平臺立柱中，第三段13的寬度與相同方向上第一段11的寬度之間的差值為第一段11的寬度的31.6％。

當(dāng)將上述平臺立柱應(yīng)用于深吃水半潛平臺中時，為滿足深水作業(yè)布置，平臺立柱的總高度應(yīng)大于30米，在36米－60米之間為宜；可根據(jù)海洋平臺的吃水來設(shè)置第二段12的高度，具體地，第二段12的高度以大于等于海洋平臺吃水的5％為宜，優(yōu)選為大于等于海洋平臺的吃水的15％，更為優(yōu)選為海洋平臺吃水的30％－50％。搬遷平臺的深吃水結(jié)合平臺立柱的組成部分第一段11、第二段12和第三段13的幾何外形設(shè)計(jì)能夠減小深吃水半潛平臺的垂蕩和VIM運(yùn)動，也能夠增加深吃水半潛平臺的浮力和穩(wěn)性。

在第一段11、第二段12和第三段13中，第二段12的高度大于等于第一段11、第二段12和第三段13的高度之和的2％，優(yōu)選為大于等于高度和的10％，更為優(yōu)選為第二段12的高度為第一段11、第二段12和第三段13的高度之和的15％－50％，在圖2中，第二段12的高度為第一段11、第二段12和第三段13的高度之和的31％。

在本實(shí)施例中，第二段12的側(cè)面與豎直面之間的夾角為θ，夾角θ處于3°－60°之間，優(yōu)選為處于5°－60°之間，更為優(yōu)選為處于5°－20°之間。圖2中，θ為16.5°。

作為對上述結(jié)構(gòu)的變形，如圖4－6所示，當(dāng)?shù)谝欢?1、第二段12和第三段13的截面形狀均為正方形時，第一段11和第三段13均為長方體結(jié)構(gòu)，第二段12為四棱臺結(jié)構(gòu)，請參閱圖6，在第二段12中，四個側(cè)面12a、12b、12c、12d與底面之間的夾角均為銳角且角度相同。如此設(shè)計(jì)，通過給第二段12的所有側(cè)面設(shè)置斜度，可以在保持海洋平臺總體尺寸和外周邊界不變的前提下，增加周向上兩相鄰立柱間的水平距離或跨度，從而可以增強(qiáng)海洋平臺的穩(wěn)定性。

作為對上述各種平臺立柱的變形，平臺立柱還可以包括更多段，每兩段為一組，每組內(nèi)兩段中，其中一段結(jié)構(gòu)形狀與第二段12相同但尺寸不同，另一段的結(jié)構(gòu)形狀與第三段13相同但尺寸不同，但是在整個平臺立柱中，各段的寬度從上到下依次增加。例如，平臺立柱還包括第四段14和第五段15，第四段14的頂面與第三段13的底面相連且面積相等，第四段14的底面與第五段15的頂面相連且面積相等，第四段14的底面面積大于第四段14的頂面面積。其中，第四段14的結(jié)構(gòu)形狀與第二段12相同，但是第四段14的寬度比第三段13寬，第五段15的結(jié)構(gòu)形狀與第三段13相同，但是第五段15的寬度比第四段14寬。

實(shí)施例二

如圖1－11所示，本發(fā)明實(shí)施例二提供了一種海洋平臺，包括：上部結(jié)構(gòu)2，用于支撐上部結(jié)構(gòu)2、如上述實(shí)施例一所述的平臺立柱，平臺立柱的數(shù)量為多個，相鄰的平臺立柱之間設(shè)置有下浮體3。海洋平臺與上述平臺立柱相對于現(xiàn)有技術(shù)所具有的優(yōu)勢相同，在此不再贅述。

進(jìn)一步地，下浮體3包括兩個連接部31和位于兩個連接部31之間的中部32，下浮體3通過兩個連接部31分別與對應(yīng)的兩個平臺立柱相連；連接部31的高度從與下浮體3的連接處到與中部32的連接處逐漸減小。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部32分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。