Глубоководная опора

 

Изобретение относится к гидро- . техническому строительству. Цель изобретения - снижение металлоемкости и улучшение эксплуатационных характеристик . Глубоководная опора содержит рабочую площадку 1 с модулями верхнего строения 2. Опора снабжена горизонтальным цилиндрическим понтоном 3 с избыточной плавучестью, который служит для компенсации волнового воздействия на опору. Одна из несущих конструкций (НК) 4 опирает- (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (58 4 Е 02 В 7/00.1с.... я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР.

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3922200/29-15 (22) 01.07.85 (46) 30.06.87. Бюл. Ф 24 (71) Центральный научно-исследовательский и проектный институт строительных металлоконструкций им. Н.П.Мельникова (72) Л.М.Симкин и К.В.Поляк (53) 627.2 (088.8) (56) Cuer-Stahl-Steel, 1977, В 9, с. 289-293.

Патент Франции У 2300817, .кл. Е 02 В 17/02, 1976. (54) ГЛУБОКОВОДНАЯ ОПОРА (57) Изобретение относится к гидро- . техническому строительству. Цель изобретения — снижение металлоемкости и улучшение эксплуатационных характеристик. Глубоководная опора содержит рабочую площадку 1 с модулями верхнего строения 2. Опора снабжена горизонтальным цилиндрическим понтоном 3 с избыточной плавучестью, который служит для компенсации волнового воздействия на опору. Одна из несущих конструкций (HK) 4 опирает1320327

L h = ----т

О, 5+i. ся на морское дно, другая НК 5 опирается на понтон 3, соединенный с НК 4 жесткой горизонтальной диафрагмой 6 на уровне приложения равнодействующей волновой нагрузки. Понтон 3 прикреплен к морскому дну оттяжками 7, блаИзобретение относится к гидротехническому строительству морских сооружений и может быть использовано в опорах глубоководных платформ для морской добычи нефти и газа. 5

Цель изобретения — снижение металлоемкости и улучшение эксплуатационных характеристик.

На фиг.1 изображена глубоководная опора, общий вид; на фиг .2 — то же, план;.на фиг.3 — график функций, оп- . ределяющих реакции глубоководной опоры на внешние воздействия; на фиг.4 — расчетная схема глубоководной опоры; на фиг.5 — схема приложения сил на глубоководную опору.

Глубоководная опора содержит рабочую площадку 1, которая поддерживает модули верхнего строения 2 и опирается на несущие конструкции.

Глубоководная опора снабжена горизонтальным цилиндрическим понтоном 3 с избыточной плавучестью.

Одна из несущих конструкций 4 глубоководной опоры опирается на морское дно, а другая несущая конструкция 5 глубоководной опоры опирается на понтон 3, который соединен с несущей конструкцией 4 жесткой горизонтальной диафрагмой 6 на уровне приложения равнодействующей волновой нагрузки на несущую конструкцию 4 и прикреплен к морскому дну оттяжками 7, Сущность работы глубоководной опоры заключается в использовании 35 понтона 3 для снижения волнового воздействия на несущую конструкцию 4.

Если в известных глубоководных опорах понтоны предназначены для транспортировки опоры и установки ее 40 в проектное положение путем регулируемого заполнения водой, то в предлагаемой глубоководной опоре понтон служит для компенсации волнового воэгоадря чему уменьшается расход металла на опору. Расстояние между

НК 4 и НК 5 для оптимального варианта с точки зрения перемещения конструкции определяется математическими зависимостями. 5 ил. действия на опору, причем расположение поплавка относительно несущих конструкций должно быть вполне определенным, что выражено математическими зависимостями.

Морское волнение представляет собой случайный стационарный аргодический процесс с нулевым гауссовским распределением, который может быть представлен спектральной плотностью волновых осциляций (колебаний) на поверхности моря. Спектр перемещений несущей конструкции от воздействия волн является произведением спектра

$„ поверхностных волн на передаточ— ную функцию F, характеризующую жесткостные и демпфирующие свойства конструкции глубоководной опоры в водной среде, и на функцию f, характеризующую корреляцию волновой нагрузки вдоль распространения волн (фиг.3).

Перемещение конструкции глубоководной опоры будет минимальным при совпадении частоты ее собственных, колебаний, т.е. частоты максимума функции F с нулеВОЙ тОчкОЙ функ ции f, причем частота нулевых точек функции f< соответствует длинам волн, которые находятся в следующей зависимости от расстояния между несущими конструкциями 4 и 5: где L — расстояние между несущими конструкциями; — 0,1,2,... — порядковый номер нулевой точки по направлению возрастания частот.

