МОРСКАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛЕДОСТОЙКАЯ ПЛАТФОРМА
MARINE ICE-RESISTANT PROCESS PLATFORM

Изобретение относится к судостроению, в частности к морским технологическим ледостойким платформам для эксплуатации в арктических условиях.
Известна плавучая полупогружная ледостойкая платформа (Патент RU №2055773 С1, кл. МПК В63В 35/44, от 05.07.1993), содержащая нижний понтон с установленными на нем стабилизирующими колоннами, несущими палубу платформы с закрепленными на ней кожухом водоотделяющей колонны, причем в верхней части стабилизирующих колонн и кожуха водоотделяющей колонны установлены конические ледоломы, нижний понтон закреплен от смещения радиально расходящимися якорными цепями, нижние концы которых присоединены к якорям, установленным на дне моря, а конические ледоломы стабилизирующих колонн установлены с возможностью вертикального перемещения относительно стабилизирующих колонн и соединены с якорными цепями, каждая из которых пропущена сквозь палубу платформы, соответствующую ей стабилизирующую колонну и нижний понтон, выполненный с нишами, в которых расположены ролики роульса, направляющую якорную цепь, причем конические ледоломы стабилизирующих колонн оснащены амортизаторами, несущими стопорные устройства для фиксации якорных цепей, каждая из которых верхним концом присоединена к соответствующей якорной лебедке, установленной на палубе платформы, при этом угол между образующей конуса конических ледоломов и вертикалью равен или больше угла наклона якорной цепи к горизонтальной плоскости.
Направление образующей конуса сужением вниз вызывает вертикальную составляющую ледового воздействия, направленную вверх, что способствует натяжению якорных связей. Однако для обеспечения плавучести и остойчивости указанная плавучая полупогружная ледостойкая платформа должна содержать как минимум два понтона с двумя рядами колонн. Недостатком данной платформы является то, что взаимодействие с ледовым полем осуществляется в общем случае с тремя колоннами с вероятным забиванием льдом пространства между колоннами, что приводит к увеличению нагрузки на платформу и якорную систему удержания. Другим недостатком данной платформы является то, что якорные линии, дно моря и основная плоскость понтонов образуют трапецию (на боковом виде), которая, как известно, является неустойчивой фигурой и будет способствовать наклонению платформы при ледовом воздействии.
Известны плавучие установки для добычи, хранения и отгрузки нефти FPSO (Суда и плавучие технические средства для освоения морских нефтегазовых месторождений. - СПб.: НИЦ «МОРИНТЕХ», 2009, стр.261) с корпусом судовой формы с ледовыми подкреплениями, имеющее якорную систему удержания (ЯСУ), закрепленную за внутреннюю турель с вертикальной осью, вокруг которой судно может свободно разворачиваться, выбирая наиболее благоприятный курс по отношению к внешним воздействиям.
Недостатком данного судна является трудность обеспечения в ледовых условиях так называемой флюгерной способности судна, т.е. курсовой устойчивости с удержанием судна носом против превалирующей нагрузки. Флюгерная способность обеспечивает реализацию регламентированного свойства носовой оконечности судна ледокольной формы - разрушать лед при минимальной ледовой нагрузке на судно. Вместе с тем, заостренная ледокольная форма носовой оконечности не позволяет разместить турель с ЯСУ достаточно близко к форштевню (испытывающему основное воздействие льда), что увеличивает плечо разворачивающего момента от горизонтальной силы и уменьшает флюгерную способность судна во льдах.
Известна взятая за прототип морская технологическая платформа (Патент RU №2225315 С1, кл. МПК В63В 35/44, 35/08, от 31.03.2003), содержащая надводную часть с одной или несколькими горизонтальными площадками, подводную часть, выполненную в виде полого водонепроницаемого корпуса, соединенные между собой, по крайней мере, одним полым водонепроницаемым пилоном, снабженным косыми ребрами жесткости (также являющимися вторичными средствами разрушения ледяного покрова), якорную систему, обеспечивающую возможность платформе разворачиваться относительно вертикальной оси в соответствии с направлением дрейфа льда, технологического оборудования, расположенного как на надводной, так и на подводной частях, балластные емкости с соответствующим пневматическим оборудованием, являющиеся активными средствами разрушения ледяного покрова.
