專利名稱：船舶系泊系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及在非防護(hù)水域中的油輪或其他船舶的系泊系統(tǒng)。更具體地說，涉及一種系泊系統(tǒng)，它是一部潛沒式漂浮系泊裝置和一只船舶的組合，前者借助于懸纜錨固于海底上，后者配備著用于提升系泊裝置使之與船身底部內(nèi)的系泊凹槽相接合的起重設(shè)備。
近年來，已經(jīng)在經(jīng)受極端天氣條件的離岸海域中開發(fā)出許多油田和氣田。油與氣一般都是從海底的井口裝置輸送到半永久性地系泊著的改裝油輪或特殊用途的船舶-稱作浮動式儲卸船(FSO)或浮動式采儲卸船(FPSO)。這些船舶目的是要永久性地保留在停泊場所的，除非面臨的嚴(yán)酷風(fēng)暴或浮冰狀況使船舶受到損壞或喪失的威脅。在此情況下，船舶不加系泊而駛開或拖走，一旦風(fēng)暴或浮冰狀況過后，船舶即返回或再度系泊于井口上方。
一種典型的系泊系統(tǒng)，例如美國專利第4，604，961號和第4，892，495號所說明的那種，包括一部漂浮系泊裝置，用撓性管道連接于井口裝置，并用許多成角度地間隔開來的懸纜連接于海底。系統(tǒng)配置得使那些未置放于海底的懸纜部分的重量可抵消系泊裝置的浮力，以便把該系統(tǒng)在沒有船舶系泊時，一般地保持在某一預(yù)定的稱作潛隱位置的潛沒深度上。這就確保系泊裝置不會是一種航海危害，或受到某種碰撞而損壞。
系泊作業(yè)的實現(xiàn)方式是把潛沒的系泊裝置拉上船舶，并用機械裝置把它固定于安裝在船舶底部之內(nèi)的凹槽或井坑中的旋轉(zhuǎn)塔架。這種作業(yè)只能發(fā)生在低浪海況下。當(dāng)FSO或FPSO離開時，井口裝置通常是關(guān)閉的;因而，在風(fēng)暴過后等待海況平息所需的時間是油田生產(chǎn)時間上的一種額外損失。
現(xiàn)有技術(shù)的另一問題是，在系泊期間，船舶或系泊系統(tǒng)可能因撞擊而發(fā)生損壞。在起重纜繩把系泊裝置帶近船舶底部之后，要固定系泊裝置于塔架還需要較長時間;在這段時間內(nèi)，即使在中浪海況下也可能發(fā)生多次循環(huán)的橫搖和縱搖擺動，而這些擺動會造成船舶與系泊裝置之間的多次碰撞。
起錨作業(yè)是靠在負(fù)載情況下解脫結(jié)構(gòu)連接器來實現(xiàn)的。這種方法具有的固有風(fēng)險是，在解離期間系泊連接器發(fā)生結(jié)構(gòu)變形和損壞。機械式系泊組件的損壞一般會造成幾個星期的停機時間，引起油田的生產(chǎn)停頓，耗資巨大。
本發(fā)明的一個目的是提供上述類型的一種改進(jìn)型系泊系統(tǒng)，此系統(tǒng)可保證漂浮系泊裝置與船舶底部的系泊凹槽迅速而牢固的接合。
本發(fā)明的另一個目的是，提供一種改進(jìn)型系泊系統(tǒng)，此系統(tǒng)使得有可能在開始起錨操作之前就解脫所有的結(jié)構(gòu)連接器。
本發(fā)明的再一個目的是，提供一種系泊裝置結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可減少在系泊操作期間發(fā)生撞擊損壞的可能性。
本發(fā)明的另外一個目的是，提供一種系泊系統(tǒng)，在系泊裝置已被固定于船舶之后可提供干通道至系泊裝置。
本發(fā)明還有另一個目的是，提供一述類型的一種改進(jìn)型系泊系統(tǒng)，此系統(tǒng)比起常見的一些系統(tǒng)來，容許在高浪海況下系泊船舶。
上述以及其他一些目的是靠一種海上系泊系統(tǒng)來實現(xiàn)的，此系統(tǒng)包括一船舶，具有船體，船體底部帶有環(huán)狀的系泊凹槽;
一漂浮系泊裝置，具有與船體底部的系泊凹槽相接合的上部;
多個纜索，把系泊裝置連向海底，這些纜索的重量與系泊裝置的浮力的相對關(guān)系使得系泊裝置在船身底部以下的某一預(yù)先選定的深度處占取某一平衡位置;以及用于從預(yù)先選定的深度處提升系泊裝置使之與船體底部中的系泊凹槽相接合的裝置，其中此系統(tǒng)還包括用于通過位于系泊凹槽之中的進(jìn)水孔口急速地抽取海水進(jìn)入船體的裝置，以在系泊裝置與系泊凹槽接合時減小作用于系泊裝置上部的向下靜水壓力。
用于急速地抽取海水進(jìn)入船身的裝置最好是可提供一定的流速，在系泊裝置接合船體的潛沒底部時，足以產(chǎn)生纜索和系泊裝置這一綜合體的相當(dāng)大的凈正值浮力。
用于從系泊凹槽急速地抽取海水進(jìn)入船體的裝置最好是包括一臺泵、一條第一導(dǎo)管，它連接此泵的入口至系泊凹槽之中的進(jìn)水孔口、以及一條第二導(dǎo)管，它連接此泵的出口至遠(yuǎn)離系泊凹槽的至少一個排水孔口。最好是，此泵也可以起到船頭助推泵的作用，而該至少一個排水孔口包括兩個水下孔口，分處船頭附近、船體的對置兩側(cè)。第二導(dǎo)管包括用于有選擇地把水流從泵引向一個或另一個排水孔口的裝置。
