用于测量离岸构造自升式组装船上的甲板变形方法和设备，及包括该设备的3D稳定系统

摘要

公开一种新方法和测量设备，用于检测离岸构造自升式组装船及离岸平台上的甲板(2)的垂直位移，离岸构造自升式组装船及离岸平台包括用于抬升重货物的至少一个吊车，并且其类型是包括用于下降至海床的多个支撑桩腿(18、20、22、24、26、28))，组装船或者离岸平台在操作期间例如用吊车支撑在处于海床中的下降位置的所述支撑桩腿上。该方法的独特特征为，在连接至精密压力计以及压力传感器(42、44、46、48、50、52)的多个流体填充管(30、32、34、36、38、40)中，水平位移被登记为相对于0参考水平(54)的绝对压力测量。公开一种执行测量的测量设备(4)。还公开了独特的3D补偿系统，其包括第一数据处理单元(62)和第二数据处理及控制单元(66)，其用于支撑桩腿(18、20、22、24、26、28)相对于甲板(2)的定位，其中包括根据本发明的测量设备(4)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量离岸构造自升式组装船及离岸平台上的甲板的变形的方法，离岸构造自升式组装船及离岸平台包括用于提升重负荷的至少一个吊车，并且其类型是包括用于下降至海床的多个支撑桩腿，在操作期间例如用吊车将组装船或者离岸平台支撑在所述支撑桩腿上，3D稳定系统包括用于执行该方法的登记系统，专门设计成控制甲板的变形。

背景技术

下文中，为了方便，本发明的说明涉及离岸构造自升式组装船，但是正如前序指出的，本发明还可以使用在离岸平台上。

自升式组装船构造已经越来越普遍，在领海提取原材料以及在那里建立风力涡轮机。所述组装船用于离岸平台或者设施上的修理作业或者维修离岸风力涡轮。

所述组装船设计成处理重货物，通常在航行至站点上的设施期间货物位于船的甲板上，该货物在到达站点之后使用存在于安装船上的吊车被抬升至适当位置。所述吊车例如可以具有的抬升容量大于1000吨，并且以这个数量级处理货物，不可避免的是要移除该量值的甲板负荷，如果不执行对甲板的支撑的补偿，甲板构造中的张力将会破坏船舶的船体。

根据现有技术通过测量支撑桩腿上的负荷来执行这种补偿，在执行操作期间利用吊车将船承载在支撑桩腿上，基于所述测量来执行甲板的稳定，即下降或者提升一个或多个承载有船的支撑桩腿。但是已经发现的是，这并不是在甲板上执行稳定应力的适当方式，因为此处不可能考虑支撑船或吊车的一个或多个支撑桩腿部是否在偏转。

在US2009/0090191A1(Lenders等人)中公开了一种现有技术，用于监视海上石油钻机上的支撑桩腿，海上石油钻机包括多个支撑桩腿部，其中，依靠每个支撑桩腿上的齿条和齿轮驱动器以及电机和齿轮系统来控制支撑桩腿上的压力。监视系统包括应力监视监控设备，该设备包括在每个齿条和齿轮上的所选链轮齿上的应力测量设备，它们共同限定齿条路径系统，用于监视所选小齿轮的旋转差，这提供了对所选小齿轮的线性位移的指示，从而比较以及指定平台上支撑桩腿的位置之间的差。

用于甲板货物和吊车的优化操作条件是，甲板总是保持在水平位置或者保持在非常小边界内水平的位置。这是为了避免吊车的支撑的过度转矩，以及避免甲板以及船的船体的破坏。出现在甲板/船体中的张力通常在其上产生较小高度差，因而，所述高度差会非常难以在视觉上检测，当它们最终变得可见时，通常太迟而不能对此进行补偿，这是由于甲板和船体其本身已经可能发生永久变形，结果削弱甲板/船的构造。因此，非常重要的是，执行应力分配的补偿，甚至是通过由甲板上的负荷改变而发生的小变形，使得甲板的张力水平始终保持在适合于构成该构造的材料的容差内，并且在应力发生在甲板结构所包括的材料中之前能够通过执行相应支撑桩腿相对于甲板的相对位移来补偿。测斜仪可以用来测量甲板相对于水平的倾斜，但是这些测量将仅指示已经发生了变形，但不能指示甲板上变形的位置。

