МОРСКАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛЕДОСТОЙКАЯ ПЛАТФОРМА Российский патент 2016 года по МПК E02B17/00 E02B15/02 B63B35/44 

Изобретение относится к области освоения ресурсов континентального шельфа, в частности к возведению в арктических морях платформ островного типа в условиях дрейфа айсбергов, подвижек смерзшихся ледяных полей.

Известна арктическая платформа, содержащая фундамент, смонтированный на дне водоема, на котором установлены подводная и надводная части опоры платформы, оснащенной балластными емкостями и технологическим оборудованием. При этом верхняя часть сооружения выполнена в виде понтона, а подводная опора сооружения оснащена оборудованием для монтажа-демонтажа опоры, буксировки и удаления понтона из зоны дрейфа айсбергов (см. RU №2238365, 2004).

Недостаток этого решения - значительные затраты на монтаж-демонтаж и невозможность обеспечения безопасности эксплуатации арктической платформы при подвижках на нее смерзшихся ледяных полей. Применительно к экстремальным условиям в северных морях имеются различные технологии, конструктивные решения доставки судами, подводными дюкерами и тоннелями материалов, оборудования, персонала, используемых при строительстве, эксплуатации гидротехнических сооружений, транспортировки сырья потребителям. В этих условиях транспортные операции можно проводить с использованием апробированных разработок, таких как: «Устройство стыковки космического объекта» (см. RU №2195417, 2002), представляющего собой переходный шлюз со стыковым узлом, обеспечивающим эксплуатацию подводных судов и/или космических аппаратов.

Морская технологическая ледостойкая платформа, включающая надводную часть с горизонтальной технологической площадкой сверху, сообщенную с подводной частью, выполненной в виде водоизмещающего корпуса, якорную систему удержания, балластные цистерны, расположенные в водоизмещающем корпусе, причем надводная часть в районе ледовой ватерлинии выполнена в виде ледоломного конуса, обращенного сужением вниз, а верхний участок подводной части выполнен в виде конуса, обращенного сужением вверх (см. RU №2522628, 2014).

Недостаток этого решения - невозможность обеспечения безопасности эксплуатации арктической платформы при подвижках на нее смерзшихся ледяных полей большой толщины (большей 10 м).

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, выражается в обеспечении безопасности эксплуатации арктической платформы при подвижках на нее смерзшихся ледяных полей большой толщины.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении безопасности эксплуатации платформы при подвижках на нее смерзшихся ледяных полей большой толщины (большей 10 м). При этом обеспечивается возможность погружения платформы ниже глубины подводной части ледяных полей (айсбергов).

Для решения поставленной задачи морская технологическая ледостойкая платформа, включающая надводную часть с горизонтальной технологической площадкой сверху, сообщенную с подводной частью, выполненной в виде водоизмещающего корпуса, якорную систему удержания, балластные цистерны, расположенные в водоизмещающем корпусе, причем надводная часть в районе ледовой ватерлинии выполнена в виде ледоломного конуса, обращенного сужением вниз, а верхний участок подводной части выполнен в виде конуса, обращенного сужением вверх, отличается тем, что корпус ледостойкой платформы выполнен герметичным, с возможностью полного погружения под воду, при этом балластные цистерны выполнены равным объемом и размещены симметрично относительно продольной оси симметрии корпуса ледостойкой платформы, а их суммарный объем должен быть не менее величины, определяемой из выражения

V_б.ц.=P_в.п.-P_т.л.,

где V_б.ц. - суммарный объем балластных цистерн, м³;

P_в.п. - выталкивающая сила, действующая на корпус ледостойкой платформы, при его полном погружении, т;

P_т.л. - суммарная тяга лебедок погружения платформы, т,

кроме того, якорная система удержания содержит якоря, которые тросами связаны с якорными лебедками, установленными в водоизмещающем корпусе, равномерно по его периметру, при этом платформа снабжена дополнительной якорной системой, содержащей якоря, которые тросами связаны с лебедками погружения, установленными в водоизмещающем корпусе, симметрично относительно его продольной оси на одинаковых расстояниях друг от друга. Кроме того, дно корпуса выполнено округлым и симметричным относительно продольной оси его симметрии.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач.

