Глубоководное основание под платформу Советский патент 1983 года по МПК E02B17/00 

(54) ГЛУБОКОВОДНОЕ ОСНОВАНИЕ ПОД ПЛАТФОРМУ

Изобретение относится к строительству морских сооружений и может быть использовано в глубоководных основаниях платформ для морской добычи нефти и газа.

Известны глубоководные основания, выполненн.ые в вертикальных трубчатых стоек, как отдельно стоящих, так и объединенных связями в пространственную конст)рукцию. Примером может служит стационарная платформа БранА . Опорная башня имеет форму усеченной четцрехгранйой , состоящей из б трубчатых поясов,- соединенных крестовой решеткой. Трубчатые стойки работают прежде всего на продольное сжатие от веса-платформы с оборудованием и, кроме этого, на изгиб от волнового воздействия воды и ветра. В случае пространственной конструкции изгибающий момент .уравновешивается системой продольных разнонаправленных реактивных сил в трубчатых стойках, суммирующихся с усилиями от веса платформы 1.

Недостатком устройства является то, что определяющим при подборе, поперечных сечений трубчатых стоек является максимальное сжимающее усилие.

Известно также глубоководное основание под платформу, включающее вертикальные металлические трубчатые стойки с дном, заполненные водой 2.

Однако известное устройство характеризуется недоиспользованием резервов несущей способности на сжатие ве1ртикальных трубчатых стоек, по сут еству представляющих собой цилиндрические оболочки. В результате имеет место завышение толщин стенок трубчатых стоек, приводящее к перерасходу, металла и росту металлоемкости глубоководного основания..

15

Цель изобретения - уменьшение металлоемкости. . Поставленная цель достигается тем, что трубчатые стойки снабжены поршнем, устаиовленньил вних сверху и взаимо20действующим с платфОЕЯЛой, причем по окружности трубчатые стойки снабжены опорньм воротником, закрепленным с возможностью перемещения.

Кроме того, в трубчатьк стойках

25 размещен датчик давления.

