В Закладки

Главная
Официальная
Новости
Курсовые работы
Дипломные проекты
Лекции и конспекты
Рефераты
Софт
Ссылки
Справочник Студента
Гостевая

Почта


Поиск по сайту:

          


















Курсовая работа по морским и воднотранспортным сооружениям. Полупогружная буровая установка.

Курсовая работа по морским и воднотранспортным сооружениям. Полупогружная буровая установка.

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Курсовой проект

по теме:

«Полупогружная буровая установка».

Выполнил: студент

группы 5012/1

Воробьёв А.А.

Проверил: Шхинек К.Н.

Санкт-Петербург

2004 год.

Содержание.

Введение

1. Определение параметров волнения

2. Определение размеров понтона

3. Определение ветровой нагрузки

4. Определение нагрузки от течения

5. Определение волновой нагрузки

6. Расчёт системы заякорения

7. Расчёт прочности понтона

Список литературы

Введение.

Полупогружная плавучая буровая платформа (ППБУ) – разновидность специальных морских гидротехнических сооружений, назначение которых состоит в обеспечении разведочного или промышленного бурения дна океанического шельфа, с целью добычи нефти или газа.

Своё название ППБУ получили благодаря тому, что при установке на место они притапливаются с таким расчётом, чтобы под поверхностным строением беспрепятственно проходили гребни волн 0,1%-ой обеспеченности.

Кроме непосредственно бурового оборудования, в корпусе платформы размещаются: машинное отделение, жилые и бытовые помещения обслуживающего персонала, крановое оборудование, приборы и устройства навигации и мореходного обеспечения, запасы топлива; балластной, питьевой и технической воды, продуктов питания; а так же различные средства связи, коммуникации, спасательное оборудование.

Большая часть этих устройств и оборудования размешается на понтоне, имеющем прямоугольное сечение со сторонами 13x130 м и высотой 6 м.

Одним из важнейших элементов сооружения является система заякорения, состоящая из якорных цепей, якорных клюзов, стопорных устройств, лебёдок и шпилей, обеспечивающих необходимое натяжение якорных связей.

Технология бурения накладывает жёсткие требования на величины горизонтальных перемещений платформы во время бурения, а так же во время штормового отстоя. Поэтому система опор раскрепления платформы должна быть запроектирована таким образом, что бы под действием внешних нагрузок была обеспечена прочность якорных связей, а величины перемещений были не больше допустимых. В связи с этим, основными вопросами проектирования ППБУ как гидротехнического сооружения являются:

> расчёт внешних нагрузок от действия ветра, течения, волнения;

> расчёт системы заякорения (стабилизации);

> расчёт прочности и остойчивости (при буксировке);

> расчёт понтонов и сооружения.

Основная цель этого проекта – формирование первичных навыков по сбору и определению внешних нагрузок, действующих на сооружение, и проектирование сооружений с учётом специфики возведения их на континентальном шельфе.

1. Определение параметров волнения.

Параметры волнения будем определять только для двух режимов работы буровой установки: режим бурения и режим выживания (режимы перегона и штормового отстоя мы не рассматриваем).

а) Произведём расчёт для режима бурения.

Скорость ветра Vwб=16 м/c;

Разгон L=1000 км;

Время действия ветра t=6 час;

Глубина в месте установки Н=150 м;

Ускорение свободного падения g=9,81 м/с2.

gt/Vwб=9.81*6*3600/16=13243,5

gL/Vwб2=9.81*1000*103/162=38320

gH/Vwб2=9.81*150/162=5.75

По графикам для определения элементов ветровых волн в глубоководной и мелководной зонах (СНиП II-57-75 стр.35). Определим расчётные параметры волнения:

g?/Vwб2=0,12 ?=0,12*162/9.81=3,13 м;

gН/Vwб2=5.75

g?/Vwб=5,2 ?=5,2*16/9.81=8,48 c;

б) Произведём расчёт для режима выживания.

