[发明专利]浮动单元和减小浮动单元的升沉和侧倾/翻动运动的方法

说明书

本发明涉及提高单筒浮动单元的运动特性。

已经注意到的是这个类型的浮动单元可在某些海况下承受过度的翻动/侧倾运动。浮动单元类似的设计试图通过为浮动单元提供尽可能多的阻尼来消除这种运动。

以前(例如在已公布的PCT申请WO 02/090177 A1中和已公布的美国专利申请No.2012/0298027 A1中)已经论述了单筒浮动结构。在该美国公布申请中，公开了一种在冰层覆盖的水中使用的浮动结构，该浮动结构包括单筒壳体，该单筒壳体被设计成减小冰负载并提供比常规的船结构更多的破冰机构。浮动船设有锥形的部分和不均匀的侧边的多边形形状的船壳，以更有效地破冰。通过移动压载舱中的压载水而导致侧倾/翻动运动、升沉运动和振荡运动，从而更有效地破冰。

本发明的目的是减轻单筒浮动单元在海中的翻动/侧倾运动。

本发明的另一目的是已经增大单筒浮动单元的阻尼，并且同时简化这种浮动单元的制造过程。

通过权利要求1限定的浮动单元和权利要求7限定的方法实现了这些目的。从属权利要求2至6限定了浮动单元的进一步的实施方式。

开发本发明时的策略是找到通过改变浮动单元的形状而不是增大阻尼来减小不需要的运动的方法。当然，浮动结构可以额外地尽可能多地设置有用于阻尼的装置。

经历的但并不能通过线性理论解释的运动的原因可能是多种运动组分之间的参数耦合，即所谓的马修运动(Mathieu motion)。导致这种表现的条件可以通过微分方程描述，该微分方程在某些范围中具有解，而在其他范围中它是不稳定的并且解将发散到无穷大。

马修微分方程(Mathieu differential equation)可以写为：

其中，ε是在刚性(stiffness)方面的这个变化的相对大小，并且是固有频率与刚性频率之间的比率。该方程示出的“刚性”方面具有规律的变化，该变化具有的频率与系统的固有频率不同。在刚性方面的这个变化的相对大小(ε)和固有频率与刚性频率之间的比率则决定该解。

图1中示出了方程的稳定的解和不稳定的解的区域。如图1中可见，的比率导致最大的不稳定，但是和2也可以导致不稳定。刚性变化的大小(ε)也起作用，因为刚性变化的增大将使不稳定区域增大。

本发明是一种筒型的浮动单元，该浮动单元优选地具有八边形的横截面，但是也可以具有其他的形状，例如圆形。该浮动单元也可以设置有内部月池(moonpool)。浮动单元的特征在于平均直径(D)和吃水深度(T)。如果本发明被设计为具有八个平面侧板的八边形，则直径被定义为该八边形中的内接圆。如果选择其他的多边形的形状，则直径将相应地被定义为该多边形中的内接圆。八边形的形状导致通过尖锐拐角而获得的增大的粘滞阻尼，并且由于平面钢板比弯曲钢板更容易制造，所以简化了生产。

对于例如本发明的浮动单元，上文中的微分方程可以表示侧倾/翻动运动，并且刚性变化可由升沉运动引起的稳心高度的变化(GM)表示。

升沉运动的频率由升沉中的固有周期，或者简单地由波浪激励频率(wave excitation frequency)决定。例如，在具有12秒的升沉激励周期和24秒的翻动的固有周期的情况下，频率比将是并且进入不稳定区域中的可能性非常高，如图1中示出的。如果升沉的固有周期和浪激励重合，这当然将使问题放大。

如上所述，以前为了避免过度的侧倾/翻动运动，即为了避免进入图1中示出的不稳定区域，浮动单元已经设置有尽可能多的阻尼。

用来避免进入不稳定区域中的另一选择将是防止频率比进入不稳定区域中。然而，考虑到激励来自于随机过程(浪)，防止频率比进入危险区域中将是非常困难的。

因此，作为另一替换方案，发明人已经考虑了第三种可能性以避免进入不稳定区域中的可能性，第三种可能性是尽可能多地减小刚性的变化GM(图1中的ε)。这似乎将是减小暴露于马修不稳定中的最有效的方法。