На фиг. 1 схематически изображено глубоководное основание, общий вид; на фиг. 2 - разрез вертикальной стой. ки на фиг. 3 - график решения урав .нения (8), определяющего минимальный объем металла трубчатой стойки (область допустимых значений заштрихована) . Предлагаемое глубоководное основание представляет собой систему вертикальных трубчатых стоек 1 либо отдель но стоящих, либо объединенных связями 2 Б единую пространственную конструкцию. Сверху на глубоководное основание оперта платформа 3 с оборудованием. Глубоководное основание пронизьюа ет глубину моря 4 и опирается в уровне дна 5 на фундамент. В верхней части каждой трубчатой стойки 1 установлен поршень б, а ее внутренняя полост заполнена морской водой 7,; на которую и опирается поршень б. Снаружи по окружности трубчатая стойка 1 снабжена опорным воротником 8, который может перемещаться вдоль оси стойки 1 с возможностью фиксации на ней в заданном положении. Платформа 3 оперта в зависимости от принятого режима работы глубоководногооснования либо только на поршень 6, либо одновременно и на поршень 6 и на опорный воротник 8, жестко закрепленный в этот мог мент к трубчатой стойке 1. Внутри последней установлен датчик давления (манометр) 9, а в уровень дна 5 трубчатая стойка 1. герметически закрыта элементом 10. Сущность работы предлагаемого глубоководного основания заключается в уменьшении осевого сжимающего усилия, действующего в трубчатых стойках 1 за счет работы стенок стоек на растяжение в кольцевом направлении. Включение стенок трубчатых стоек 1 в работу на растяжение осущёствляется еле- , дующим образом. В режиме, когда платформа 3 в начальный момент оперта только на поршень б, благодаря герметическим трубчатым стойкам 1, возникает соответствугацее избыточное относительно гидро статического давление, постоянное, по высоте стойки, которое создает в стен ках трубчатых стоек 1 кольцевые растягивающие напряжения. При достижении давлением определенного значения, фик сируемого датчиком 9, опорный воротник 8 поднимается вверх до плотного контакта с платформой 3- и в этом положении жестко фиксируется на стойках 1. При дальнейшем возрастании осевой нагрузки от платформы 3 она воспринимается работой стенок трубчатых сто ёк 1 уже одновременно и на осевое ежа тие и на кольцевое растяжение. Причем нагрузка ввиду несжимаемости во ды перераспределяется пропорционально осевьм же.сткостям собственно трубчатой стойки и системы поршень-вода-стойка (ПВС). Постепенность загружения обеспечивается при монтаже платформы и оборудования. Регулирование перераспреде ления осевого усилия Р между стойкой и системой ПВО осуществляется изменением значения давления воды, измеряемого датчиком 9, при котором производится введение в работу опорного воротника 8. В режиме, когда платформа 3 в начальный период сразу оперта и на стойку 1 и на поршень б, перераспределение нагрузки от платформы 3 между трубчатой стойкой 1 и поршнем 6 происходит с начала загружения пропорционально осевой жесткости стойки и сисемы ПВО. Таким образом, в первом режиме пос-, лё приложения полной нагрузки от платформы Р доля осевого усилия, воспринимаемого системой ПВО, составляет т,,,,Р . где K|fg(; - доля усилия,. изначально передаваемая на поршень 6; осевые жесткости трубчатой СТОЙК11 и системы ПВС. Соответственно доля полного усилия Р, воспринимаемого трубчатой стойкой, равна (1-Кпьс) + в случае второго режима „ пвс . с + -Опвс В предлагаемой конструкции глубоководного основания существуют два произвольных параметра: величина осевой силы (Кпзс Р)/ при которой в работу уводится опорный воротник 8 и коэффициент Оо продольного изгиба трубчатой стойки 1. Различным сочетанием их значений соответствует и различный объем металла трубчатых стоек 1. С целью обеслечения минимального объема металла трубчатой стойки 1 опорный воротник 8 включен в работу в момент, когда усилие, воспринимаемое системой ПВС, достигает значений, лежащих в пределах от нулевого до 1/4 полного расчетного сжимающего усилия ( О - 0,25), а трубчатая стойка 1 раскреплена от потери устойчивости таким образом, что коэффициент продольного изгиба, равный .г (5) ПВС+ 15К„ + 1,75 00 0,75 - 0,5 ограничен значениями Изобретению присущи два специфических свойства. Отношение относительного радиального расширения трубчатой стойки 1 к обусловленному этим расширением отно сительному уменьшению внутреннего ст лба воды в стойке есть величина пост янная, равная 0,5 и инвариантная к геометрическим параметрам трубчатой стойки. Отношение компонентов общего осевого сжатия, воспринимаемых одновременно и трубчатой стойкой 1 и системой ПВС, еЬть величина постоянная, равная . с . ss 4 и инвариантная к геометрическим пара метрам трубчатой стойки 1. Определяющими для конструкции глу боководного основания являются два предельных состояния, первое из кото рых .состоит в noTcjpe общей устойчиво ти трубчатой стойки 1 при осевом сжа тии, а второе - в достижении преведенными напряжениями лредельных значений. Опасность по приведенным напряжениям бпр существует потому, что в результате работы системы ПВС в стенке трубчатой стойки 1 возникает двухмерное напряженное состояние: сжатие вдоль образующей GJ и растяжение в кольцевом направлении ( , Причем б-ос +Gk Минимальный объем металла трубчатой стойки 1 соответствует случаю, когда откуда, произведя соответствующие пр образования, имеем зависимости: Dg оп ределяется формулой (5) и - 2 M r%ir-- -- - Нижний предел возможных значений устанавливается из условий предельно гибкости Лс - 120 (3с ) , а верхний - обусловлен невозможностью созт Данию во внутреннем столбе воды растящения и соответствует случаю, когда К„вс 0 3о 0,75, А-с 80) . Экономический эффект, достигаемый при внедрении может оцениваться при сравнении величины приведен;:ого напряжения, соответствующей допустимой .. области К и Ос(фиг.3) и равной р (1,07 - 1,2) X. ---к, с величи тр трной главного напряжения, возникающего в трубчатых стойках 1 известного решения глубоководного основания, выполненного без системы ПВС, и равного (1,33 - 2) Отсюда следует, что зкрнрмия металла трубчатых стоек 1 в пределахдопустимой области Kpgj. иДр составляет примерно 20-40%. Годовой экономический эффект от применения изобретения на .одном объекте составляет 51,3 тыс.руб. Формула изобретения 1.Глубоководное ос.нование под платформу, включающее вертикальные металлические трубчатые стойки с дном, заполненные водой, отличающееся тем, что, с целью уменыаения металлоемкости, трубчатые стойки снабжены поршнем, установленным в них свеР У и взаимодействующим с платфО{ 1ой, причем по окружности трубчатые стойки снабжены опорным ворот.ником, закрепленным с возможностью перемещения. 2.Основание под платформу по п.1, Ьтличающеес я тем, что в -трубчатых стойках размещен датчик давления.. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Ac-ieK-Staht-Steee 1977 , 9, с. 289-293. 2.Патент Франции 2253380, . Е 02 В 17/02, 1973 (прототип).

0t/i.f

S 8

M

4

L

V V 5NVVV V50C4 , -ff.3-o,f -ff.f 0 o,r en Ф&г.З /l Pffff: f o, as