Скорость ветра Vwб=25 м/c;

Разгон L=600 км;

Время действия ветра t=7 час;

Глубина в месте установки Н=150 м;

Ускорение свободного падения g=9,81 м/с2.

gt/Vwб=9.81*7*3600/25=9888,5

gL/Vwб2=9.81*600*103/252=9417,6

gH/Vwб2=9.81*150/252=2,35

По графикам для определения элементов ветровых волн в глубоководной и мелководной зонах (СНиП II-57-75 стр.35). Определим расчётные параметры волнения:

g?/Vwб2=0,097 ?=0,097*252/9.81=6,18 м;

gН/Vwб2=2,35

g?/Vwб=4,45 ?=4,45*25/9.81=11,3 c;

Итак, были получены средние значения высоты волны ? и периода ?:

Режим бурения: Режим выживания:

?б=3,13 м ?в=6,18 м

?б=8,48 с ?в=11,3 с

Высота волны i-той обеспеченности в глубоководной зоне определяется по формуле:

hi%=ki*?;

где ki – коэффициент, определяемый по графику (СНиП 2-57-75 стр.36, рис.39).

gL/Vwб2=38320 k0,1%=hi/?=2,95 h0,1%б=2,95*3,13=9,20 м;

gL/Vwв2=9417,6 k0,1%=hi/?=2,85 h0,1%в=2,85*6,18=17,60м;

Превышение вершины волны над расчётным уровнем ?с будем определять по величине ?с/hi для значения h0,1%в/g?в2 – режима выживания.

h0,1%в/g?в2=17,6/9,81/11,32=0,014=> ?с/hi=0,68

?с=17,6*0,68=11,97 м;

?=g?в/2?=9,81*11,32/2/3,14=199,47 м;

Определим клиренс l1 (только для режима бурения):

h0,1%б/g?б2=9,2/9,81/8,482=0,013=> ?с/hi=0,63

?с=9,2*0,63=5,8 м;

?=g?б/2?=9,81*8,482/2/3,14=112,3 м;

1,5 м – величина запаса;

l1=?с+1,5=5,8+1,5=7,3 м;

Определим высоту стоек hст:

l2=0,1*?=0,1*112,3=12,3 м

hст= l1+l2=12,3+7,3=19,6 м

Необходимо чтобы выполнялось условие:

hст?Lоп/2,

19,6?70/2=35

где Lоп=70 м – расстояние между стойками.

Условие выполнено!!!

2. Определение размеров понтона.

Объём четырёх понтонов определим по формуле:

Vп=4Lп?Dп2?/4=4*100*3.14*120.3*0.9/4=33996,78 м3;

где Lп=30+Lверх.стр=70+30=100 м;

?=0,9 – коэффициент полноты водоизмещения;

Так как нам известна масса всего сооружения G=17000 т, то можно записать следующее равенство:

4?вLп?D2п?/4 =Gg

?в=10 кН/м3 – удельный вес воды;

g=9.81 м/с2=10 кК/т – ускорение свободного падения.

4*10*100*3.14*D2п*0.9/4=17000*10

2826*D2п=170000

Dп=?170000/2826=7,76 м;

Dп= 7,8 м; Lп=100 м.

3. Определение ветровой нагрузки.

Ветровая нагрузка определяется по формуле:

Рв=КзКвКфqA;

где q=(?2/16)*10-2 – скоростной напор;

? – средняя скорость ветра;

Кз – коэффициент зоны, учитывает, что скорость ветра меняется с высотой.

z, м 0-10 11-30 31-50 51- Кз 1,0 1,15 1,35 1,6 Кф – коэффициент формы:

для колонн: Кф=1;

для прямоугольных элементов: Кф=1,2;

для каждой панелей вышки: Кф=0,6;

Кв – коэффициент взаимного влияния:

если L/D=1, то Кв=0;

если L/D?6, то Кв=1;

А – площадь поперечного сечения (парусность);

для колонн: А=h*D;

для вышки: А=(a+b)*h/2;

для верхнего строения и бытовых построек: А=b*h.