用于從系泊凹槽急速地抽取海水進(jìn)入船體的裝置也可以，或者任由選擇地，包括船體內(nèi)部的一間氣密艙，它具有開向船體底部內(nèi)的系泊凹槽的一只閥，以及用于在艙內(nèi)產(chǎn)生真空的裝置。此真空產(chǎn)生裝置可包括一臺真空泵，或者可包括一條蒸汽供給管線、一條通風(fēng)管線、以及一條冷水供給管線;帶有兩只各自的閥，用于開啟蒸汽供給管線和通風(fēng)管線，直到基本上艙內(nèi)的所有空氣都已經(jīng)由蒸汽所取代為止，以及另一只閥，用于開啟冷水供給管線，以便在前兩只閥已經(jīng)關(guān)斷之后冷凝蒸汽。
用于從系泊凹槽急速地抽取海水的裝置另外包括船體中的一間空艙和一只閥，此閥開向系泊凹槽，以便讓海水流入此空艙。
漂浮裝置的上部最好是包括至少一個彈性環(huán)狀構(gòu)件，與系泊裝置的垂直軸線同心，此彈性環(huán)狀構(gòu)件最先接觸系泊凹槽以緩沖系泊裝置與船舶之間的任何撞擊。最好是，此彈性環(huán)狀構(gòu)件與船體底部形成一圈密封接觸，因此，用于抽取海水進(jìn)入船體的裝置能夠把這圈密封接觸以內(nèi)的船體底部與系泊裝置上部之間的區(qū)域汲空。
漂浮系泊裝置可另外包括一個下部和用于把上部安裝于下部以便圍繞此裝置的垂直軸線轉(zhuǎn)動的裝置，而連接系泊裝置于海底的許多纜索則固定于下部，因此，在上部接合住船體底部內(nèi)的系泊凹槽時，上部和船舶都可以圍繞下部轉(zhuǎn)動。
上部最好是包括兩個同心的彈性環(huán)狀構(gòu)件，它們在系泊凹槽的兩處形成兩圈密封接觸，這兩處分別沿徑向居于泵的進(jìn)水口位置之內(nèi)和之外，以及/或者從氣密真空艙向外開啟的閥的位置之內(nèi)和之外，因此，在同心的兩圈密封接觸之間的系泊裝置上部上面的向下壓力可以減小到有可能低至氣密艙中真空的水平。
本發(fā)明的系泊系統(tǒng)的上述和其他一些特性和優(yōu)點將結(jié)合附圖詳細(xì)說明如下

圖1是一只船舶的側(cè)視圖，部分切除以表明在根據(jù)本發(fā)明的系泊系統(tǒng)中與船舶船體內(nèi)的系泊凹槽相接合的系泊裝置;
圖2是不帶船舶的系泊裝置的側(cè)視圖，系泊裝置在平衡狀態(tài)下保持潛沒在某一預(yù)先選定的深度處;
圖3是圖1中船舶的側(cè)視圖，部分切除以表明系泊裝置從預(yù)先選定的平衡深度處提升起來與船體內(nèi)的系泊凹槽相接合;
圖4是圖1中船舶和系泊裝置的剖面中的放大的局部側(cè)視圖，表明系泊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié);
圖5是圖1中漂浮系泊裝置的更進(jìn)一步放大的側(cè)視圖;
圖6a類似于圖4，是船舶和漂浮系泊裝置第二實施例的剖面中的放大的局部側(cè)視圖;
圖6b是類型于圖3的側(cè)視圖，表明圖6a的系泊裝置為撓性管線式起吊纜繩所吊起;
圖7是一只供應(yīng)船的側(cè)視圖，此船以壓縮空氣管線連接于圖6中可供選擇的漂浮系泊裝置的端面向下的氣阱，此系泊裝置處于預(yù)先選定的平衡深度處;
圖8是類似于圖7的側(cè)視圖，但是系泊裝置由注入氣阱的壓縮空氣所舉升并浮在海洋表面，使維護(hù)保養(yǎng)時易于進(jìn)出;
圖9類似于圖4，是船舶和漂浮系泊裝置第三實施例的剖面中的放大的局部側(cè)視圖;
圖10類似于圖4，是船舶和漂浮系泊裝置第四實施例的剖面中的放大的局部側(cè)視圖。
本發(fā)明的第一實施例示于圖1-5。圖1中，一只船舶，例如一艘油輪11，系泊于一部潛沒在海面13以下的漂浮系泊裝置12。系泊裝置12具有上部14，與船舶船體16的底部內(nèi)的系泊凹槽15相接合。系泊裝置的下部17由懸垂錨纜18連接于打入洋底20的樁柱19。這些樁柱，只畫出其中兩根，一般圍繞井口裝置21沿圓周間隔開來，形成一組，而井口裝置通過一根撓性軟管或管線22也連接于漂浮系泊裝置的下部，以便把井內(nèi)產(chǎn)出的油或氣通過位于穿過船體的垂直井坑25中的流體旋轉(zhuǎn)接頭24輸往常見的船上管路系統(tǒng)23。
圖2和3表明系泊程序中的各個步驟，在詳細(xì)說明漂浮系泊裝置的結(jié)構(gòu)和系泊系統(tǒng)的船上組件之后，要加以討論。
圖4以放大的比例表明與船體底部內(nèi)系泊凹槽15相接合的系泊裝置12以及包含在船舶中的、系泊系統(tǒng)的相關(guān)部分的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。圖5以更加放大的比例表明系泊裝置第一實施例的結(jié)構(gòu)。參照這些圖形可見，漂浮系泊裝置第一實施例的上部14基本上是一個盤狀中空箱體，具有平坦的環(huán)狀上甲板26圍繞著抬起的截頭圓錐形中間部分27。
一外部第一環(huán)形彈性構(gòu)件28，圖示為內(nèi)部加壓的彈性軟管，固定于上甲板26的周邊。一內(nèi)部第二環(huán)形彈性構(gòu)件29，具有相同的結(jié)構(gòu)，固定于截頭圓錐形中間部分27的頂部。第一和第二環(huán)形彈性構(gòu)件與系泊裝置的垂直軸線同軸，此軸線由點劃線30表示。
后面結(jié)合系泊程序的說明將要解釋，這些彈性構(gòu)件28和29既用來緩沖在系泊期間系泊裝置與船體底部內(nèi)系泊凹槽之間的撞擊，也用來在系泊裝置的上部與系泊凹槽相接合時密封系泊裝置的環(huán)狀上甲板和中間部分與形成系泊凹槽的船體底部的相應(yīng)部分之間的空間。成角度地間隔開來的一些徑向肋板31和32用作擋板，當(dāng)系泊裝置接合系泊凹槽時限制彈性構(gòu)件所受到的壓縮(見圖4)。
