[发明专利]一种改进涡激运动性能的张力腿平台

说明书

本发明涉及一种改进涡激运动性能的张力腿平台，包括上部模块、多个立柱，立柱呈圆柱状，设于上部模块的下方，且均与上部模块垂直，平台还包括扩大柱，扩大柱的形状呈圆柱状，截面直径大于立柱直径至少10％，扩大柱的数量与立柱的数量相等并一一对应，各扩大柱连接于对应立柱的底部且轴线对齐，相邻扩大柱之间均设有浮箱。与现有技术相比，本发明通过设置扩大柱，由于扩大柱截面直径大于立柱直径至少10％，立柱和扩大柱两部分形成的涡激运动形成了明显的相位差，并且保持周期不变，从而两部分的涡激运动可以部分抵消，从而明显提高涡激运动性能，减小涡激运动幅值，降低涡激运动引发的立柱和立管系统的疲劳损伤。

技术领域

本发明涉及海洋工程领域，尤其是涉及一种改进涡激运动性能的张力腿平台。

背景技术

张力腿平台是一种用于深水中钻探和生产的平台，至今已有多种形式存在，主要包括传统式(Conventional TLP)、MOSES、伸张式(ETLP)和海星式(Sea-star TLP)四类。传统张力腿平台构造包括上部模块、四个立柱和四个浮箱。传统张力腿平台的垂荡运动较小，便于采用湿式采油树。张力腿平台主要特征是结构产生浮力大于自重，剩余浮力与预张力平衡。传统张力腿平台应用时间长、分布广泛、设计理论成熟。

传统张力腿平台主体构型如图1所示，平台主体由上部模块1、立柱2和浮箱3三部分组成。立柱底部连接有筋腱4，平台通过筋腱4与海底连接。立柱2由四根等直径的圆柱组成。

由于立柱吃水较大，在一定的流速下，立柱脱落的漩涡引起脉动压力较大，平台产生较为明显的涡激运动。这种现象也被称为涡激运动“锁定”。当“锁定”现象发生时，平台的运动频率保持在固有频率附近，且发生大幅的横向和艏摇振动。对于圆柱张力腿平台，“锁定”发生时，一般流速在以下范围：

5Ur＝uTn/D10

Ur:无因次化速度。

u:海流流速(单位：米每秒)。

Tn:张力腿平台在静水中的固有周期(单位：秒)。

D:立柱直径(单位：米)。

涡激运动是一种周期性的谐振效应。在一定雷诺数范围内，水流绕过立柱，并在立柱表面形成周期性脱落的旋涡。周期性的泄涡产生脉动压力和升力，具体表现为垂直于来流方向的水平方向的力，使立柱产生大幅横向运动，容易使立柱和立管产生疲劳破坏。对平台主体构造进行改进，降低张力腿平台的涡激运动具有重要工程意义。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种改进涡激运动性能的张力腿平台，通过设置扩大柱，由于扩大柱截面直径大于立柱直径至少10％，立柱和扩大柱两部分形成的涡激运动形成了明显的相位差，并且保持周期不变，从而两部分的涡激运动可以部分抵消，从而明显提高涡激运动性能，减小涡激运动幅值，降低涡激运动引发的立柱和立管系统的疲劳损伤。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种改进涡激运动性能的张力腿平台，包括上部模块、多个立柱，所述立柱呈圆柱状，设于上部模块的下方，且均与上部模块垂直，所述平台还包括扩大柱，所述扩大柱的形状呈圆柱状，截面直径大于立柱直径至少10％，所述扩大柱的数量与立柱的数量相等并一一对应，各扩大柱连接于对应立柱的底部且轴线对齐，相邻扩大柱之间均设有浮箱。

所述扩大柱的高度大于浮箱的高度，且为吃水深度的20％～35％。

所述浮箱的轴向截面为矩形。

所述上部模块为平台台面。

所述上部模块的横截面为方形。

所述立柱的数量为四根。

所述方形为正方形。

所述浮箱的高度大于厚度。