Определим скоростной напор:

а) Режим бурения:

qб=162/16*10-3=0,016 тс/м2

б) Режим выживания

qв=252/16*10-3=0,039 тс/м2

Вычисление Рв произведём в табличной форме:

Зона Элемент Кол-во Кз Кф Кв А, м2 Бурение Выживание Рв, тс Рв, тс По оси Ох 0-10

Передние колонны 4 1 1 1 189,8 3,04 7,4 Задние колонны 4 1 1 1 189,8 3,04 7,4 Верхнее строение 1 1 1,2 1 100 1,92 4,68 10-30 Верхнее строение 1 1,15 1,2 1 500 11,04 26,91 Вышка 1 1,15 0,6 1 84 0,93 2,26 Надстройка 1 1,15 1,2 1 500 11,04 26,91 30-50

Вышка 1 1,35 0,6 1 138 1,79 4,36 Надстройка 1 1,35 1,2 1 250 6,48 15,80 50- Вышка 1 1,6 0,6 1 51 0,78 1,91 Итого ? 40,06 97,63 Зона Элемент Кол-во Кз Кф Кв А, м2 Бурение Выживание Рв, тс Рв, тс По оси Оy 0-10

Передние колонны 2 1 1 1 94,9 1,52 3,70 Второй ряд колонн 2 1 1 0,31 94,9 0,47 1,15 Третий ряд колонн 2 1 1 0,31 94,9 0,47 1,15 Задние колонны 2 1 1 0,31 94,9 0,47 1,15 Верхнее строение 1 1 1,2 1 140 2,688 6,55 10-30 Верхнее строение 1 1,15 1,2 1 700 15,46 37,67 Вышка 1 1,15 0,6 1 84 0,93 2,26 Надстройка 1 1,15 1,2 1 200 4,42 10,76 30-50

Вышка 1 1,35 0,6 1 138 1,79 4,36 Надстройка 1 1,35 1,2 1 100 2,59 6,32 50- Вышка 1 1,6 0,6 1 51 0,78 1,91 Итого ? 31,59 76,98

4. Определение нагрузки от течения.

Нагрузку от течения определим по формуле:

Ртеч=?UT2?КфiAi/2

где ?=0,1 тс*с2*м-4;

Аi – площадь i-того элемента подводной части конструкции, м2;

Кфi – коэффициент формы:

Кф=1 для круглых элементов;

Кф=1,2 для прямоугольных элементов;

UT – скорость течения, м/с;

UTбур=0,9 м/с – для режима бурения;

UTвыж=1,3 м/с – для режима выживания.

Определим площадь элементов:

Аколонн=8*d*l2=8*6.5*12.3=639,6 м2;

Апонтона=4*Lп*Dп=4*100*11=4400 м2;

?КфiAi=1*639,6+1*4400=5039,6 м2.

Найдём нагрузку для двух режимов:

а) Режим бурения:

Рбтеч=0,1*0,92*5039,6/2=204,10 тс;

б) Режим выживания:

Рвтеч=0,1*1,32*5039,6/2=425,85 тс;

5. Определение волновой нагрузки.

Волновая нагрузка определяется по формуле:

Рв=?в*k*h*2*(2Vп*?1+2n*Vк*?2)*?(2(1+cos(kB)))

где ?в=1 тс/м3 – удельный вес воды;

к – волновое число: к=2?/?

?=g?2/2?

