Глубоководная опора Советский патент 1987 года по МПК E02B17/00 

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 прикреп- лен 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 газ-а.

Цель изобретения - снижение метал- лоемкости и улучшение эксплуатационных характеристик.

На фиг.1 изображена глубоководная опора, общий вид; на фиг.2 - то же, план; на фиг.З - график функций, определяющих реакции глубоководной опоры на внешние воздействия; на фиг,А - расчетная схема глубоководной опоры; на фиг.З - схема приложе- ния 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 мор ское дно, а другая несущая конструкция 5 глубоководной опоры опирается на понтон 3, который соединен с несущей конструкцией 4 жесткой горизонтальной диафрагмой 6 на уровне при- ложения равнодействующей волновой нагрузки на несущую конструкцию 4 и прикреплен к морскому дну оттяжками 7

Сущность работы глубоководной опоры заключается в использовании понтона 3 для снижения волнового воздействия на несущую конструкцию 4.

Если в известных глубоководных опорах понтоны предназначены для транспортировки опоры и установки ее в проектное положение путем регулируемого заполнения водой, то в предлагаемой глубоководной опоре понтон служит для компенсации волнового возгоадря чему уменьшается расход металла на опору. Расстояние между НК Д 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 аргоди- ческий 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 S поверхностных волн на передаточную функцию Fg, характеризующую жест костные и демпфирующие свойства конструкции глубоководной опоры в водной среде, и на функцию f, характеризующую корреляцию волновой нагрузки вдоль распространения волн (фиг.З

Перемещение конструкции глубоко- водной опоры будет минимальным при совпадении частоты ее собственных, колебаний, т.е. частоты максимума функции Fg , с нулевой точкой функции fg, причем частота нулевых точек функции fg соответствует длинам волн, которые находятся в следующей зависимости от расстояния между несущими конструкциями 4 и 5;

0,5+i

где L - -расстояние между несущими

конструкциями;

i 0,1,2,... - порядковый номер нулевой точки по направлению возрастания частот. Рассмотренному случаю совпадения .

максимума функции с первой нулевой точкой функции соответствует условие

i i

-4- где СОд - частота собственных колебаний глубоководной опоры для расчетно схемы, показанной на фиг.4;

Выражая частоту сэ собственных колебаний опоры через жесткостные и весовые характеристики конструкции

глубоководной опоры и глубину моря,

получаем математическую зависимость расстояния между несущими конструкциями 4 и 5 для оптимального варианта перемещения конструкции глубоководной опоры:

L 0,5 - , при QO S 2U (1) L ginH3/3EI, при U,-i2Q (2)

Выражение (2) соответствует менее жесткой конструкции, чем выражение (

Подставляя выражение (1) в выражение (2) при , получаем требуемую жесткость EI несущей конструкции 4.

Глубоководная опора работает следукяцим образом.

При вьтолнении условий (1) или (2) волновые нагрузки Р, 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- точной плавучести определяются из условия равенства этих нагрузок по величине. При этом на сооружение в целом волновая нагрузка будет нулевой на частоте, соответствующей минимуму функции fg.

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

волновой нагрузки.

Для передачи на несущую конструкцию 4 волновой нагрузки от понтона 3 на уровне Z предназначена жесткая диафрагма 6. Понтон соединен с дном 50 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

-.

,93V,p w C )/Trgdn(1-e

-

8,78У,„ и ( )

где V - требуемьй объем понтона,м- ; Z - расстояние от уровня моря до уровня максимального воздействия волновой нагрузки, м;

d - диаметр стоек несущей конструкции, опирающейся на дно, М-,

п - число стоек несущей конструкции, опирающейся на дно. Модули верхнего строения 2 сдвинуты относительно середины рабочей площадки 1 таким образом, чтобы разгрузить моменты от 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 25%. 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 деформа- тивные характеристики конструкции глубоководной опоры, что позволяет вести буровые работы в штормовых условиях. Формула изобретения

Глубоководная опора, включающая рабочую площадку, модули верхнего строения, две несущие конструкции на расстоянии друг от друга, отличающаяся 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

L 0,5л,при Q,, 2а,

L ITgrnH /12EI, при о, 25,

51320327

де А - расчетная действующая на

сооружение длина волны, соответствующая средней частоте со спектра, м;

5

QO частота собственных колебаний конструкции, рад/с; m - масса глубоководной опоры;

модуль Юнга материала конструкции, ньютон/м ;

момент инерции сечения, опирающейся на дно несущей конструкции, м ;

глубина акватории, м;

ускорение свободного падения, м/с.

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

п ..

fj

агЛ

Редактор А.Ренин

Составитель Р.Бесчастнова

Техред В.КадарКорректор А.Зимокосов

Заказ 2621/28 Тираж 606 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

ы

I а:

77

фиг, 5