发明内容

执行登记甲板变形的最合适方式将是通过执行甲板相对于水平或者相对于甲板的初始/参考位置的位置的绝对测量，本发明的目的是提供一种进行这种测量的方法。本发明的另一目的是提供一种用于执行这种测量的测量设备。此外，目的是提供一种用于使用该方法和测量设备将甲板在所述船上自动3D稳定的设备。

通过本发明实现的是执行对甲板位置的绝对测量，因而测量离岸构造自升式组装船及离岸平台上的甲板的变形，这是通过一方法有利地执行的，离岸构造自升式组装船及离岸平台包括用于抬升重货物的至少一个吊车，并且其类型是包括用于下降至海床的多个支撑桩腿，组装船或者离岸平台在操作期间例如用吊车支撑在处于海床中的下降位置的支撑桩腿上，在该方法中，通过布置在选定位置的流体填充管的自由端部基于参考水平来测量甲板在自升式组装船或离岸平台上的选定位置的水平的相对位移，其中在参考水平中甲板处于静止平衡并且不担负有甲板货物，管的对置的端部连接至多个压力计，每个压力计具有压力传感器，用于数字登记示出在压力计上的压力，所述压力计和压力传感器布置成排，相互在相同水平上并且平行于零参考板，零参考板在组装船或者平台的垂直长度平面中对称地布置，并且压力计相对于零参考板被重新设定。

据此实现的是，基于测量单元的一个或多个压力计或者压力传感器所测量的压力的改变，对甲板的垂直偏差的绝对测量。因而，重要的是在静态条件下要校准压力计，使得在甲板加载有货物之前可固定出用于所有测量点的零参考水平。甲板的甚至小变形的所述测量立即揭露出甲板是否有转矩负荷，提供了在准确获知甲板的变形地点在哪里之后立即执行调整应力条件的机会。

用于测量离岸构造自升式组装船及离岸平台的甲板的变形的测量设备，离岸构造自升式组装船及离岸平台至少包括用于抬升重负荷的吊车，并且其类型是包括旨在浸入海床的多个支撑桩腿，组装船或者平台在操作期间例如用吊车承载在处于海床中的下降位置的支撑桩腿上，用于实施根据权利要求1的方法，其特征在于，该设备包括对应于支撑桩腿数量的至少一个关闭的流体填充管，流体填充管的自由端部布置在支撑桩腿附近的测量点上以及与自升式组装船或者离岸平台的甲板相关的其他感兴趣测量点上，并且其对置的端部连接至压力测量站中的压力计，包括一个或多个优选测量点，具有关联的数字/模拟压力传感器的多个精密压力计安装在控制台上的相互相同水平上，控制台平行于甲板以及平行于零参考板延伸，零参考板在组装船或者平台的纵向垂直平面中对称地放置，所述仪表相对于零参考板是可调零的。

使用测量设备，据此能够检测甲板结构中甚至非常小的应力，该应力导致甲板甚至非常小的变形，因为甲板相对于参考水平的垂直位移本身将通过压力计和关联压力传感器上示出的压力改变所揭示。这些测量能够用作基础以决定在高于海平面的水平上，支承在海床上的承载平台或者组装船的一个或多个支撑桩腿相对于甲板进行的补偿偏移，意图是制造甲板平面，并且降低其中的张力。

优选的是，测量设备包括压力计，压力计的质量能够检测与0参考点达+/-0,001m的偏差，对应于检测的压力范围是5毫巴至1000毫巴之间，典型范围是12.5至250毫巴，优选范围是5毫巴至100毫巴。