?б=9,81*8,482/2?=112,3 м – для режима бурения;

?в=9,81*11,32/2?=199,47 м – для режима выживания;

h – высота волны;

hб 1%=7,61 м – режим бурения;

hв 1%=14,52 м – режим выживания;

Vп – объём одного понтона;

Vп=Lп?Dп2/4=100*3,14*112/4=9498.5 м3;

n=2 число опор на одном понтоне;

Vк – объём колонн (подводной части);

Vк=l2?d2/4=12.3*3.14*6.52/4=407.95 м3;

В=50 м – расстояние меду осями колонн;

Коэффициенты ?1 и ?2 определяются по формулам:

?1=g2*[e-?*?*l/g-e-?*?*(l+Hп)/g]*sin(?2*Dп/2g)/(?4*l*0.5*Dп);

?2= g2*[1-e-?*?*l/g]*2sin(?2*d/2g)/(?4*l*d);

где ?=2?/?;

Расчёт будем производить для трёх случаев: при ?=?; ?=0,8?; ?=1,2?.

а) Расчёт для режима бурения

1) ?=?=8,48 с; ?б=112,3 м; ?=0,74 с-1; к=0,056 м-1

?1=0,331 ?2=0,720

P’б=2162,506 тс.

2) ?=0,8?=6,784 с; ?б=71,89 м; ?=0,93 с-1; к=0,087 м-1

?1=0,189 ?2=0,605

P’’б=6996,319 тс.

3) ?=1,2?=10,176 с; ?б=161,76 м; ?=0,62 с-1; к=0,039 м-1

?1=0,448 ?2=0,793

P’’’б=6545,775 тс.

б) Расчёт для режима выживания

1) ?=?=11,3 с; ?в=199,46 м; ?=056 с-1; к=0,031 м-1

?1=0,511 ?2=0,828

P’в=14265,06 тс.

2) ?=0,8?=9,04 с; ?в=127,66 м; ?=069 с-1; к=0,049 м-1

?1=0,373 ?2=0,747

P’’в=7926,269 тс.

3) ?=1,2?=13,56 с; ?в=287,23 м; ?=0,46 с-1; к=0,022 м-1

?1=0,606 ?2=0,876

P’’’в=14040,19 тс.

Волновая нагрузка определяется для режима бурения, для волн обеспеченностью 1%. Нагрузка рассчитывается для трех периодов ; 0,8 и 1,2.

Линейная нагрузка на колонны определяется по формуле:

q=qi,maxxi+qmax где

и - инерционный и скоростной компоненты максимальной линейной нагрузки от волн.

и - коэф. сочетания инерционного и скоростного компонентов линейной нагрузки, принимаемые по графикам рис.18 стр. 11 [1].

; ; где

b – размер преграды по нормали к лугу волны , диаметр колонны 6,5 м.

- коэф. принимаемый по табл.13 стр.9 [1]; =1.

и - коэф. линейной нагрузки от волн, принимаемые по графикам рис.19 стр. 12[1] .

и - инерционный и скоростной коэф. формы преграды, принимаемые по графикам рис.17 стр.10 [1], =1,0

Если qi,max2, то скоростной компонентой пренебрегают.

,с , м z, м zrel h/? qi,max q, кН/м Q, кН 5,2 42,2 1,58 0,993 0,9 0,114 599,8 0,6 359,9 4,74 0,981 0,7 0,114 466,5 0,6 279,9 2457,5 7,9 0,968 0,45 0,114 299,9 0,6 137,9 6,5 66 1,58 0,993 0,9 0,072 378,8 0,8 303,1 4,74 0,981 0,7 0,072 294,6 0,8 235,7 2181,3 7,9 0,968 0,45 0,072 189,4 0,8 151,5 7,8 95 1,58 0,993 0,9 0,05 263,1 0,95 210,5 4,74 0,981 0,7 0,05 204,6 0,95 163,7 1514,9 7,9 0,968 0,45 0,05 131,5 0,95 105,2 Qi, (?= 0,8? ) = 2457,5·3=7372,5кН Qi, (?= ? ) = 2181,3·3=6543,9кН Qi, (?=1,2 ?.) = 1514,9·3=4544,7кН

Горизонтальная линейная нагрузка на понтон определяется по формуле:

Px,max=Pxixi+;

где Pxi и - инерционный и скоростной компоненты горизонтальной составляющей линейной нагрузки

;

;

b – высота понтона b=6,7м

=1; =1,0.

