Статические характеристики якорных связей плавучих полупогружных буровых установок и морских сооружений

Нижегородский Государственный Технический Университет

им. Р. Е. Алексеева

Отчёт по лабораторной работе:

Статические характеристики якорных связей плавучих полупогружных буровых установок и морских сооружений

                                                                             Выполнил: студент гр. 12-КС-2

Феденков Д.А.

                                                                             Проверил:

Егоров П.Н.

Нижний Новгород

2015 год

Цель работы

Ознакомление с физической природой и теоретическими основами статического расчета якорных связей различных типов, с методами теоретического и экспериментального определения их основных параметров, а также ознакомление с методикой постановки эксперимента по определению их жесткостных характеристик.

Краткие сведения из теории

Якорные системы (ЯС) плавучих полупогружных буровых установок (ППБУ) должны ограничивать горизонтальные перемещения ППБУ в пределах, допустимых с точки зрения условий обеспечения работы бурового оборудования. Ограничения, накладываемые на горизонтальные перемещения ППБУ, зависят от эксплуатационного режима:

1) режим бурения - до 0.04·H (обычно это соответствует высоте волнения до 6 м и скорости ветра до 18 м/с);

2) режим штормового отстоя - до 0.08·H (волнение до 12 м и ветер до 30 м/с; в этом режиме бурение просто приостанавливается);

3) режим ежегодного шторма-до 0.12·H (волнение до 16 м и ветер до 46 м/с; в этом режиме комплекс подводного устьевого оборудования (КПУО) или так называемый "морской стояк" отсоединятся от устья подводной скважины);

4) режим столетнего (жестокого) шторма, который еще называется режимом выживания, когда прогнозируемое волнение и ветер могут превосходить указанные выше величины; КПУО в этих условиях может быть даже заранее поднят и разобран на палубе, допускается сброс ЯС с подветренной стороны с целью облегчения установки.

Важнейшим параметром, позволяющим приспособить работу ЯС к изменяющимся режимам эксплуатации ППБУ, является их начальное натяжение. Кроме того, цепные связи (ЦС) сопротивляются перемещениям ППБУ благодаря своему весу.

Статический расчет одиночной якорной связи

Важнейшим параметром расчета любой ЯС является ее жесткостная характеристика (ЖХ) - зависимость между горизонтальным смещением клюзовой точки и горизонтальным держащим усилием (распором). Для получения этой характеристики рассмотрим равновесие депи как тяжелой нерастяжимой нити в поле сил тяжести. На рис.1,а представлена схема симметричной свободно провисающей цепной связи общего вида, которая в дальнейшем будет трансформирована в ЯС корабельного типа.

                          Рис. 1. Схема симметричной якорной связи:

                          а - равновесие элемента цепи; б - усилия в клюзах

На схеме обозначено: а - некоторый вспомогательный размер, геометрический смысл которого будет рассмотрен ниже; Н - возвышение клюза над крайней нижней точкой цепи (эта точка имеет горизонтальную касательную);

хк- абсцисса клюза; 2S - длина удвоенной цепной связи.

Рассмотрим условие равновесия элемента цепи длиной dS в пиле сил тяжести. С обоих его сторон будут действовать усилия натяжения F и F1, а вертикально - сила тяжести qdS (здесь q - погонный вес цепи в воде).

В векторной форме уравнение равновесия запишется в виде F + F1 + qdS = 0.

Обозначим F1 - F = dF = tdF, где t - единичный вектор (орт), касательный к цепной линии с проекциями на оси координат,

Здесь dS одновременно рассматривается и как дуговая координата:

Тогда векторное уравнение равновесия элемента цепи в проекциях на оси координат можно записать в виде

(1)

Длину элемента цепи выразим через проекции

, где  (2)

Первое из уравнений (1) дает F(dx/dS) = const, следовательно, F = F0(dS/dx), т.е. проекция натяжения на горизонтальную ось F0 постоянна. Усилие F0 в дальнейшем будем называть распором цепи. Именно оно и определяет ее держащую способность.

Подставляя  это условие  во  второе  уравнение  (1),  получим

или, заменив dS через (2), , откуда:

Интегрируя, находим:

Выполнив дальнейшие расчёты, в итоге получаем следующие результирующие зависимости для усилий и размеров цепной связи:

распор F0 = Fx = aq;

вертикальная составляющая  Fz = qS;

полное натяжение

возвышение клюза  у = а + Н;

абсцисса клюза

длина цепи

Применим полученные зависимости .для конкретной ЯС ППБУ типа "Шельф". Для нее характерны следующие параметры: общая длина L = 1075 м, глубина моря H = 200 м, длина свободно провисающего участка S = 600м (S = 3H), калибр цепи 76 мм, что соответствует погонному весу цепи в воде q = 0.95 кН/м. На рис. 2 пропорционально изображена такая ЯС, на нем также обозначено Я -якорь, N - точка касания цепи и грунта, клюз, f=(L-S) - длина участка цепи на грунте.