在意图最小化测量系统对发生的甲板变形的反应时间方面，优选的是，使用在管中具有低黏性的流体，因而优选的是，流体填充管中的流体在40℃的黏性的范围是2厘斯至9厘斯，典型5.5厘斯至7厘斯，优选范围是6.0厘斯至6.8厘斯。

在意图进一步降低对甲板/结构发生的变形的反应时间方面，优选的是，用于测量系统的流体填充管的管的抗性数字(resistant figure)的范围是0.05ra至0.7ra，典型范围是0.1ra至0.5ra，优选范围是0.2ra至0.4ra。

补偿位移可以这样人工地执行：操作员监控压力计以及压力传感器的数字输出，并且操作员基于该数据来执行调节支撑桩腿相对于甲板的位置。但是，正如从下文揭露的，如果控制单元联接至测量设备，那么所述人工操作能够取消。

在意图执行在甲板中的自动3D稳定/张力补偿方面，根据本发明提供了一种用于离岸构造自升式组装船及离岸平台的甲板的自动3D补偿系统的设备，并且包括权利要求2限定的测量设备，该设备的进一步特征在于，压力传感器经由接口连接至第一处理单元，第一处理单元包括第一软件，第一软件用于记录以及处理收集的数据，与存储在第一处理单元中的甲板水平的垂直位移的预设限值比较，如果超过预设限制则将引起经由接口从位于零参考板上的至少一个测斜仪记录数据，以及在测斜仪波动的情形下，处理单元生成信号，所述信号具有关于所述甲板的变形的位置的信息以及相对于所述0参考水平的变形量值的信息，所述信号经由接口传递至具有不同软件的另一数据处理单元，所述不同软件经由接口执行依靠千斤顶调整相关支撑桩腿相对于所述甲板的位置，同时所述另一处理单元以固定间隔从所述第一数据处理单元接收关于所述测量位置的水平的数据，使得所述甲板水平的位移处于相对于所述0参考平面的预定限值内，在这之后终止利用相关千斤顶调整相对于所述甲板的相关支撑桩腿位置。

此处，提供了一种自动3D稳定/张力均衡系统，使用根据本发明的方法用于测量甲板结构在选定点相对于参考水平的高度差，以及通过测量设备用于实施该方法，结合具有常驻软件的数据处理设备，常驻软件与接口相互连接，并且连接至支撑桩腿的调整设备，由此可以自动补偿安装在浸入及支撑于海床上的支撑桩腿上的组装船以及平台上的甲板的应力以及变形(通过一个或多个吊车操作，在甲板上有重负荷以及普通货物)，以避免以下类型甲板的变形：即引起甲板的永久变形，以及可能还引起甲板对应结构的永久变形。

附图说明

参考附图，下文简要解释本发明，其中：

图1示出了例如离岸平台或者组装船上的甲板/船舶的示意顶视图，其中，示出了根据本发明的测量设备，其用于测量甲板在靠近支撑桩腿的不同位置的水平，

图2是图1的示意侧视图，示出的甲板/船舶不在加载位置，对应于0参考位置，其中，所有测量位置与相应压力计/压力传感器示出了相同比例尺，

图3是图1和图2的示意侧视图，示出的甲板在负荷位置，其中甲板倾斜，图示了压力计/压力传感器水平仪的响应，

图4是属于根据本发明测量设备的测量管的一个自由端部的位置的例子，以及

图5示出了包括根据本发明测量设备的甲板的示意立体图，测量设备连接至数据处理单元，数据处理单元控制平台支撑桩腿的位移。

具体实施方式

图1示出了离岸平台或者组装船上的甲板/船舶2的示意顶视图，例如示出了根据本发明测量设备4的实施例，其用于测量甲板2在靠近支撑桩腿18、20、22、24、26、28的不同位置6、8、10、12、14、16的水平。

