VLFS连接方式

浮式结构连接方式总结 VLFS(超大型浮式结构)是一种模块化的结构，模块间需要采用连接构件进行连接，模块之间连接方式也多样化。目前提出了用：刚性连接器、柔性连接器、柔性连接桥、动力定位等方式来保持MOB（移动式海上基地）的整体性。而对于不需要大面积连续甲板的VLFS，可以采用缆绳、栈桥等方式连接模块。 一、刚性连接器：1993年Brown&Root出刚性连接半潜式MOB，整个MOB由六个半潜式模块组成，模块之间采用刚性连接器连接如图1。计算结果显示，连接器所受的最大垂向弯矩为52950M·N·m，最大横向弯矩为97616.4M·N·m，垂向剪力为26940N，横向剪力为63675N。由此可以看出，采用刚性连接器连接模块时，MOB的连接器载荷十分大。 图1 刚性连接器 二、柔性连接器：柔性连接器是目前连接构件的主要研究方向，主要提出了5种典型的柔性连接构件。包括：简单铰式连接器、柔性连接器、增强型柔性连接器、改进型柔性连接器、新型柔性连接器。不同的柔性连接器设计都有其自身的特点，但都有一个共同之处就是，柔性连接器会释放对几个自由度的限制，即允许连接模块之间的相对纵摇，以减少连接器的纵向设计荷载。 1、简单铰式连接器：这种铰接式连接器是采用横向拴式铰接器在半潜模块的左舷和右舷处将5个模块相连，从而允许模块间的相对纵摇。在7级海况下，当海浪与MOB纵轴夹角为75º～85º的时候，连接器最大计算纵向载荷为80000～100000t。如果MOB与海浪夹角保持在±45º范围内的话，最大的纵向载荷就降为40000t。因此，通过限制MOB使其保持在与海浪夹角为±45º。的范围，且在7级海况下脱开连接器等方法，可以将连接器的设计纵向载荷限制在50000t以内。这种“简单铰接式”连接器见图2。入坞探测器能精确地控制两个模块之间的相对横向距离，从而保证了铰接头能顺利地插入铰毂，完成连接过程。 这种简单铰接式连接器的不足之处在于以下几点： 1)MOB是否可以一直保持与海浪夹角在45。以内并且在7级海况下处于脱开状态： 2)由于波浪引起的连接器载荷的动态放大，因此连接器材料的疲劳问题十分突出。 3)当MOB处于连接状态时，两个模块之间靠铰接头与铰毂连接相连，所以连接体表面的磨损腐蚀问题也需要考虑。 简单铰接式连接器比较适合4个模块或者更少模块组成的MOB结构。总长度的缩短能极大程度地减少连接器载荷，这样，MOB与波浪之间夹角问题的限制就能降低很多。 图2 简单铰式连接器 2、柔性连接器：第一类柔性连接器系统是采用简单的铰接来实现连接和脱开的。图3是这种系统的外形。这一类连接器将人坞探测器换成了中心线球状接头。柔性连接器内有两个橡胶锥。一个橡胶锥连接器用以抵抗推击力，另一个橡胶连接器用以抵抗拉力。柔性连接器能够弥补简单铰接连接器的大部分不足。安置在左舷和右舷两侧的柔性连接器能够减少设计载荷；连接器包括球状接头能使连接器载荷的动态放大效应大大减少，从而有利于提高疲劳强度。实际上，这种入坞探测器的替代器并没有起到很大的作用。 这种设计仍存在一些问题，如：在人坞时需要采用更加复杂的控制系统来代替人坞探测器进行定位；需要一种复杂的跑道连接桥系统来承受柔性系统所产生的相对纵摇和横摇。 图3 柔性连接器 3、增强型柔性连接器：增强型柔性连接器除了具有一般柔性连接器的特点以外，还有两个特点：1)在前一种柔性连接器的描述中，当一组橡胶锥承受推击力时，另一组橡胶锥闲置。当承受拉力时，情况则相反。