[发明专利]具有对高载荷平滑应力应变响应的系泊组件

说明书

技术领域

本发明涉及系绳组件，例如用于系泊水体内的浮动或浸没装置或结构的组件。该组件特别适于在要求小覆盖区和低余地操作的情况下的系泊应用。

背景技术

传统上，系泊组件限于近岸使用，例如将船只或浮船拴系至栈桥或码头。常规系泊绳通常由合成材料例如聚酯、尼龙或制成。虽然聚酯和尼龙系泊绳十分具弹性，但它们仅实现大约10-25％的小延长。常规系泊绳也可由金属丝金属线制成，极其牢固，但难以操持和维护。由金属丝绳和合成材料的组合制成的常规系泊组件通常称为锚索。

绳索和缆绳技术的最新进展还实现了在钢绞线之间使用聚合物材料来在采矿和油/气应用中帮助保护绳索以避免金属疲劳。这种聚合物材料保护套，例如Bridon公司的Dyform牌绳索中的许多都未利用聚合物的延长能力，因为缆绳的延长受到钢绞线的限制。US4534262和US4597351包含有这种保护套方法的实例。坚固的套材料可以像绳索那样编织，但其因此也像绳索那样具有类似最大延展的限制。这些最大延展取决于编织设计，但极为有限，并且没有利用弹性体材料可能的100％+延展。使用现有编织尼龙和聚酯绳将使相同的延长下能承受更高的载荷而带来更多益处。此外，编织本身带来了磨损问题，这些设计类型由于合成绳索在循环载荷环境下遇到相同的磨损问题。

FR2501739含有用于拖缆的替代性方法，其中将长度比芯橡胶部分更长的非弹性体旁路缆绳用于保护以免高载荷。在该情境下，该橡胶芯现在可以在钢旁路缆绳接受载荷之前，伸展至更长的长度。然而，钢缆绳本身是非弹性的，并且与弹性芯相比具有几乎无限斜率(应力/应变)。这导致冲击载荷的重大问题。一旦橡胶芯伸展至其极限，则钢缆绳保护它，但产生高冲击载荷，这导致更高的峰载荷，并且要求钢缆绳比其他情况下可能所需的更厚。这些高冲击载荷增加锚载荷并且该装置上的载荷本身增加疲劳损坏和成本。

是用于固定浮船的弹性系泊系统。系泊组件是一种锚索，其一个或多个橡胶绞线和所谓的旁路缆绳，所述旁路缆绳由刚性合成纤维或线形成并且防止橡胶绞线过度延展。橡胶锚索可以承受高于10kN的力和超过100％的延长以允许所述系泊考虑到水位波动的程度。US2005/103251和US2009/202306类似于Seaflex方法并且描述其中使用钢旁路缆绳("安全锁定环")的弹性体系泊解决方案。在这些情况下，当弹性体绳索完全延展而钢缆绳承重时再次发生问题。由于与弹性体绳索相比钢缆绳几乎无限的斜率，生成可以导致疲劳、损坏和更高的锚成本的高冲击载荷。一般而言，这些常规钢旁路系泊解决方案仅适于通常多个锚索分担载荷的低载荷、近岸、受掩蔽的应用。

然而，常规系泊解决方案如锚索不适于在深水中将装置拴系至海床或者用于在浮动装置承受大潮汐流和/或波浪运动的环境中系泊。例如，苏格兰北海岸以外，40m水深处，波浪将平均小于2m高，每年风暴期间增加到平均4m并且百年一遇的风暴时增加到平均高于5m。个别波浪可能比平均高度高数倍，导致波浪高度的变化占波浪深度的比例很大(低余地情境)的。常规缆绳和锚索的强度不能承受由潮汐运动和不可预测的风暴浪施加在浮动装置上的力，或者其成本过高而不能安装可以处理这些力的系统。

因此要求另一类别的系泊组件，其可以用于拴系浮动装置和海基结构如再生能源装置的系泊系统，所述浮动装置和海基结构包括尤其是在低余地或高可变性环境中的波能转化装置、潮汐涡轮机和潮间台、养鱼场、采油场和离岸风电场。在这些环境下需要有这样一种系泊解决方案，其可以在正常波浪或潮汐响应下实现低斜率(理想地是平的)载荷响应，并且在更极端环境下具有平滑承力高斜率保护性弹性体响应。理想地，随着延展的斜率连续增加，该承力较高斜率响应将是非线性的。

系泊组件的主要目的是控制被系泊装置和其拴系点之间的相对运动。这种运动可能由波浪和/或潮汐运动导致。因此该系泊组件必须针对该装置的运动施加回复力。在待系泊装置相对于水深度发生相对大位移的情况下，可能难以满足系泊组件的需要。在这些环境下，需要系泊的余地不太大，其中"余地"定义为每单位水深度的系泊长度。还需要最小化系泊系统的覆盖区，其中"覆盖区"为由系泊组件占据的海床面积。