[发明专利]海上结构、浮力结构以及安装海上结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海上结构，其包括：

-支撑负载的支撑结构，

-附连于支撑结构的浮力结构，该浮力结构适于完全浸没在水面下并漂浮在海底上方。

背景技术

US6213045公开了一种通过悬链式系泊缆连接于海底的柱形浮标。柱形浮标包括具有浮力管的浮力结构，该浮力管各具有从浮力管向下延伸并且在其底部敞开的延伸管。出于稳定性原因，浮力中心(CB)高于重心(CG)，因此柱形浮标具有设有压载的下桁架部以及位于波浪活跃区域中的上漂浮部。因此，柱形浮标由于波浪的诱导而在竖向和横向方向上运动。当该结构在风暴中上下运动时，空气将在延伸管中周期性地分别运动到低液位或高液位。

US6431107公开了一种张力腿平台(TLP)。TLP包括上升到横向支撑(cross-braced)的桁架支撑结构上的水面上方的上部结构。桁架支撑结构在水面下延伸一段距离，并且与提供所需浮力的浸没式船体结构接合。锚索附连在船体结构和海底之间。船体结构具有固定实心压载以及位于多个可变压载/储油箱上方的多个固定浮箱。

如果船体结构浸没得很深，例如完全在波浪活跃区域(wave activezone)下方从而减少作用在船体结构上的波浪诱导力，则作用在固定浮箱上的外部水压将增大。固定浮箱必须具有足够的结构强度以承受波浪活跃区域下方的外部水压。因此，固定浮箱通常由用例如内部肋和补强件加强的钢板制成。这导致固定浮箱的重量更大。另外，钢特别容易受到海水腐蚀的影响。钢结构的维护成本相对较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的、特别是具有低成本的软浮箱的海上结构。

这个目的是通过一种包括支撑负载的支撑结构和连接于支撑结构的浮力结构的海上结构实现的，该浮力结构适于完全浸没在水面下并且漂浮在海底上方，该浮力结构包括至少一个浮箱，该浮箱设有适于充有加压气体的第一舱和与第一舱流体连通的第二舱，第二舱适于部分地充有海水，海水在第二舱中限定水-气界面，第一舱的容积显著大于第二舱的容积，并且浮力结构适于从第一深度移动到大于第一深度的第二深度，其中，第二舱的高度和位于第一深度处的第二舱内的水-气界面的位置适配成使得当浮力结构从第一深度移动到第二深度时，水-气界面在第二舱内上升，而不会进入第一舱。

根据本发明的海上结构的浮力结构包括一个或多个浮箱。至少一些浮箱是压力平衡的。压力平衡浮箱的第一和第二舱充有气体，如空气或任何其他合适的气体。相对于第二舱的容积，第一舱的容积比较大。例如，它大一个或多个量级，即，容积比率为10至100或更大。第一舱可以设有开口，并且第二舱连接到所述开口从而提供与第一舱的流体连通。第一和第二舱之间的开口提供了通道。诸如气体的流体可以从第一舱流到第二舱中，反之亦然。第二舱也具有开口，其与海水连通，即，海水可以进入第二舱。因此，第二舱向海水的环境压力敞开。在海上结构安装好后，第二舱的至少一部分充有水，使得当浮力结构处于第一深度时水-气界面在第二舱内在起始位置处延伸。浮箱内的气体以及第二舱内的一部分气体是加压气体。水-气界面处的压力与相同液位处的外部水压相等。第一舱内的气体与海水隔绝，这是因为其由第二舱中的水-气界面隔离了。

当浮力结构向下沉到更大深度处，例如，完全在波浪活跃区域下方，则海水将进入第二舱。水-气界面将在第二舱内向上移动到更高的位置。水-气界面在第二舱中的起始位置远低于第一舱和第二舱之间的通道，从而将水-气界面保持在第二舱内。当第一舱与第二舱的容积比率(非常)大时，第一舱内的内部压力实际上并不变化。与如果省略第二舱时将进入第一舱的水量相比，进入第二舱的水量相对较少。由于气体从第二舱增加到第一舱而造成的第一舱中的内部压力增加是可以忽略的。因此，当浮箱下降到更大的深度时，虽然外部水压增加了，但是第一舱上的水压差降低了，而浮箱的总体浮力，即第一和第二舱一起的浮力在很大程度上得到保持。与此同时，虽然浮力结构移动到更大的深度，但是浮箱的第一舱的内部和外部之间的压差保持为相对较低。因此，浮箱可以由相对较轻同时具有抵抗外部水压所需的结构强度的材料制成。另外，浮箱可以由更脆弱的诸如增强塑料的不锈材料制成，这降低了维护成本。

第二舱的高度和水-气界面的起始位置能够防止水进入第一舱。例如，第二舱的高度等于第一舱的一半高度或全部高度。然而，第二舱的高度可以更大或更小，例如大于第一舱的高度的四分之一或者为任何其他合适的高度。