第二彈性構(gòu)件29圍繞著穿過上部14的垂直通道33。系泊裝置的下部17包括一水密圓筒箱體34，其上端配置在通道33的下段之中。組合式徑向止推軸承35支承著通道33內(nèi)的箱體34以圍繞垂直軸線30相對于上部14轉(zhuǎn)動。軸承以上、箱體外圍與通道壁部之間的第一旋轉(zhuǎn)密封36和軸承以下、類似的第二旋轉(zhuǎn)密封37可防止軸承受海水浸濕。
從圓筒箱體34的下段沿徑向向外伸展的結(jié)構(gòu)38支承著適當(dāng)?shù)难b置39，用于把懸垂錨纜18的各個上端固定于漂浮系泊裝置的下部17。結(jié)果，下部17相對于洋底保持著固定的方位，而在船舶11固定于系泊裝置時上部14相對于船舶11保持在固定的方位上。當(dāng)船舶11響應(yīng)海流、風(fēng)和浪而隨動時，系泊裝置的兩部分14和17可通過軸承35彼此相對轉(zhuǎn)動。
為了完成從撓性的產(chǎn)品供輸軟管22到船上管路系統(tǒng)23的連接(如圖1所示)，一條管道40穿過箱體34終止于裝在箱體頂部并位于由通道33上端形成的防護(hù)井坑42之內(nèi)的關(guān)斷閥41之中。位于這一井坑42之內(nèi)還有一環(huán)狀托盤43，它托住盤卷起來的提升纜繩44，具有一條漂浮收放纜索45(見圖2)連接于纜繩的自由端。當(dāng)系泊裝置潛沒于其潛隱位置時，漂浮收放纜索從托盤放出。導(dǎo)引護(hù)板46可防止纜索磨蹭雙系柱47(只示出兩個)，這些雙系柱是圍繞垂直通道33的上端沿周向間隔開來的。同樣圍繞垂直通道沿周向間隔開來的還有若干帶有遙控啟動閥49(只示出其中的兩個)的排水管48，可選擇地防護(hù)井坑34連接于系泊裝置上部14的甲板26，其目的將結(jié)合系泊程序予以說明。
本發(fā)明的系泊系統(tǒng)包括船上的若干新穎組件。這些組件現(xiàn)在特別參照圖4予以說明。圖4是船舶11靠近船頭51的那部分的剖面?zhèn)纫晥D，表明帶有已連接上的系泊裝置12的系泊凹槽15區(qū)域。
“系泊凹槽”一詞，用于說明書與權(quán)利要求書之中時，包括了由系泊裝置的上部所接觸的船體16底部的一個區(qū)域，無論這一區(qū)域的任何部分是否事實上相對于船體底面呈凹進(jìn)形狀。因而，在圖4的實施例中，系泊凹槽15從垂直井坑25的軸線沿徑向向外伸展到外部第一彈性構(gòu)件28的接觸圓圈。它包括對置于系泊裝置上部的平坦上甲板26的船底底部的一平坦環(huán)狀區(qū)域53，以及向內(nèi)呈錐形的部分54，此部分與系泊裝置的截頭圓錐形部分27相匹配而終止于一內(nèi)部平坦環(huán)狀部分55，而此部分與內(nèi)部第二彈性構(gòu)件29形成密封接觸。
如本發(fā)明的綜述中所述，系泊系統(tǒng)包括用于通過位于系泊凹槽內(nèi)的一個進(jìn)水孔口急速地抽取海水進(jìn)入船體的裝置，以便減小在系泊裝置上部與系泊凹槽接合時作用在系泊裝置上部上面的向下靜水壓力。在圖4中，船舶11包含三部這種裝置。不過，其中任何一部都可單獨使用，或者與其他兩部中的任何一部結(jié)合使用。
第一部這種裝置是一臺高流量泵56，此泵具有一進(jìn)水導(dǎo)管或吸水管57，帶有一進(jìn)水孔口58，位于外部和內(nèi)部彈性構(gòu)件28和29的兩個同軸的密封接觸圓圈之間的系泊凹槽區(qū)域之中。一第二導(dǎo)管59連接泵的出口60至遠(yuǎn)離系泊凹槽的至少一個排水孔口61。最好是，泵56也可以是船頭推進(jìn)系統(tǒng)的一部分，具有分居船頭兩側(cè)的兩個排水孔口(圖中只畫出右舷開孔61)以及用于有選擇地在兩個排水孔口之間成比例地分配出自此泵的水流，以協(xié)助操縱船舶的裝置(未畫出)。
用于從系泊凹槽急速地抽取海水進(jìn)入船體的示于圖4的第二部裝置是在船體內(nèi)部的一間氣密艙或真空箱體62，此艙62具有一只閥63，它也開向彈性構(gòu)件28和29的外部和內(nèi)部密封接觸圓圈之間的系泊凹槽區(qū)域，以及用于在艙中產(chǎn)生真空的裝置。真空產(chǎn)生裝置可以是一部通常的真空泵(圖中未示)。在圖4的實施例中，用于在艙62中產(chǎn)生真空的裝置包括一條蒸汽供給管線64、一條通風(fēng)管線65、以及一條冷水供給管線66;兩只閥67和68，用于開啟蒸汽供給管線和通風(fēng)管線，直到基本上艙內(nèi)的所有空氣都由蒸汽所取代為止，還有另一只閥69，用于開啟冷水供給管線，以便在前兩只閥已經(jīng)關(guān)斷之后冷凝蒸汽。
用于從系泊凹槽急速地抽取海水、示于圖4的第三部裝置包括船體內(nèi)的一間空艙70和一只閥71，此閥開向系泊凹槽，以便讓海水流入此空艙。在這種情況下，閥71位于系泊凹槽的內(nèi)部環(huán)狀部分55以上的井坑25之中，以至于進(jìn)水井坑中的大部分水能夠借助于重力流入空艙70。
