[发明专利]一种环形浮体

说明书

技术领域

本发明涉及一种浮体，并且涉及一种至少部分地消除这样一种浮体的升沉运动的方法。

背景技术

浮体(buoyant body)在各方向遭受涌浪振荡。“升沉(heave)”是一种由涌浪引起的在垂直方向上这样的振荡运动。像浮体的其它振荡运动一样，升沉有各种缺点。除了在浮体遭受这样的升沉的甲板上会感受到明显不舒服之外，这种运动引起平台上不利地影响支撑结构的高加速作用，尤其在涌浪的周期与浮体的升沉固有周期接近时。

浮体的升沉固有周期T_升沉可以通过下面的方程式表达：

这里T_升沉代表升沉固有周期，M代表浮体的质量(排水量)，ρ代表水的密度，g代表重力加速度，S₀代表浮体的水平面(waterplane)面积，Ma代表由本领域技术人员通常限定的浮体的附加质量。附加质量Ma随浮体的形状、浮体的吃水深度(draught)、浪涌的周期以及其它因素而变化，并且例如可以利用公认的绕射-辐射准则(diffraction-radiation code)来计算。除非有别的指示，在本说明书的方程式和公式中所有的变量均使用国际单位制(SI)的测量单位。

施加在浮体上的力首先包括与不被浮体干扰的由涌浪产生的可变压力场有关的佛劳得克利洛夫力(Froude-Krylov)力，其次包括与来自浮体对涌浪的绕射有关的绕射力。这些力也能够利用绕射-辐射准则计算。

设置有“月池(moonpools)”的浮体对于本领域技术人员是已知的，尤其在浮动钻井平台中。“月池”是穿过浮体并与水平面相交的向下延伸的开口。它们的动态特性，尤其是月池中大量水的垂直振荡(“活塞模式”)已经被意识到是缺点。在题为“关于月池中的活塞和晃动模式(On the piston and sloshing modes in moonpools)”的论文(流体机械(J.Fluid Mech.)(2001)，第430卷，第27-50页)中，B·茂林(B.Molin)已经分析了漂浮平台上在这样的月池中包含的大量水的垂直振荡的这种“活塞模式”。但是，没有提出利用这种振荡来抵抗由涌浪施加在浮体上的激荡(excitation)力。

美国专利申请US2009/126616A1和US2006/045628A1中的每一个描述了具有月池的浮体，该月池适应于增大随浮体被垂直地驱动的水的附加质量，以便增大浮体的惯性，从而提高其升沉固有周期，使得所述固有周期在涌浪周期的一般范围之上。不幸的是，其遭受到导致由涌浪施加在浮体上的激荡力增大的缺点。

发明内容

本发明的目的是提出一种使升沉运动最小化的浮体，尤其是在浮体的升沉固有频率附近。

在本发明的浮体的至少一个实施例中，该目的是通过包括中心月池的环形浮体来实现的，并且该浮体被配置为使得，在水中，当涌浪的周期与浮体以升沉运动移动时的固有周期实质相等时，由中心月池中相对于涌浪反相振荡的大量的水施加在浮体上的垂直力，至少部分地补偿由涌浪施加在浮体上的垂直激荡力。在本说明书的内容中，对本领域技术人员应该清楚的是“周期与升沉固有周期实质相等”并非必然意味着周期准确地与所述固有周期相等，而是指相对于所述固有周期的某些变化(例如正负15％的变化)是可接受的。

利用这些配置，可以非常显著地减小浮体的升沉运动。此外，这些配置为某些应用提供额外的优势。为了使中心月池中相对于涌浪以相移(phase-shifted)的方式振荡的大量的水施加在浮体上的垂直力能够至少部分地补偿由涌浪施加在浮体上的垂直力，通常应该限制浮体的吃水深度，并且通常月池的面积相对于水平面面积应该特别大。尽管这相对于其吨位而言增大了浮体的整体尺寸，但这样一个宽的环形配置也对其静态稳定性有益，甚至到了消除对压载系统的需求的程度，甚至对于诸如风轮机的具有特别高重心的上层结构(superstructure)也是如此。

有利地，为了实现浮体的中心月池中振荡的大量的水与涌浪之间反相，同时也保留浮体结构的坚固性，中心月池中大量的水的垂直振荡活塞模式的固有周期T_活塞可以介于浮体以升沉运动移动时的固有周期T_升沉的1.25倍至1.55倍的范围内。

对于在具有实质垂直壁的浮体的中心月池中，大量的水的振荡活塞模式的固有周期T_活塞的近似值，可以使用下面的公式：