测量设备4在示出的实施例中包括多个流体填充管30、32、34、36、38、40，它们的自由端部布置在靠近支撑桩腿18、20、22、24、26、28的前述位置6、8、10、12、14、16。管的自由端部被阀(未示出)关闭。正如图1示意地示出的，流体填充管30、32、34、36、38、40的另一端部连接至对应精密压力计的多个管，精密压力计具有传感器42、44、46、48、50、52，传感器对称地布置在相同水平中，该水平高于或者低于用于甲板/船舶的参考0板53。

图2是图1示出的甲板/船舶2的示意侧视图，处于非加载位置，对应于0参考位置，其中，靠近支撑桩腿18、20、22、24、26、28的所有测量位置6、8、10、12、14、16示出相同比例尺，由压力计以及压力传感器42、44、46、48、50、52上的虚线54图示。甲板/船舶水平地定向在示出的位置，此处虚线54表示0参考水平。

图3是图1和图2示出的甲板/船舶的示意侧视图，处于加载位置，其中甲板2倾斜，线56、58、60、62、64、66相对于标记0参考水平的虚线54图示了压力计/压力传感器42、44、46、48、50、52记录的信号。如从示意图中显而易见的，在测量点6、12的压力计/压力传感器42、44(见图1)测量的船舶/甲板2的水平位于0参考水平54之上。在测量点8、14的压力计/压力传感器46、48(见图1)测量的船舶/甲板2的水平几乎位于0参考水平54，在测量点10、16(见图1)的压力计/压力传感器50、52测量的船舶/甲板2的水平位于0参考水平54之下，清楚地看到是，甲板2倾斜。

图4是靠近支撑桩腿18、20、22、24、26、28之一，在位置6、8、10、12、14、16之一处流体填充管30、32、34、36、38、40的一个自由端部的位置的例子，属于根据本发明的测量设备4。再次示出了0参考水平54，此时在平行于甲板2延伸的线54'处。

图5示出了用于离岸构造自升式组装船及离岸平台的甲板2的自动补偿3D系统的设备60，并且包括根据本发明的测量设备4。

压力传感器42、44、46、48、50、52经由接口61连接至第一处理单元62，参见图4和图5，所述第一处理单元62包括第一软件，第一软件用于记录以及处理从压力传感器42、44、46、48、50、52收集的数据，并且执行将收集的数据与处理单元62中设定的甲板2的垂直水平位移的限值进行比较，如果超过所述限值，将导致通过接口从放置在零参考板53上的至少一个测斜仪64收集数据，在测斜仪64示出了输出的情况下，数据处理单元62生成关于甲板2变形的位置6、8、10、12、14、16以及与0参考水平54相关的一个或多个变形曲线的量ΔHA、ΔHB的信号，该信号经由接口63传递至具有第二软件的第二数据处理-处理单元66，第二软件经由接口68、70、72、74、76、78(见图5)执行控制/调整支撑桩腿42、44、46、48、50、52相对于甲板2的位移；在这之后，第二数据处理单元66执行计算支撑桩腿42、44、46、48、50、52相对于甲板2的所需位移，以及经由接口通过千斤顶80、82、84、86、88、90执行调整相关支撑顶桩腿42、44、46、48、50、52相对于甲板2的位置，同时第二数据处理单元66以固定间隔从第一数据处理单元62接收关于测量位置6、8、10、12、14、16的水平的数据，使得依靠千斤顶80、82、84、86、88、90产生的甲板水平的位移相对于0参考平面54在预定限值内，如果是如此，则终止调整相对于甲板的相关支撑桩腿位置。

用于本发明的测量设备的校准操作以及用于自动3D应力补偿系统的校准功能的前提是，在航行至平台或组装船的操作位置之前已经确定出用于测量系统的参考水平54。

应该注意的是，发明人已经认识到，用于记录甲板水平的改变的测量点的数量可以多于之前指示的这些数量，由于发明人还认识到，第二数据处理单元中的常驻软件应当包括为船舶、平台或者组装船静态至及动态属性定制的相关软件。但是，这并未改变关注检测平台和甲板上甚至非常小高度变化的新方式的创造性方案，其能够用来在例如用吊车处理其上的大负荷期间预防性的稳定甲板的暴露张力。