Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Статический расчет одиночной якорной связи

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.