, с , м z, м z h/? Pxi, кН/м Px,max кН/м P,кН 5,2 42,2 12,85 0,948 0,2 0,114 49,5 0,6 29,7 3088,8 6,5 66 12,85 0,948 0,2 0,072 31,3 0,8 25,04 2604,2 7,8 95 12,85 0,948 0,2 0,05 21,7 0,95 20,6 2142,4

Суммарная волновая нагрузка

, с 5.2 6.5 7.8 Pвол, кН 10461,3 9148,1 6987,1

6. расчёт системы заякорения.

Определим необходимое количество цепей для заякорения, учитывая, что в связях при режимах выживания и бурения действуют следующие силы:

1) Pбст=1,1Рбвет+1,4Рбтеч=1,1*31,69+1,4*102,05=177,73 тс;

2) Pвст=1,1Рввет+1,4Рвтеч=1,1*77,24+1,4*212,92=383,05 тс;

Количество цепей на одном борту понтона найдём из условия:

?зРст?4F?cos?i;

?з=1,2 – коэффициент запаса;

F=150 тс – расчётная нагрузка;

Количество цепей примем равное 4:

1,2*177,73=213,28?600=4*150*cos0°

1.2*383,05=459,66?600=4*150*cos0°

Условие выполнено!!!

Определим нагрузку на цепи:

Fx=?зPст/4?cos?i;

Fбx=1,2*177,73/4cos0°=53,32 тс;

Fвx=1,2*383,05/4cos0°=114,92 тс;

Из условия прочности цепи на разрыв подберём калибр цепи:

Fx+gH?[F];

где g – удельный вес цепи, зависящий от калибра цепи, тс/м;

Fx – удерживающее усилие цепной связи, тс;

Н=150 – глубина акватории в месте установки;

[F] – разрывное усилие, тс;

114,92+g*150<[F]

Зададим цепь

калибр цепи : к=53мм;

удельный вес цепи: g=0,0526тс/м;

разрывное усилие: [F]=155 тс;

Проверим условие:

114,92+0,0526*150=122,81<155

Условие выполняется – принимаем заданную цепь.

A=F/g-H;

где а – цепной параметр (g=0.0526 тс/м; Н=150 м)

F=Fx+gH

в первой строке F задаётся: F=[F]=155 тс;

Fx=a*g – при известном значении F (в первой строке);

S=?(H*(2a+H)) – длина цепи, висящей в воде;

Xk=a*arcch(H/a+1) – расстояние от якоря до клюзовой точки;

l=Sk-Ski – где Sk – длина висящей цепи при крайнем положении;

?=xk0-xяк – смещение клюзовой точки от начального положения.

Произведём расчёт в табличной форме:

Fxi, тс a, м S, м Xk, м lк, м ?, м F, тс Xя=lк+Xk 1 147,11 2796,77 928,19 911,94 0 0 155,00 911,94 0,9 132,40 2465,76 873,06 855,77 55,13 1,04 137,59 910,90 0,8 117,69 2186,08 823,60 805,27 104,58 2,09 122,88 909,85 0,7 102,98 1906,41 770,99 751,38 157,20 3,36 108,17 908,58 0,6 88,27 1626,73 714,51 693,32 213,68 4,94 93,46 907,00 0,5 73,56 1347,05 653,16 629,95 275,03 6,97 78,75 904,97 0,4 58,84 1067,38 585,42 559,45 342,77 9,72 64,03 902,22 0,3 44,13 787,70 508,73 478,72 419,45 13,77 49,32 898,17 0,2 29,42 508,02 418,22 381,37 509,97 20,60 34,61 891,34 0,1 14,71 228,35 301,67 249,18 626,52 36,24 19,90 875,70