圖4也表明了一種可能的配置，用于實質(zhì)上連接系泊裝置12至船舶11。這種配置包括許多直線致動器，諸如液壓缸72，圍繞井坑25的內(nèi)部周邊間隔開來安裝。一條系泊繩索73從每一液壓缸的可動部分懸吊下來，并在其下端具有一只掛鉤或眼孔接頭，與雙系柱47之一相接合，這些雙系柱是圍繞系泊裝置的上部14中的垂直井坑25的上端間隔開來的。當(dāng)液壓缸在某一下沖程位置時，此掛鉤或眼孔接頭可以置放在雙系柱上，而此系泊繩索則可以借助于推動液壓缸至某一上沖程位置而予以系緊。液壓缸最好是以下類型的可以鎖定于上沖程位置以保持系泊繩索73處于張緊狀態(tài)。每條系泊繩索中的張力水平選定得使所有系泊繩索中拉力的總和顯著地超過系泊裝置與船舶之間在垂直方向所期望的最大分離力量，從而防止二者之間的相對運動。
本發(fā)明的系泊系統(tǒng)的操作現(xiàn)在特別參照圖2和3予以說明。
圖2表明船舶11未系泊于浮臺時系泊裝置12處于潛隱位置或中性平衡狀態(tài)。系泊裝置12處于相對于海平面13的某一深度，因此系泊裝置12的凈浮力正好等于錨纜18和撓性軟管22的潛沒重量。如果裝置12下降到平衡水位以下，錨纜18的懸垂部分就會座落在海床20上面，從而減小了漂浮裝置12所支承的重量并產(chǎn)生一個凈正值浮力。如果裝置上升到平衡水位以上，更多的錨纜就會從海底提起，造成一個凈負(fù)值浮力。系泊裝置制造時帶有過度的設(shè)計浮力，而平衡水位是靠在初次布置時添加壓載而達(dá)到的。
圖3表明系泊船舶11于系泊裝置12的幾個初始步驟。當(dāng)船舶11到達(dá)時，它托起漂浮收放纜索45，此纜索經(jīng)過井坑25的底部并固定于絞車74。拖進(jìn)纜索45，隨后提升纜繩44-此纜繩在優(yōu)選實施例中通過許多成角度地間隔開來的尾繩75固接于系泊裝置上部14中的防護(hù)井坑42的內(nèi)部周邊，因此當(dāng)上部14被引向緊靠船舶11的底部時，這些尾繩將有助于系泊裝置12在井坑25里面的對中。
此時，泵56通過進(jìn)水孔口58從事抽吸，而如果此泵是船頭推進(jìn)系統(tǒng)的一部分時，從此泵排出的水流在需要時可借助于提供側(cè)向推力而有助于控制船舶11的船頭在系泊裝置上方的位置。
絞車74最好是恒定張力類型的，每當(dāng)張力太低時就卷收提升纜繩，而當(dāng)張力超過預(yù)定水平時就放出提升纜繩，從而避免在系泊過程中使提升纜繩承受過度應(yīng)力。當(dāng)絞車74提升系泊裝置上達(dá)船舶11底部時，尾繩75即抵達(dá)井坑25。尾繩組合致力于相對于井坑25對中系泊裝置12。絞車74繼續(xù)卷收提升纜繩，直到系泊裝置的抬起的截頭圓錐形部分27進(jìn)入向內(nèi)呈錐形的部分54，自動地在系泊凹槽15之內(nèi)對中系泊裝置12。
當(dāng)彈性構(gòu)件28和29接觸船舶11的底部時，如圖4所示，泵56的進(jìn)水孔口58、真空艙進(jìn)水閥62和開向空艙70的閥71全都由于各彈性構(gòu)件的密封接觸而與海水隔絕，以及就閥71而論，也由于系泊裝置下部17的支撐軸承以上和以下的旋轉(zhuǎn)密封36和37而與海水隔絕。
當(dāng)泵56繼續(xù)從由于彈性構(gòu)件28和29而與海水隔絕的容積中取水時，泵的吸入壓力達(dá)到最小凈吸入壓頭并開始?xì)庋ìF(xiàn)象。在彈性構(gòu)件28、29與系泊凹槽之間的密封并非完全水密的情況下，泵56將繼續(xù)排除漏入這一隔絕容積中的水。
井坑25中的水也將由泵56經(jīng)由連接系泊裝置12中防護(hù)井坑42的底部至由于彈性構(gòu)件28和29的密封接觸而隔絕開來的容積的管道48泵出。在連接管道48內(nèi)的閥49允許液體通行，但在空氣出現(xiàn)時關(guān)斷，這樣，由于構(gòu)件28、29而隔絕開來的容積將不通向大氣。在這一空間內(nèi)的壓力將因而變得基本上等于泵56的低于大氣壓力的氣穴壓力。
剛剛在彈性構(gòu)件28和29與系泊凹槽接觸之前，系泊裝置、懸掛錨纜和軟管的共同凈浮力，由于隨著系泊裝置從中性浮力深度升高到船舶的龍骨深度而從海底提起的附加錨纜和軟管的重量影響是負(fù)值的。系泊裝置上部14的盤狀或煎餅狀外形設(shè)計造成了一個相對于這一容積來說-并因而相對于上部的浮力來說-是很大的一個水平表面面積。水平表面面積、裝置的浮力和在船舶龍頭深度處錨纜和供輸軟管的懸掛重量這三者之間的關(guān)系是預(yù)先確定的，因此，一旦彈性構(gòu)件28和29接觸系泊凹槽，在環(huán)狀上甲板26、截頭圓錐形中間部分27和圓筒箱體34頂部上面的靜水力壓力受泵的作用而急速減小，使系泊裝置系統(tǒng)的凈浮力由于作用在系泊裝置頂部的靜水壓力的大大降低而從負(fù)值變換成正值。
在這種情況下，系泊裝置12牢固地壓靠著船舶11的船身，而且無泄漏通過彈性構(gòu)件28或旋轉(zhuǎn)密封36和37的狀況將在長時期保持下去。不過，作為一種安全預(yù)防措施，希望把系泊裝置的上部14實際上固牢于船舶，例如，借助于使用前述的液壓缸72和系泊繩索73。
如果船舶11未配備適當(dāng)?shù)谋?6，用于真空箱體62的閥63、用于空艙70的閥71、或者二者一起，將在彈性構(gòu)件28和29接觸船舶11底部時開啟，從而把井坑25的水排入空艙70并降低由于構(gòu)件28和29而隔絕出來的容積內(nèi)的靜水壓力。