Рис. 2. Односторонняя якорная связь морского сооружения

Рис. 3. Жесткостная характеристика одиночной якорной связи

Из рассмотрения рис.3 можно сделать следующие выводы:

- ЖХ одиночной якорной связи обладает существенной нелинейностью:

сначала смещение клюзовой точки не вызывает какого-либо сопротивления со стороны цепи, зато потом распор в ней (а следовательно, и усилие, удерживающее заякоренный объект от сноса, т.е. держащая способность цепи) резко возрастает;

- натяжение ЯС ППБУ "Шельф" в основном эксплуатационном режиме значительно меньше предельно допустимого F^m ;                                                                                   

- наличие существенных запасов вызвано опасностью возможного резкого возрастания натяжения в ЯС при дополнительных перемещениях корпуса ППБУ при качке;

- усилия в ЯС возрастают с увеличением глубины моря. Поэтому диапазон глубин эксплуатации таких ППБУ ограничен пределами от 120 до 200 м.

Статический расчет двусторонней якорной связи

При расположении цепей с двух бортов рассматриваются 2 положения сооружения: при отсутствии (начальное) и при действии (конечное) внешних нагрузок. На рис. 4 показано морское сооружение с двусторонней ЯС. В начальном положении (сплошная линия) обе ЯС симметричны, для них одинаковы: усилия натяжения F0, распор Fx0, горизонтальная проекция расстояния от клюза до точки касания цепью дна xк0, длина провисающих участков цепи S0 и f0 - расстояния от точки касания N0 до якоря.

Рис. 4. Двусторонняя якорная связь

В конечном положении (пунктирная линия) под действием внешней нагрузки fx произошло смещение сооружения на величину х, причем левая цепь вытянулась, а провисающая часть правой цепи - укоротилась.

Нахождение суммарной жесткостной характеристики (СЖХ) двусторонней ЯС в аналитическом виде не обладает наглядностью, поэтому рассмотрим графический метод ее определения на основе уже известной ЖХ односторонней ЯС.

Рис. 5. ЖХ двухсторонней ЯС

Описание лабораторной установки

Установка состоит из двух цепей, каждая из которых имеет следующие параметры: длина L = 6.3 м; погонный вес q = 3.4 Н/м (здесь Н - ньютон силы). В качестве измерительных приборов используются динамометры, линейки и отвес.

Построение ЖХ одиночной якорной связи (Рисунок 6)

Верхний конец ЯС удерживается на высоте  H = 1.26 м, что соответствует соотношению L/H = 5. При этом параметр qH = 43 Н.

Таблица 2.

Измерение жёсткостной характеристики одиночной якорной связи.

№ замераDx, мFx, НFz, Н НF – Fx, Н1005, 25, 25, 220, 536, 67, 254, 2530, 8910, 313, 74, 740, 9181422, 84, 851312036, 35, 361, 0550356111

Построение ЖХ двусторонней якорной связи

Схема проведения эксперимента для получения ЖХ двусторонней ЯС показана на рис.8. Опыт выполняется аналогично п.4. В качестве начального принимается положение, соответствующее симметричности правой и левой цепей. Вертикальное усилие Fz не регистрируется. С целью анализа влияния глубины моря на держащую способность ЯС опыт проводится    дважды:,   для H1 = H = 1.26 м и для H2 = H/2 = 0.63 м. Результаты измерений заносятся в табл. 3 и строятся на графике рис. 9 (нижняя часть графика строится антисимметрично его верхней половине ввиду симметричности цепной связи).

Рис.7 Испытание двусторонней якорной связи.

Таблица 3.

Измерение жёсткостной характеристики двусторонней якорной связи.

№ замераH1 = H = 1.26 мH2 = H/2 = 0.63 мx, мFx, Нx, мFx, Н 0000010, 05100, 05120, 1190, 1330, 15300, 15740, 20500, 21350, 2528 Сл1 = 0,75 Сл2 = 45

Сл вычисляется по формуле:

, где

J1 = 0,85; J2 = 0,7

Жёсткостная характеристика одиночной якорной связи:

Жёсткостная характеристика двусторонней якорной связи:

Вывод: С увеличением Dxк равнодействующая сил становится ближе по значению к горизонтальной составляющей Fx (при односторонней ЯС).

Для двусторонней ЯС, при уменьшении глубины моря, Fx - увеличивается.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Файл

лаба 4.doc

лаба 4.doc
Размер: 243.5 Кб

.

Пожаловаться на материал

Отчёт по лабораторной работе. Цель работы Ознакомление с физической природой и теоретическими основами статического расчета якорных связей различных типов, с методами теоретического и экспериментального определения их основных параметров. Методика постановки эксперимента.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Особистість у радянській психології

Погляди вітчизняних учених на психологічну структуру особистості 2. Ленінградська школа 3. Московська школа 4. Київська школа 1. Погляди вітчизняних учених на психологічну структуру особистості

Основы кадастра недвижимости

Изучение и анализ основных законов и нормативно-правовых актов в сфере кадастровых отношений, формирования и ведения государственного кадастра недвижимости. Изучение процесса учета и регистрации прав на объекты недвижимости до и после введения в действие Федерального закона «О государственном кадастре недвижимости». Заполнение основных регистрационно-учетных форм и документов. Анализ современных зарубежных кадастровых систем. Использование зарубежного опыта создания кадастровых систем в Российской Федерации

Ситуационные задачи

Для решения ситуационных задач по микробиологической диагностике необходимы знания по морфологии, физиологии, антигенному строению патогенных микроорганизмов, а также некоторые особенности патогенеза вызываемых ими заболеваний.

Физика. Имтихан җаваплар

Історія України, питання 30

Характеристика Київської Русі як середньовічної держави. Виникнення українського козацтва. Масові репресії 30-х на Україні їх наслідки

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok