[发明专利]浮动设备

说明书

本发明涉及一种浮动设备，该设备包括水下混凝土浮力部，支柱部，该支柱部包括从上述浮力部向上伸出的一个或多个混凝土支柱，钢制甲板部，该甲板部通过上述支柱部支承于水面上方，上述一个或多个混凝土支柱通过预制好的空心钢支柱延伸至甲板部处。

浮动设备指用于在海洋中和海洋下面开采资源的漂浮于海上的设备。它可以动态方式设置或锚固。一般的浮动设备为海上设备，如钻井平台，采油平台，装载浮子等。

显然浮动平台所遇到的问题是重量和稳定性。因此，加大所谓的顶边(甲板部)，并且以其它方式设置较大的荷载倾向成为日益严重的问题。该问题本身与甲板结构和组件无法预计的重量的增加以及在从初始设计到最终实现方案的过程中的一般经验有关。

浮动设备的稳定性和一般运动特性与材料重心的高度密切相关，该重心与浮力中心和位于该浮力中心上方的定倾中心距离相互作用。如果使浮动设备获得令人满意的稳定性，则应当使定倾中心与浮力中心的总高度确实大于材料重心的高度。于是，如果能够尽可能地降低整个材料的重心，则可获得最佳的效果。这还意味着，当混凝土浮动设备中的较沉结构的重量相对底部部件占绝对优势时，则浮动设备的顶部的情况整好相反。由钢结构形成的甲板部有助于沿正向保持稳定性。

之所以本说明书开始部分所描述的浮动设备采用钢和混凝土的组合结构，其部分原因是从经济上考虑的，部分原因是从技术上考虑的。就价格来讲，混凝土具有竞争性，它相对钢具有多项优点。经证明，到目前为止北海所建造的许多不同类型的设备在进行最小程度的维修和未进行特殊的保护的情况下，目前仍具有很高的防腐蚀性。因此可以认为混凝土浮动设备具有耐久性的优点。其另一重要优点是防腐性，该特点使混凝土浮动设备特别适合经常暴露于外面的海上环境，并且用于较沉的甲板式设备。

经研究表明，钢和混凝土之间的相互作用是造成问题的上述设计方面之一。当甲板部和支柱部之间的较大的、集中静载和动载传递给混凝土结构中的支承件时，会产生上述问题。上述的较大的集中荷载会导致混凝土开裂，另外该区域会经常出现疲劳现象。为了将上述力分布于较大的区域，进而以令人满意的方式减小应力值，则需要借助钢结构来加强混凝土。但是，该加强件会使重量大大增加，该重量增加是人们不希望的，特别是考虑到下述情况，该情况指：重量的增加高于材料重心处，这样会对稳定性造成不利影响。

上述压力荷载值主要取决于设计尺寸，即甲板部的尺寸，另外取决于使浮动设备中的支柱部和下面的支承系统之间相互作用而选择的实施例和相互作用原理。因此，可通过对完全取决于上述因素的设计进行认真选择来减小集中的压力荷载值。但是，上述选择受到对浮动设备进行技术和经济方面的最佳设计的很大限制。

本发明的目的在于提供下述方案，该方案有助于改善浮动设备的稳定性和一般的运动特性，同时可使施工和设备期限达到最佳。

本发明的上述目的是采用下述方式实现的，该方式指浮动设备中的水下底部，即位于水面以下的部分利用混凝土的稳定性，重量较大，和防腐性优点，另外浮动设备中的位于水面以上的所有部分利用钢的弹性/塑性，以及所形成的有许多资料证明可使应力保持均匀并分配的性能。

因此本发明提出一种本说明书最开始部分所提及的浮动设备，其特征在于混凝土支柱和钢支柱之间的分界线与甲板支承件(冲击荷载点)保持一定距离，在该处作用于甲板支承件(冲击荷载点)上的集中荷载产生的应力集中沿钢支柱的外壳分布并降低至较小的值。

通过本发明，可以适合的方式利用钢和混凝土的优点，即钢/混凝土的相互作用区域是这样设置的，即以最佳方式利用有上述作用力分布的区域。

采用钢有助于降低重量。在使钢/混凝土相互作用区域以有利方式移动的同时，可提供下述的可能，该可能指按所需方式使用沿支柱向下分布的作用力的一定区域。实际上，浮动设备内的分界线最好位于与甲板支承件保持20～30m的距离的位置。由于具体的原因，上述相互作用位置最好高出水平面一定距离，这样不但可避免相互作用区域受到较高的水压力的作用，进而避免理论上渗漏的危险，而且还可方便地接触到以便进行维修，防腐检查，以及重要的处理，因为上述浮动设备可使用长达50年。