专利名称：集浮体与重力块结合式深水系泊系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种集浮体与重力块结合式深水系泊系统。属于深水系泊技术。
背景技术：
系泊系统在深海开发工程中起着至关重要的作用。水深的增加会导致传统锚链和锚缆系统的自重增加和水平刚度(有效水平拉力)减小，因而其锚泊的有效性越来越差。同时，在深水中呈自然悬链线形状的锚泊系统覆盖着相当大的水域，严重影响到当地管线与缆线的铺设和其它船舶在该水域的锚泊。为此传统的呈悬链线形状的锚链已逐渐为拉紧和半拉紧形状的聚酯锚缆所代替。聚酯缆的缺点包括第一对锚基提出了更高的要求。第二由于较大的张力及周期性波浪荷载直接传向锚基，常常造成合成缆发生疲劳破坏。第三合成缆绳的变形同作用在其上的张力已经不存在线性关系，且呈显著的时间特性，因此直接模拟合成缆绳的动力特性较为困难。
由于浅海系泊系统技术已相当成熟，所以如能将深水系泊等效成若干个浅水系泊，则不仅可充分利用已有成熟技术，也可减少成本。更重要的是我国在深海系泊领域比较薄弱，如能有效地避开深海系泊系统的技术障碍则可摆脱依赖外国技术的困境。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集浮体与重力块结合式系泊系统。该系统可有效地将深水系泊问题等效成若干个浅水系泊问题，所需覆盖水域面积小，有效水平刚度大。
本发明是通过下述技术方案加以实施的，一种集浮体与重力块结合式深水系泊系统。该系统包括被锚泊对象和锚基及二者之间的锚链或锚缆，其特征之一在于在锚链或锚缆上有序地设置浮体，且在两个浮体之间设置重力块。被锚泊对象或各浮体与其各自下部重力块之间的锚链或锚缆为向下倾斜段，各重力块与其沿锚链或锚缆下部浮体之间的锚链或锚缆为过渡段。
一种集浮体与重力块结合式深水系泊系统。该系统包括被锚泊对象和锚基及二者之间的锚链或锚缆，其特征在于在被锚泊对象和锚基二者之间一部分锚链或锚缆有序地设置浮体，且在两个浮体之间设置重力块。被锚泊对象或各浮体与其各自下部重力块之间的锚链或锚缆为向下倾斜段，各重力块与其沿锚链或锚缆下部浮体之间的锚链或锚缆为过渡段。其它剩余锚链或锚缆为仅设置浮体或采用聚酯缆或采用金属自然悬链段。
上述浮体为柱体或球体或椭球体或多面体。浮体为封闭式，或设有进出水开关或充放气开关。浮体为空心或轻质实心。
上述柱体浮体为圆柱或椭圆形或矩形或多边形柱体浮体。
上述重力块为柱体或球体或椭球体或多面体。重力块可为金属或水泥块。
上述浮体和重力块质量大小沿锚链或锚缆为均匀或非均匀分布。
上述向下倾斜段和过渡段锚链或锚缆为等长或非等长。
上述锚链或锚缆可为金属材料或聚酯缆，可自然悬浮于水中，也可施加预拉力。
本发明的优点之一是增加了深水系泊系统的水平刚度。浮体和重力块使得锚链或锚缆与水平面的夹角始终保持不是很大，所以同等大小的锚链或锚缆张力将能够提供较大的水平系泊力。同时可通过调整浮体和重力块的大小和间距来调整此夹角以满足不同工程的需要和工程造价。优点之二是可通过调整浮体和重力块的大小和间距来调整系泊系统的自振周期，从而增强系统的稳定性。优点之三是浮体和重力块可增加系统阻尼，起到减振作用。阻尼的大小除与浮体和重力块尺寸有关外，还与其形状有关。优点之四是可通过调整浮体和重力块的大小和间距来减少锚基的设计承载力(水平和垂直方向)，从而减少工程造价、降低施工难度。优点之五是浮体分段平衡了全部或部分锚链或锚缆的重力，所以不论水深多大均不会使局部锚链或锚缆拉力过大。
图1为本发明的全部采用浮体与重力块对的系统结构示意图。
图2为本发明的部分采用浮体与重力块对的系统结构示意图。
图中1——被锚泊对象，2——向下倾斜锚链或锚缆段，3——过渡锚链或锚缆段，4——浮体，5——重力块，6——锚基。
具体实施例方式
本发明的权利主张包括任何采用浮体和重力块来改变锚链或锚缆段与水平面夹角、增加锚链或锚缆水平刚度、改变锚泊系统自振频率、增加系统阻尼。可在一个系泊系统中全部采用浮体与重力块对模式，也可部分采用此模式。应用本发明可有效地将深水系泊等效成若干个浅水系泊。其中重力块的重量可从零变为任意大、浮体浮力也可根据需要任意变化。下面举两个例子(但不限于此)阐述本发明的实施方法。