Признаки «корпус ледостойкой платформы выполнен герметичным, с возможностью полного погружения под воду» обеспечивают возможность удаления платформы с пути перемещения тяжелых льдов.

Признаки «балластные цистерны выполнены равным объемом и размещены симметрично относительно продольной оси симметрии корпуса ледостойкой платформы» упрощают работы по балластировке платформы и упрощают сохранение вертикальности ее положения.

Признаки «суммарный объем должен быть не менее величины определяемой из выражения

V_б.ц.=P_в.п.-P_т.л.,

где V_б.ц. - суммарный объем балластных цистерн, м³;

P_в.п. - выталкивающая сила, действующая на корпус ледостойкой платформы, при его полном погружении, т;

P_т.л. - суммарная тяга лебедок погружения платформы, т», позволяют минимизировать тяговое усилие на лебедки погружения и, соответственно, уменьшить их массогабаритные параметры и количество.

Признаки «якорная система удержания содержит якоря, которые тросами связаны с якорными лебедками, установленными в водоизмещающем корпусе, равномерно по его периметру» повышают надежность удержания платформы на точке позиционирования.

Признаки «платформа снабжена дополнительной якорной системой, содержащей якоря, которые тросами связаны с лебедками погружения, установленными в водоизмещающем корпусе, симметрично относительно его продольной оси на одинаковых расстояниях друг от друга» обеспечивают погружение платформы и ее контролируемое вскрытие.

Признаки «дно корпуса выполнено округлым и симметричным относительно продольной оси его симметрии» повышают «мореходность» платформы, упрощают ее буксировку и снижают рыскание и сопротивление движению при погружении.

На фиг. 1 платформа показана в надводном положении; на фиг. 2 - платформа показана в подводном положении.

На чертежах показаны надводная часть 1 морской технологической ледостойкой платформы, с горизонтальной технологической площадкой 2, ее подводная часть 3, цилиндрический участок 4, якорная система удержания, содержащая якоря 5, которые тросами 6 связаны с якорными лебедками 7, балластные цистерны 8, ледовая ватерлиния 9, ледоломный конус 10, участок 11 подводной части, выполненный в виде конуса, якорная система погружения содержит якоря 12, которые тросами 13 связаны с якорными лебедками 14, кроме того, показана продольная ось 15 корпуса ледостойкой платформы, дно 16 акватории, стыковочные узлы 17, дно 18 подводной части 3 корпуса, патрубки 19, поверхность воды 20, ледовое поле 21.

Морская технологическая ледостойкая платформа включает верхнюю часть, содержащую надводную часть 1 с горизонтальной технологической площадкой 2 сверху, сообщенную цилиндрическим участком 4 с подводной частью 3, выполненной в виде водоизмещающего корпуса.

Якорная система удержания содержит якоря 5, которые тросами 6 связаны с якорными лебедками 7, установленными в водоизмещающем корпусе, равномерно по его периметру, при этом при постановке на дно акватории якоря 5 выносят за проекцию водоизмещающего корпуса на дно 16, причем тросы 6 устанавливают радиально относительно проекции продольной оси 15. Якорные лебедки 7 установлены в герметичных отсеках водоизмещающего корпуса, при этом их тросы 6 выпущены через сальниковые узлы (на чертежах не показаны), выполненные в стенках (или дне) корпуса платформы, исключающие попадание воды в эти отсеки.

Якорная система погружения содержит якоря 12, которые тросами 13 связаны с якорными лебедками 14, установленными в водоизмещающем корпусе, предпочтительно, на его донной части, симметрично относительно его продольной оси 15, на одинаковых расстояниях друг от друга, причем тросы 13 устанавливают вертикально (параллельно продольной оси 15). Якорные лебедки 14 установлены в герметичных отсеках водоизмещающего корпуса, при этом их тросы 13 выпущены через сальниковые узлы (на чертежах не показаны), выполненные в донной части корпуса платформы, исключающие попадание воды в эти отсеки. Кроме того, возможен вариант, при котором тросы 6 якорных лебедок 14 могут выпускаться не через сальниковые устройства, а через патрубки 19, жестко и герметично закрепленные на дне 18 корпуса, выпускаться прямо в воду, при поступлении воды в корпус предотвращается избыточным давлением воздуха в отсеках донной части корпуса. Балластные цистерны 8 выполнены равным объемом и размещены симметрично относительно продольной оси 15 (оси симметрии) корпуса ледостойкой платформы. При этом их суммарный объем должен быть не менее величины, определяемой из выражения

V_б.ц.=P_в.п.-P_т.л.,

где V_б.ц. - суммарный объем балластных цистерн, м³;

P_в.п. - выталкивающая сила, действующая на корпус ледостойкой платформы, при его полном погружении, т;

P_т.л. - суммарная тяга лебедок погружения платформы, т.