即使密封泄漏，系泊裝置12頂部上的已減低的靜水壓力也會保持到真空艙62充滿海水為止。在真空艙充滿海水之前就會有充分的時間讓船員進(jìn)行連接系泊繩索73的工作，從而牢固地系泊船舶11于系泊裝置12。
真空艙62可以在系泊之前用一臺普通真空泵(未畫出)抽空，或者可以方便地使用油輪通常所配備的、用于向船舶的貨物裝卸泵提供動力的輔助蒸汽供輸設(shè)備來抽空。真空艙62的抽空方式是將閥63固定在關(guān)閉位置上，用一臺泵(未示出)從真空艙排掉所有的水，開啟蒸汽閥67使真空艙62通過管道64充滿蒸汽，提高艙62中的壓力和迫使蒸汽和空氣的混合物通過止回閥68排出通風(fēng)口65。這一過程將繼續(xù)到艙62中的所有空氣均已通過通風(fēng)口65排出為止。真空基本上是靠關(guān)閉閥67和開啟允許冷水進(jìn)入艙62內(nèi)的閥69而造成的。這樣做可降低艙62中的壓力，使止回閥68關(guān)斷。蒸汽的急速冷凝可降低艙62內(nèi)的壓力至水的汽化壓力，對于冷水來說，這就非常接近絕對真空了。開啟閥63會使更多的冷海水進(jìn)入，確保汽化壓力較低并從而確保在系泊作業(yè)期間艙62中壓力較低。
在某些情況下，船舶可以只配備連接井坑25至空艙70的閥71。在這種情況下，當(dāng)彈性構(gòu)件28和29接觸船舶11底部時，閥71將開啟。這將使井坑25中的大部分海水排入到空艙70，并因而經(jīng)由連接管道48降低由于彈性構(gòu)件28和29而隔絕開來的容積中的靜水壓力。如果密封泄漏，系泊裝置頂部處的已減低的靜力壓力將保持到空艙70充滿海水為止。就象真空艙的情況一樣，在空艙70充滿水之前，會取得充分的時間讓船員進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的與系泊繩索72的系泊連接工作。由于閥71必需位于平坦的環(huán)狀區(qū)域53以上，系泊裝置上部中的井坑42可以用一臺遷移式或內(nèi)裝式污水泵(圖中未示)汲空。
圖6表明系泊裝置76的第二實施例，其中上部77裝有向下伸出的外部裙圈78以使空氣得以捕集。系泊裝置的這一實施例也在上部77上與下部79之間配備著兩個軸承一徑向軸承80，它只能傳遞垂直于系泊裝置76的垂直軸線81的作用力，和一止推軸承82，它只能傳遞平行于回轉(zhuǎn)軸線81的作用力。這種徑向與止推軸承80和82的分別配置并不局限于圖6所示的系泊裝置實施例，而是可以取代其他所說明的各項實施例中的徑向與止推組合式軸承35。
在完成系泊操作之后，船上的一條壓縮空氣供輸管線83連接于系泊裝置76上面的聯(lián)接器84，以通過管路85向氣阱空間86供給壓縮空氣，從而迫使氣阱內(nèi)的海水水位下降至裙圈的邊緣87。工作人員于是可借助于下部79的箱體34中的密封艙(未示出)從船舶11進(jìn)出氣阱空間86，以從事錨纜18、下部旋轉(zhuǎn)密封37、徑向軸承80和止推軸承82的檢查和維護(hù)。上部77的底部配備著許多加強部位88，用于支承維修設(shè)備以起升錨纜18并有助于維護(hù)軸承80和82。
圖6a的實施例也容許有另一可供選擇的配置，其中壓縮空氣管線83的下端永久性地連接于管路85而上端連接于漂浮收放纜索，因此，空氣管線83要提升纜繩44收回時可以連通船上的壓縮空氣源。事實上，如圖6b所示，提升纜繩本身可以是一條強固的撓性管線44′，能夠發(fā)送壓縮空氣至氣阱空間86。在這種情況下，提升管線44′的下端永久性地連通于管路85，而尾繩75連接于管線44′下端的近處以接受提升載荷，因此，從撓性提升管線44′至管路85的連接部分不受應(yīng)力。提升管線44′的上端通過絞車74鼓輪上面的通常的旋轉(zhuǎn)密封連通至某一壓縮空氣供給源83′。
采用這種配置，壓縮空氣可以在系泊裝置升起之前或其間注入氣阱空間86，從而增大系泊裝置的浮力并相應(yīng)地減小提升纜繩的張力。在起升操作期間以這種方式增大系泊裝置的浮力會產(chǎn)生至少兩項優(yōu)點第一，所需要的絞車起重能力和提升纜索的抗拉強度可以顯著地減小;第二，用于在系泊裝置接觸系泊凹槽時急速地從系泊凹槽抽除海水進(jìn)入船體的裝置的流量同樣可以減小，因為為了壓靠系泊裝置于船舶的船體所要克服的凈負(fù)值浮力較小。
圖7和圖8表示系泊裝置89的第三實施例的結(jié)構(gòu)和操作，此裝置具有相同于第二實施例的上部77和其中圓筒箱體91帶有敞開底部92的下部90。系泊裝置89的設(shè)計目的是，在圓筒箱體91的任何局部充滿狀況下均具有正值的穩(wěn)定中心高度，為了保持系泊裝置于海平面下所需要的平衡深度處，這種局部充滿狀況是必需的，如圖7所示。圓筒箱體91的容積是預(yù)先確定的，以提供充足的浮力使得在箱體91完全充滿空氣時系泊裝置89會漂浮在海面13上。
系泊裝置89可借助于通過一條軟管95把維修船舶94上面的空氣壓縮機93連接到圓筒箱體91頂部上的聯(lián)接器96而提升到海面，此時要利用潛水員或遙控操作裝置(圖中未示)。通過軟管95送入箱體頂部的空氣將置換箱體中的水，增大了浮力而使系泊裝置升至海面，如圖8中所示。