例一、在水深2000米处设置一系泊系统，该系统共12根锚缆。每根锚缆设计承受的水平拉力为20吨，锚缆的横截面积为0.01平方米，在水中重68kg/m。则首先在自被锚泊对象向下沿锚缆100米处(属第一部分锚缆，方向为斜下方)处设置净重(水中重量，下同)为20吨的重力块W1，并在与重力块W1向下沿锚缆2米(属第二部分锚缆，其方向基本为水平)处设置浮体F1，浮体F1所提供的净浮力为26.936吨。再在浮体F1向下沿锚缆(属第一部分锚缆)100米处设净重为20吨的重力块W2。浮体F1与重力块W2之间的锚缆与水平面近似成45度角。再在与重力块W2向下沿锚缆2米(属第二部分锚缆)处设置浮体F2，浮体F2所提供的净浮力为26.936吨。如此类推，依次设置重力块和浮体，以便使第一部分锚缆基本与水平面成45度角，且锚缆成拉紧状态，从上到下拉力基本保持为28.28吨。重力块和浮体的数目分别为28个和27个。如需调整锚缆与水平面的夹角，只需改变重力块和浮体的大小和数目。
如锚泊系统所受水平外力增大，则锚缆与水平面的夹角将减小。又由于锚缆基本处于拉紧状态，则锚缆将被拉长，拉力也将增加，从而平衡增加的水平外力(系泊力)。在施工时可在各浮体处调整锚缆拉力以保证各浮体主要承受两个浮体间重力块和锚缆的重力，从而使浮体和其下重力块的主要功能为拉紧其间锚缆段。
上述例子中采用了相同尺寸浮体和重力块，实际应用中也可在不同锚缆段采用不同大小的浮体和重力块。例如，可将浮体F2所提供的浮力改为41.575吨，而将重力块W3改为净重34.64吨，则浮体F2与重力块W3间锚缆段与水平面的夹角近似为30度。
由于浮体和重力块增加了系统阻尼，可使海面处的周期性荷载向海底传播过程中不断衰减，并在一定水深后趋于零，从而使一定水深后的锚缆仅受静拉力。当然其条件是水深足够大，否则周期性荷载只能减小而不会衰减到零。由于周期性荷载的减小，一方面可降低对锚基的要求，另一方面又使得锚缆底部疲劳破坏的可能性也大大减小了，从而起到延长系统使用寿命的作用。
例二、当水深为3000米时，需将例一中系泊系统加以改进。白海面向下2000米部分锚缆段采用本发明所提浮体与重力块对形式，2000米以下部分采用仅设浮体形式。图2所示为在W1～W28间仍采用浮体与重力块对形式，而自W28后沿锚缆每隔100米仅布置单个浮体浮力为6.936吨的浮体13个。由于周期性荷载在W28处已得到较大的衰减，其后周期性荷载的重要性已变得较小，所以此方案可保证系统的可靠性，同时又减少了成本。所以此方案此时具有较大优势。
权利要求
1.一种集浮体与重力块结合式深水系泊系统，该系统包括被锚泊对象和锚基及二者之间的锚链或锚缆，其特征在于，在锚链或锚缆上有序地设置浮体，且在两个浮体之间设置重力块，被锚泊对象或各浮体与其各自下部重力块之间的锚链或锚缆为向下倾斜段，各重力块与其沿锚链或锚缆下部浮体之间的锚链或锚缆为过渡段。
2.一种集浮体与重力块结合式深水系泊系统，该系统包括被锚泊对象和锚基及二者之间的锚链或锚缆，其特征在于，被锚泊对象和锚基二者之间一部分锚链或锚缆有序设置浮体，且在两个浮体之间设置重力块，被锚泊对象或各浮体与其各自下部重力块之间的锚链或锚缆为向下倾斜段，各重力块与其沿锚链或锚缆下部浮体之间的锚链或锚缆为过渡段，其它剩余锚链或锚缆为仅设置浮体或采用聚酯缆或采用金属自然悬链段。
3.按权利要求1或2所述的集浮体与重力块结合式深水系泊系统，其特征在于，浮体为柱体或球体或椭球体或多面体，浮体为封闭式，或设有进出水开关或充放气开关，浮体为空心或轻质实心。
4.按权利要求3所述的集浮体与重力块结合式深水系泊系统，其特征在于，柱体浮体为圆柱或椭圆形或矩形或多边形柱体浮体。
5.按权利要求1或2所述的集浮体与重力块结合式深水系泊系统，其特征在于，重力块为柱体或球体或椭球体或多面体，重力块材料为金属或水泥。
6.按权利要求1或2所述的集浮体与重力块结合式深水系泊系统，其特征在于，向下倾斜段和过渡段锚链或锚缆为等长或非等长。
7.按权利要求1或2所述的集浮体与重力块结合式深水系泊系统，其特征在于，浮体浮力和重力块质量大小沿锚链或锚缆为均匀或非均匀分布。
8.按权利要求1或2所述的集浮体与重力块结合式深水系泊系统，其特征在于，锚链或锚缆为金属材料或聚酯缆，自然悬浮于水中，或施加预拉力。
全文摘要
本发明公开了一种集浮体与重力块结合式深水系泊系统，属于深水系泊技术。所述的深水系泊系统之一为在被锚泊对象和锚基之间的锚链或锚缆上有序地设置浮体，且在两个浮体之间设置重力块。所述的深水系泊系统之二为在被锚泊对象和锚基之间一部分锚链或锚缆有序设置浮体，且在两个浮体之间设置重力块，其它剩余锚链或锚缆段仅设置浮体或采用聚酯缆或采用金属自然悬链段。本发明的优点在于改变了系统的自振周期、增加了深水系泊系统的水平刚度与系统阻尼、减少了锚基的设计承载力、减少了锚泊系统所占水域面积，且不会使局部锚链或锚缆拉力过大。
文档编号B63B21/24GK1810574SQ200610013218
公开日2006年8月2日 申请日期2006年2月27日 优先权日2006年2月27日
发明者于国友 申请人:天津大学