Надводная часть 1 выше ледовой ватерлинии 9 выполнена в виде ледоломного конуса 10, обращенного сужением вниз, а участок 11 подводной части 3 ниже ледовой ватерлинии 9 выполнен в виде конуса, обращенного сужением вверх (его конусность составляет порядка 60° к продольной оси 15). В целом корпус ледостойкой платформы выполнен герметичным, с возможностью полного погружения под воду технологической площадкой 2, на глубину не меньшую толщины айсбергов, которые могут появиться в районе позиционирования платформы (для этого используют результаты многолетних гидрологических наблюдений, например до 35-40 м). Прочность тросов 6 и 13 и их количество рассчитывают из условия обеспечения взлома льда толщиной до 10 м. Мощность лебедок определяют (если задан суммарный объем балластных цистерн 8) из вышеприведенного выражения или задают расчетом количество лебедок, зная их максимальное тяговое усилие (если неизвестен суммарный объем балластных цистерн 8). Донная часть может быть выполнена выпуклой, закругленной, что облегчает ее буксировку к месту позиционирования и исключает рысканье и накренения в процессе буксировки.

Если платформа предназначена для проведения буровых работ, то буровое оборудование и магазин буровых труб размещают на ее продольной оси 15, на донной части корпуса.

Кроме того, платформу оснащают двумя-тремя стыковочными узлами 13, размещая их на технологической площадке 2, способными обеспечить стыковку с подводными судами обслуживания или снабжения, донная часть которых оборудована аналогичными узлами.

Заявленное устройство используют следующим образом.

Платформу буксируют к месту установки надводными судами (при этом балластные цистерны осушены и платформа находится в надводном крейсерском положении при походной осадке). Если буксировку осуществляют в присутствии льда, то целесообразно использовать ледокол. При выходе в точку базирования отдают якоря 12, которые тросами 13 связаны с якорными лебедками 14. После закрепления якорей 12 на дне акватории выбирают тросы лебедками 14, обеспечивая их натяжение. Далее фиксируют платформу якорной системой удержания, для чего якорь 5 посредством судна обслуживания отвозят на заданное расстояние от платформы, отдавая трос 6 с соответствующей якорной лебедки 7, после чего опускают якорь на дно, затем эту операцию последовательно проводят со всеми остальными якорями 5. После закрепления якорей 5 на дне акватории выбирают тросы 6 лебедками 7, обеспечивая их заданное натяжение. Далее на технологической площадке 2 размещают соответствующее (предпочтительно мобильное) оборудование и используют его в работе.

При этом, при изменении глубины акватории или изменении толщины льда, отрабатывают лебедками 7 и 14 (выбирая или стравливая тросы 6 и 13), или соответственно балластируя платформу балластными цистернами 8, обеспечивая оптимальное положение ледовой ватерлинии 9, так, чтобы воздействие ледяного поля пришлось на «конический» участок подводной части 3 платформы, что приводит к изгибу части ледяного поля, контактирующей с платформой, и ее разрушению. Так работают до подхода ледяных полей с толщиной, большей 10 м, или айсбергов, что определяют, например, с помощью гидролокаторов.

При подходе ледяных полей с толщиной, большей 10 м, или айсбергов платформу притапливают, для чего принимают соответствующий водяной балласт в балластные цистерны 8 и включают в работу якорные лебедки 14, выбирая тросы 13, при этом контролируют силу натяжения тросов 13, обеспечивая ее равенство по всем им. В результате платформа погружается ниже уровня моря на величину, большую осадки айсбергов. Слабину тросов 6, образовавшуюся из-за погружения платформы, выбирают, также контролируя силу их натяжения, обеспечивая ее равенство по всем им.