在系泊裝置已往抵達(dá)海面以后繼續(xù)把空氣泵入箱體91，過?？諝鈱⒁莩龀ㄩ_底部92并鼓泡進(jìn)入氣阱空間86，直到氣阱中的內(nèi)部水位降低到裙圈78的底部為止，為系泊裝置提供了附加的浮力。只要系泊裝置浮在海面上，把空氣送入氣阱空間86將不會使穩(wěn)空中心高度成為負(fù)值的，而系泊裝置將穩(wěn)固地浮在海面上。此時維修船49可以從事一切所需的維修作業(yè)。工作人員是通過密封艙(未示出)進(jìn)出氣阱空間86的。
在必需的維護(hù)和修理已經(jīng)完成之后，系泊裝置返回到潛隱位置-首先通過一條通風(fēng)管線(未示出)從氣阱空間86放出所有的空氣，然后通過壓縮機軟管把空氣抽出箱體91，直到系泊裝置沉向其預(yù)先確定的平衡水位為止。潛水員隨后可以從聯(lián)接器96拆卸空氣壓縮機軟管95，或者空氣軟管可以留下來連接于系泊裝置而在壓縮機93處卸開，在軟管的自由端系上一只小型標(biāo)記浮標(biāo)以便于日后收回。
圖9表明系泊系統(tǒng)的第四實施例，其中漂浮系泊裝置97具有一個上部98，帶有從垂直中心通道33沿徑向向外伸展的完全平坦的環(huán)狀上甲板99，沒有任何抬起的截頭圓錐形中間部分。而盤狀上部98的外緣100卻從底部到頂部向內(nèi)呈圓錐形。船舶船體的底部中的系泊凹槽101具有平坦的環(huán)狀部分102和帶錐度的周緣103，與上部98的上甲板99和外緣100相匹配。這一實施例的所有其他構(gòu)件基本上與第一實施例中的對應(yīng)構(gòu)件相同并具有相同的參照編號。
如同在第一實施例中，在從潛隱位置拉上系泊裝置時，提升纜索的尾繩有助于相對于垂直井坑25對中系泊裝置97。當(dāng)系泊裝置98靠近船舶11的底部時，兩個帶錐度的表面100和103將提供在系泊凹槽101中對系泊裝置97的最后導(dǎo)引和對中作用。當(dāng)彈性構(gòu)件28和29觸及系泊凹槽的平坦環(huán)狀部分102時，結(jié)合圖3所說明的系泊順序?qū)⒂枰詫嵤?。在這一實施例中，在船舶11與系泊裝置97之間作用的任何水平力將通過表面100和103傳遞。
圖10表明本系統(tǒng)的第五實施例，其中系泊裝置基本上與圖9中所示的相同(上部98的外緣形狀除外)，參照編號也相同，但是對船舶11底部的形狀未作變更。亦即，系泊凹槽104是由處于外部彈性構(gòu)件28的接觸圓圈以內(nèi)的船體平坦底部的一個環(huán)形區(qū)域構(gòu)成的。
這一實施例的系泊程序與先前各實施例的完全相同，如參照圖2、3和4所說明的那樣。唯一的區(qū)別在于提升纜繩的尾繩為使系泊裝置與垂直井坑25對中而提供了唯一的導(dǎo)引作用。由于沒有匹配的兩個帶錐度的表面來抵抗施加于船舶與系泊裝置之間的水平力，所以對于這一實施例就特別希望把系泊裝置實際上固定在船舶上，就象參照圖4所說明的使用系泊繩索73那樣。當(dāng)系泊繩索已經(jīng)張緊時，很大的壓縮力出現(xiàn)在系泊繩索73那樣。當(dāng)系泊繩索已經(jīng)張緊時，很大的壓縮力出現(xiàn)在系泊裝置97與船舶11的底部之間，以至于系泊裝置97與船舶11之間的摩擦力可能足以防止它們之間的水平相對運動。此外，在井坑25中可以設(shè)置其他一些系泊纜索(圖中未示)以阻止系泊裝置97與船舶11之間的水平相對運動。
本系泊系統(tǒng)已經(jīng)結(jié)合FSO和FPSO船舶予以說明;不過，本發(fā)明并不局限于這類船舶，而是可以用于包括需要在嚴(yán)酷海況條件下系泊的油輪和軍用船舶在內(nèi)的一切船舶。
本發(fā)明的幾項實施例和變型已經(jīng)作為范例而予以說明。在本發(fā)明的精神和范疇之內(nèi)還可以作出各種各樣的改動。在所說明的各項實施例中(比如，見圖1)，系泊凹槽被描述為位于船舶11的船頭附近。其實凹槽并不局限于這一區(qū)域，而是可以位于沿著船舶11底部的任一位置，包括船尾附近。在系泊凹槽的某些部位處，特別是在船體中部附近，船舶將無法自動地順應(yīng)環(huán)境作用力，而是需要動力協(xié)助做到這一點。不過，涉及在高浪海況下迅速地系泊船舶的方法的本發(fā)明也可以用于這些情況。
井坑25經(jīng)圖示并說明為垂直地穿過船舶11;不過，并不要求井坑25一直通到船舶11的甲板。其實，本發(fā)明的系泊系統(tǒng)根本不需要任何井坑25，而只需要一條引向已系泊船舶的甲板的狹長管道或一個船體底部中的凹槽，以允許收放和拖進(jìn)提升纜繩。
雖然以上所闡明的用于迅速地減小靜水壓力的幾種裝置已經(jīng)被描述為憑借一部潛沒的系泊裝置的凈浮力可提供船舶的暫時系泊，直到船舶與系泊裝置之間的實際上永久性的連接能夠建立為止，本發(fā)明也包括勿需求助于任何機械裝置而憑借保持系泊裝置系統(tǒng)的正浮力以永久性地系泊船舶。
系泊裝置的以及船舶中垂直井坑的橫截面形狀最好是圓形的;不過，本發(fā)明也可以用于符合其中所說明的任何技術(shù)要求的系泊裝置或垂直井坑的任何其他一些形狀。