因此增加一些滑动套可以使这两组橡胶锥在受推击力和压力时都可以起作用。这样，对于同样的橡胶锥来说，防冲击能力将提高一倍；2)加入了机械阻尼装置。在一些情况下，机械阻尼可以用于提高柔性连接系统的性能。这些阻尼装置在和性能上都能对柔性连接器起到一定的作用。 4、改进型柔性连接器：这种连接器，左舷和右舷的连接器改成只能起到推开模块的作用。中间的连接器则改进为人坞时，其纵向保持柔性，而处于连接状态时却为非柔性。这种连接器系统能有效地减少入坞时中心球状接头的纵向冲击，使左舷和右舷的连接器更加可靠。 这种改进后的中间连接器的优点在于： 1)可以消除人坞时的纵向冲击； 2)在连接时，中心连接器能代替左舷和右舷的连接器。两组橡胶锥可以抵抗在低海情时左舷和右舷连接器所产生的纵摇弯曲。当处于高海情时，一舷连接器会通过中心线球状连接器与另一舷连接器一起共同承受横摇弯曲。这样，在低海情下MOB将能更坚硬，而在高海情下，柔性更强； 3)只有中间连接器才有铰接头，这样就不存在多个铰接之间的配合问题。 这种改进后的中间连接器也存在不足之处： 1)这种连接器更加复杂，因此维修和保养的代价也就很高； 2)铰毂太大而不能推到舱内维修； 3)在人坞时，有可能产生垂向和横向冲击； 4)在脱开连接时，垂向、横向和纵向的冲击未能消除。 5、新型柔性连接器：新型的柔性连接器汲取了以上几种连接器的优点，并进行了改进。这种新系统取消了中间连接器的铰接器，而采用了连接更紧密的球连接系统。左舷和右舷的柔性连接器采用更紧凑的万向节来代替原来的连接器，每个浮体首部组成一个“摆臂(wobble arm)”系统，如图4。摆臂系统前端的球状接头是封闭的，后端的球状接头与锚轴相连。黑色的三角是扎头(dog)，它可将两个轴承或者摆环(wobble ring)夹住。当锥形摆环被拉回来时，扎头就会松开，两具轴承脱开连接。且连接器可以方便地推进舱内进行维修。 图4 新型柔性连接器的摆臂系统 三、柔性连接桥：1999年Kvaemer设计出柔性桥连接半潜式MOB，如图5。它由三个方形全钢半潜模块组成，每个模块235m长。模块间采用长度410m的柔性连接桥连接。柔性连接桥利用其自身的重量和铰接器将相邻的半潜式模块相连而形成整个MOB，提供并保持飞行甲板的连续性。模块两舷的动力定位系统和每一个桥构架能够将MOB定位，并且在连接状态下也能保持每一个模块的相对位置。由于柔性连接桥一般不能装载货物，因此这种MOB的负载量较小。 图5 柔性桥连接半潜式MOB 四、动力定位方式：1997年Bechtel设计了一种独立半潜式MOB,如图6。这种MOB是由三个矩形全钢半潜模块组成，每一个模块长485m，宽120m。模块之间采用动力定位系统来保持其整体性。每一个模块之间的间隙为45m，采用可开闭式吊桥相连形成飞机跑道。这种可开闭式吊桥使得整个MOB的柔性大大增加。如果将吊桥升起并为每个模块单独提供动力，MOB的每个模块也可像一个小型MOB一样独立进行作。 图6 独立半潜式MOB 由以上连接方式的总结，可以得出目前最合理的连接器设计准则： 1)MOB入坞时应该消除冲击力； 2)MOB在处于脱开连接状态时也应该消除冲击力； 3)整个系统应该抵抗得住8级海况时任何浪向下所产生的外力； 4)MOB上的船员应该在无需其他船只协助的情况下，能够自行维护和修理连接器； 5)系统应该能在任何海况下进入连接器脱开状态； 6)系统应该能在5级海况下入坞并保持连接状态； 7)易磨损表面应该密封并润滑。