При обслуживании платформы в подводном положении подводное судно снабжения выходит над технологической площадкой 2, зависает своим стыковочным узлом 17 над одним из стыковочных узлов 17 платформы и опускается на него. Далее герметизируется стык этих стыковочных узлов 17, открываются их люки и происходит выгрузка грузов и высадка людей или погрузка материалов и посадка людей с платформы. Далее люки стыковочных узлов задраиваются, судно снабжения подвсплывает над технологической площадкой 2 и малым ходом уходит с нее.

После прохода ледяных полей с толщиной, большей 10 м, или айсбергов (что также определяют с помощью гидролокаторов) обеспечивают всплытие платформы, для чего отдают тросы 13 и 6, и/или соответственно балластируя платформу балластными цистернами 8. После всплытия обеспечивают оптимальное положение ледовой ватерлинии 9, так, чтобы воздействие ледяного поля приходилось на «конический» участок подводной части 3 платформы.

Далее все повторяется.

Морская технологическая ледостойкая платформа включает надводную часть 1 с горизонтальной технологической площадкой 2 сверху, сообщенную с подводной частью 3, выполненной в виде водоизмещающего корпуса, якорную систему удержания, балластные цистерны 8, расположенные в водоизмещающем корпусе. Надводная часть 1 в районе ледовой ватерлинии 9 выполнена в виде ледоломного конуса 10, обращенного сужением вниз. Верхний участок 11 подводной части 3 выполнен в виде конуса, обращенного сужением вверх. Корпус ледостойкой платформы выполнен герметичным, с возможностью полного погружения под воду. Балластные цистерны 8 выполнены равным объемом и размещены симметрично относительно продольной оси симметрии 15 корпуса ледостойкой платформы, а их суммарный объем должен быть не менее величины, определяемой из выражения

V_б.ц.=P_в.п.-P_т.л.,

где V_б.ц. - суммарный объем балластных цистерн, м³; P_в.п. - выталкивающая сила, действующая на корпус ледостойкой платформы, при его полном погружении, т; P_т.л. - суммарная тяга лебедок погружения платформы, т. Якорная система удержания содержит якоря 5, которые тросами 6 связаны с якорными лебедками 7, установленными в водоизмещающем корпусе, равномерно по его периметру. Платформа снабжена дополнительной якорной системой, содержащей якоря 12, которые тросами 13 связаны с лебедками погружения 14, установленными в водоизмещающем корпусе, симметрично относительно его продольной оси 15 на одинаковых расстояниях друг от друга. Дно 18 корпуса выполнено округлым и симметричным относительно продольной оси 15 его симметрии. Обеспечена безопасность работы платформы при подвижках на нее ледяных полей толщины большей 10 м, за счет погружения платформы ниже подводной части ледяных полей (айсбергов). 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Морская технологическая ледостойкая платформа, включающая надводную часть с горизонтальной технологической площадкой сверху, сообщенную с подводной частью, выполненной в виде водоизмещающего корпуса, якорную систему удержания, балластные цистерны, расположенные в водоизмещающем корпусе, причем надводная часть в районе ледовой ватерлинии выполнена в виде ледоломного конуса, обращенного сужением вниз, а верхний участок подводной части выполнен в виде конуса, обращенного сужением вверх, отличающаяся тем, что корпус ледостойкой платформы выполнен герметичным, с возможностью полного погружения под воду, при этом балластные цистерны выполнены равным объемом и размещены симметрично относительно продольной оси симметрии корпуса ледостойкой платформы, а их суммарный объем должен быть не менее величины, определяемой из выражения
V_б.ц.=Р_в.п.-Р_т.л.,
где V_б.ц. - суммарный объем балластных цистерн, м³;
Р_в.п. - выталкивающая сила, действующая на корпус ледостойкой платформы, при его полном погружении, т;
Р_т.л. - суммарная тяга лебедок погружения платформы, т,
кроме того, якорная система удержания содержит якоря, которые тросами связаны с якорными лебедками, установленными в водоизмещающем корпусе, равномерно по его периметру, при этом платформа снабжена дополнительной якорной системой, содержащей якоря, которые тросами связаны с лебедками погружения, установленными в водоизмещающем корпусе, симметрично относительно его продольной оси на одинаковых расстояниях друг от друга.

2. Платформа по п.1, отличающаяся тем, что дно корпуса выполнено округлым и симметричным относительно продольной оси его симметрии.