本發(fā)明的系泊方法和各項實施例可以綜述如下i、本發(fā)明涉及系泊船舶于離岸的潛沒式漂浮系泊裝置。當(dāng)潛沒式系泊裝置被引向與船舶底部接觸時，系泊裝置與船舶之間的靜水壓力迅速地被減小，把系泊裝置從一種凈負(fù)值浮力狀況變換到一種凈正值浮力狀況，并在系泊裝置與船舶的船體之間造成壓縮力，從而系泊船舶。由于系泊裝置與船舶之間和靜水壓力減小的速度為一個波浪周期量級，所以船舶可以用這種方法在高浪海況下安全地系泊。
ii、用于減低系泊裝置與船舶之間的靜水壓力的裝置可以是(a)空吸泵，用于許多船舶均配備著的船頭推進(jìn)系統(tǒng)，(b)船舶中已抽室的抽吸艙，在系泊過程中向系泊裝置上方的海水開啟，(c)通向船舶中的空艙的孔口，在系泊過程中減低靜水壓力至空艙的最低程度，(d)以上各種中二者或全部的組合，或者(e)專門配備的高流量泵，在系泊裝置與船舶之間從事抽吸。
iii、任何大小的船舶均可用此系統(tǒng)系泊;不過，船舶的吃水量增大，此系統(tǒng)就變得更加有效，而且因此，可允許系泊的海況隨船舶尺寸而增多。
iv、本系統(tǒng)適合于所有離岸、近岸和沿海水域，但是特別適合于在浮水蔓延的極地水域中系泊船舶，因為無船舶出現(xiàn)時系泊裝置是潛沒水中的，有可能極為迅速地完成連接，以及，更為重要的是，有可能極為迅速地完成拆解。
v、一旦船舶由于靜水壓差連帶船舶船體與系泊裝置之間的摩擦合力而被系泊住時，諸如靠液壓張緊的系泊繩索那樣的普通機械聯(lián)接可以在系泊裝置與船舶之間設(shè)立，以便在喪失靜水壓差的情況下確保系泊狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種海洋系泊系統(tǒng)，包括一船舶，具有一船體，其底部有一環(huán)狀系泊凹槽；一漂浮系泊裝置，具有一上部，它可與船體底部中的系泊凹槽相接合；多個纜索，連接該系泊裝置于海底，該系泊裝置通常保持在船體底部以下的某一深度處；以及用于從預(yù)先選定的深度提升該系泊裝置以與船體底部中的系泊凹槽相結(jié)合的裝置，此系統(tǒng)的特征在于用于通過位于系泊凹槽之中的進(jìn)水孔口急速地抽取海水進(jìn)入船體的裝置，以在系泊裝置與系泊凹槽接合時減小作用于系泊裝置上部的向下靜水壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的海洋系泊系統(tǒng)，其中，所述的用于急速地抽取海水進(jìn)入船體的裝置提供一定的流速，在系泊裝置接合船體的潛沒底部時，足以產(chǎn)生纜索和系泊裝置這一綜合體的凈正值浮力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的海洋系泊系統(tǒng)，其中，用于從系泊凹槽急速地抽取海水進(jìn)入船體的裝置包括一臺泵;一條第一導(dǎo)管，它連接該泵的入口至系泊凹槽之中的進(jìn)水孔口;一條第二導(dǎo)管，它連接該泵的出口至遠(yuǎn)離系泊凹槽的至少一個排水孔口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的海洋系泊系統(tǒng)，其中，所述的泵也起到船頭助推泵的作用，而所述的至少一個排水孔口包括兩個水下孔口，分處船舶船頭附近的船體兩側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的海洋系泊系統(tǒng)，其中，所述的上部包括兩個同心的彈性環(huán)狀構(gòu)件，它們在系泊凹槽的兩處形成兩圈密封接觸，這兩處分別沿經(jīng)向位于泵的進(jìn)水口位置之內(nèi)和之外。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的海洋系泊系統(tǒng)，其中，用于從系泊凹槽抽取海水進(jìn)入船體的裝置包括船體內(nèi)部的一間氣密艙，此艙具有開向船體底部中的系泊凹槽的一只閥以及用于在艙內(nèi)產(chǎn)生真空的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的海洋系泊系統(tǒng)，其中，所述的真空產(chǎn)生裝置包括一蒸汽供給管線、一通風(fēng)管線、以及一冷水供給管線，蒸汽供給管線和通風(fēng)管線帶有各自的閥，以開啟蒸汽供給管線和通風(fēng)管線，直到艙內(nèi)的空氣基本由蒸汽所取代為止，以及另一只閥，用于開啟冷水供給管線，以在前兩只閥已經(jīng)關(guān)斷之后冷凝蒸汽。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的海洋系泊系統(tǒng)，其中，所述的上部包括兩個同心的彈性環(huán)狀構(gòu)件，它們在系泊凹槽的兩處形成兩圈密封接觸，這兩處分別在自氣密真空艙的閥孔位置的徑向之內(nèi)和之外。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的海洋系泊系統(tǒng)，其中，所述的用于急速地從凹槽抽取海水的裝置包括船體中的一間空艙和一個通往系泊凹槽的閥孔，以讓海水流入此艙。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的海洋系泊系統(tǒng)，其中，所述的漂浮裝置的上部包括至少一個彈性環(huán)狀構(gòu)件，與系泊裝置的垂直軸線同心，該彈性環(huán)狀構(gòu)件最先接觸系泊凹槽以緩沖系泊裝置與船舶之間的撞擊。