Рассмотренному случаю совпадения . максимума функции с первой нулевой точкой функции соответствует условие

1320327 л « у 2Й H

9=5,93Ч, р (е ) /Гgdn(1- е где О, — частота собственных колебаний глубоководной опоры для расчетной схемы, показанной на фиг.4.

Выражая частоту у, собственных колебаний опоры через жесткостные и весовые характеристики конструкции глубоководной опоры и глубину моря, получаем математическую зависимость расстояния между несущими конструк— циями 4 и э для оптимального варианта перемещения конструкции глубоковод— ной опоры:

15 при Я„ъ 2 са (1) L=0,53, L = lt gmH3 /3EI, при сд, с 2Q (2) Для передачи на несущую конструкцию 4 волновой нагрузки от понтона 3 на уровне Z предназначена жесткая диафрагма 6. Понтон соединен с дном оттяжками 7, ограничивающими верти кальные перемещения понтона 3, причем избыточная плавучесть понтона обеспечивает предварительное натяжение от,тяжек 7.

55

Устанавливаемый понтон выполняется с геометрическими размерами, которые определяются соотношениями

Выражение (2) соответствует менее жесткой конструкции, чем выражение (1), Подставляя выражение (1) в выражение (2) при я 2Й, получаем требуемую жесткость EI несущей конструкции 4.

Глубоководная опора работает следующим образом.

При выполнении условий (1) или (2) волновые нагрузки P„„, действующие на несущую конструкцию 4, и вол— новые нагрузки Р„, действующие на несущую конструкцию 5 с понтоном 3, имеют противоположные направления (фиг.5). Геометрические размеры понтона 3 с учетом его требуемой избы- 35 точной плавучести определяются из условия равенства этих нагрузок по величине. При этом на сооружение в целом волновая нагрузка будет нулевой на частоте, соответствующей минимуму 40 функции f<.

Уровень максимального воздействия волновой нагрузки — это уровень, на котором приложена равнодействующая волновой нагрузки.

2(д Н,р (е -1) и

8,78V„Q (1 ) < где V, Х требуемый объем понтона,мз; расстояние от уровня моря до уровня максимального воздействия волновой нагL = 0,5 $, при .), 2(>, L= Т gmH /12FI, ири (о„- 2а, рузки, м;

d — диаметр стоек несущей конструкции, опирающейся на дно, м;

n — число стоек несущей конструкции, опирающейся на дно.

Модули верхнего строения 2 сдвинуты относительно середины рабочей площадки 1 таким образом, чтобы разгрузить моменты ат собственного веса рабочей площадки 1 в ее пролете.

Таким образом, учитывая особенности волнового воздействия, можно свести к минимуму деформации глубоководной опоры, что снижает металлоемкость глубоководной опоры до 257.. Это дос- . тигается, во-первых, за счет уменьшения усилий в несущей конструкции 4 и, во-вторых, за счет того, что несущая конструкция 5 в нижней части заменена предварительно-напряженными оттяжками. Кроме того улучшаются деформативные характеристики конструкции глубоководной опоры, что позволяет вести буровые работы в штормовых условиях, Формул а изобретения

Глубоководная опора, включающая рабочую площадку, модули верхнего строения, две несущие конструкции на расстоянии друг от друга, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью снижения металлоемкости и улучшения эксплуатационных характеристик, одна из несущих конструкций снабжена горизонтальным понтоном, вставкой, опирающейся на понтон и поддерживающей рабочую площадку, а также снабжена упругим элементом, соединяющим понтон с дном, а несущие конструкции связаны жестким элементом на уровне понтона, причем расстояние между несущими конструкциями определяется по формуле

1320327 где

Юо — частота собственных колебаний конструкции, рад/с;

m — - масса глубоководной опоры;

Составитель P.Áåñ÷àñòíoaà

Техред В.Кадар Редактор А.Ревин

Корректор А,Зимокосов

Заказ 2621/28 Тираж 606

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по депам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 — расчетная действующая на. сооружение длина волны, соответствующая средней частоте ю спектра, м;

Š— модуль Юнга материала конструкции, ньютон/м ;

I — - момент инерции сечения, опирающейся на дно несущей конструкции, м ;

Н вЂ” глубина акватории, м;

g — - ускорение свободного падения, м/с °