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的海洋系泊系統(tǒng)，其中，該彈性環(huán)狀構(gòu)件與船體底部形成一圈密封接觸，這樣，所述的用于急速地抽取海水進(jìn)入船體的裝置能夠把這圈密封接觸以內(nèi)的、船體底部與系泊裝置上部之間的區(qū)域汲空。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的海洋系泊系統(tǒng)，其中，所述的漂浮系泊裝置還包括一個下部和用于把上部安裝于下部以圍繞此裝置的垂直軸線轉(zhuǎn)動的裝置，而連接系泊裝置于海底的許多纜索則固定于下部，因此在上部接合上船體底部中的系泊凹槽時，上部和船舶都可以圍繞著下部轉(zhuǎn)動。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的海洋系泊系統(tǒng)，其中，所述的用于把上部安裝于下部以圍繞垂直軸線轉(zhuǎn)動的裝置包括一組合式徑向止推軸承;一位于上部和下部之間的軸承以下的第一旋轉(zhuǎn)密封，以及一位于上部和下部之間的軸承以上的第二旋轉(zhuǎn)密封，以防止海水進(jìn)入軸承。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的海洋系泊系統(tǒng)，其中，該系泊裝置的上部包括一個環(huán)狀中空箱體，具有內(nèi)部的垂直通道和在箱體底部以下伸展的外部的周圍裙圈，而此系泊裝置的下部包括一個垂直圓筒箱體，具有封閉的頂部和敞開的底部。
15.根據(jù)權(quán)利要求14海洋系泊系統(tǒng)，其中，該系泊裝置還包括用于輸送壓縮空氣至該圓筒箱體的裝置，并且該圓筒箱體具有一預(yù)先確定的容積，足以在此箱體中的水已經(jīng)為壓縮空氣所驅(qū)出時升高此系泊裝置至海洋表面。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的海洋系泊系統(tǒng)，其中，所述的用于安裝該上部于該下部以便圍繞一垂直軸線轉(zhuǎn)動的裝置包括一徑向軸承、一分開的止推軸承、以及在上部與下部之間的至少一個旋轉(zhuǎn)密封。
17.一種用于系泊一船舶于一片水域底部的方法，此方法包括(a)藉多根纜索錨固一系泊裝置于水底;(b)保持該系泊裝置于該水域的表面以下;(c)定位船舶于該系泊裝置的上方;(d)通過一來自該船舶的一條纜索提升該系泊裝置，以接觸該船舶的底部;此方法的特征在于(e)急速地從由該系泊裝置接觸的區(qū)域抽取海水進(jìn)入船舶的船體內(nèi)，以充分地降低該系泊裝置頂部上面的靜水壓力，以造成一種凈正值浮力狀況，推壓該系泊裝置緊靠此船舶的底部。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的用于系泊一船舶于一片水域底部的方法，其中，步驟(d)包括在該系泊裝置的外部周圍與該船舶的底部之間構(gòu)成密封接觸，以及，步驟(e)包括通過位于該船體的底部、沿徑向自此系泊裝置的外部周圍向內(nèi)的進(jìn)水孔口軸除海水進(jìn)入此船體。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的用于系泊一船舶于一片水域底部的方法，其中，步驟(d)包括在系泊裝置從平衡位置提升之前或其間用壓縮空氣從系泊裝置排出海水，以增大系泊裝置的浮力并相應(yīng)地減小由提升纜索所施加的起吊力。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的用于系泊一船舶于一片水域底部的方法，其中，步驟(d)包括收回永久性地因接于系泊裝置的一條撓性管線以及在系泊裝置從平衡位置提升之前或其間用通過此撓性管線從船舶供給的壓縮空氣排出海水，以增大系泊裝置的浮力并相應(yīng)地減小由提升纜索所施加的起吊力。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的用于系泊一船舶于一片水域底部的方法，其中，永久性地固接于系泊裝置的撓性管線也是提升纜索。
全文摘要
海洋系泊系統(tǒng)，包括一船舶，具有一船體，其底部有一環(huán)狀系泊凹槽；一漂浮系泊裝置，具有一上部，它可與船體底部中的系泊凹槽相接合；多個纜索，連接系泊裝置于海底，系泊裝置通常保持在船體底部以下的某一深度處；用于從預(yù)先選定的深度提升該系泊裝置以與船體底部中的系泊凹槽相結(jié)合的裝置，用于通過系泊凹槽之中的進(jìn)水孔口急速地抽取海水進(jìn)入船體的裝置，以在系泊裝置與系泊凹槽接合時減小作用于系泊裝置上部的向下靜水壓力。
文檔編號B63B22/02GK1097390SQ9410140
公開日1995年1月18日 申請日期1994年2月18日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月31日
發(fā)明者詹斯·科斯哥德 申請人:詹斯·科斯哥德