Недостатком данной платформы является трудность обеспечения флюгерной способности при действии ледяного поля. Взаимодействие с ледяным полем происходит как с вертикальным полым водонепроницаемым пилоном, так и с остроконечным выступом, обращенным к нижней поверхности льда, расположенными по длине водоизмещающего корпуса по разные стороны от вертикали крепления ЯСУ к корпусу. При этом (по идее изобретения-прототипа) остроконечный выступ должен встречать лед первым, разрушая или ослабляя его за счет прорезания ледяного покрова с помощью вертикальных вынужденных колебаний корпуса так, что с пилоном будет взаимодействовать уже разрушенный (битый) лед. Однако при возможном изменении направления дрейфа ледяного поля, например из-за бокового ветра, появляется значительная поперечная сила на остроконечном выступе и с учетом появления также и на пилоне поперечного усилия уже от неразрушенного льда возникают разнонаправленные разворачивающие моменты относительно ЯСУ. Таким образом, данное расположение системы «выступ-ЯСУ-пилон» не может обеспечить разворот платформы носовой оконечностью к ледяному полю - флюгерную способность. Более того, пилон, захваченный ледяным полем, несмотря на попытки задать ему вертикальное движение с помощью циклического заполнения/осушения балластных цистерн, погружается за счет нагромождения разрушенного льда и теряет способность разрушать лед. Таким образом, способ снижения нагрузок на платформу от воздействия ледяного покрова, входящий в формулу прототипа (четыре пункта) является малоэффективным и применим только для слабого льда небольшой толщины. Также недостатком прототипа является невозможность его использования при действии значительного волнения.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение нагрузок на корпус и ЯСУ морской технологической ледостойкой платформы (МТЛП) за счет уменьшения размеров поверхностей, контактирующих со льдом, обеспечения флюгерной способности курсовой устойчивости платформы при действии ледяного поля и волнения, а также за счет погружения основного водоизмещающего корпуса на достаточную глубину от поверхности моря, которая является источником как ледовых, так и штормовых воздействий.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что морская технологическая ледостойкая платформа содержит балластные цистерны, расположенные по всей длине водоизмещающего корпуса. МТЛП содержит надводную часть, выполненную в виде носовой и кормовой башен, причем верхняя часть башен в районе ледовой ватерлинии выполнена в виде ледоломного конуса, обращенного сужением вниз, а нижняя часть, например, в виде конуса, обращенного сужением вверх. Расстояние от уровня моря при работе в ледовой обстановке до верхней части водоизмещающего корпуса больше максимально возможной осадки ледовых образований. Ось якорной системы удержания расположена в районе носовой башни.
На фиг.1 и фиг.2 представлен внешний вид морской технологической ледостойкой платформы. МТЛП содержит основной водоизмещающий корпус 1, на котором установлены кормовая башня 3 и носовая башня 4. Расстояние от уровня моря при работе в ледовой обстановке до верхней части 14 водоизмещающего корпуса 1 больше максимально возможной осадки ледовых образований. МТЛП содержит якорную систему удержания (ЯСУ). ЯСУ содержит стационарные якоря 13, якорные связи 6, которые закреплены за нижнюю внешнюю часть турели 12, которая позволяет МТЛП осуществлять разворот относительно вертикальной оси. Ось турели 12 располагается на вертикальной оси в районе носовой башни 4. Внутри водоизмещающего корпуса 1 расположено оборудование 11, необходимое МТЛП для выполнения ее функционального назначения. Балластные цистерны 2, разделенные на две и более группы, расположены по всей длине водоизмещающего корпуса. Морская технологическая ледостойкая платформа содержит гибкие технологические линии (райзеры) 8, которые обеспечивают связь с коммуникациями подводной системы добычи 9.
Кормовая 3 и носовая 4 башни выполнены полыми. Башни в верхней части в районе ледовой ватерлинии имеют ледоломные конусы (обращенные сужением вниз). В нижней части кормовая 3 и носовая 4 башни имеют, например, форму конуса (обращенного сужением вверх). Кормовая 3 и носовая 4 башни содержат горизонтальные площадки 5, на которых расположено технологическое оборудование 10.
МТЛП работает следующим образом.
МТЛП имеет три эксплуатационные осадки:
1)походную - при переходе морем, проходе узкостей и мелководий;
2)волновую - при работе на чистой воде;
3)ледовую - при работе в ледовой обстановке.
МТЛП при осушенных балластных цистернах 2 находится в надводном крейсерском положении при походной осадке. При заполнении первой группы балластных цистерн 2 МТЛП погружается в эксплуатационное положение для чистой воды, имея волновую осадку, а при заполнении первой и второй групп балластных цистерн МТЛП погружается по ледовую осадку, соответствующую нахождению ледоломных конусов 7 на уровне ватерлинии.
МТЛП под действием сил волнового дрейфа и сопутствующего ветра, например, по направлению, указанному на фиг.1 стрелкой А, вследствие возникающего разворачивающего момента от сил, действующих на кормовую башню 3 (с плечом, равным ориентировочно расстоянию между осями башен), разворачивается вокруг оси турели 12 на курс, противоположный направлению возмущений, указанному на фиг.1, т.е. реализует флюгерную способность.
Данный курсовой угол МТЛП позволяет уменьшить поперечную волновую нагрузку на водоизмещающий корпус 1. При этом МТЛП испытывает преимущественно продольную качку, что в конечном итоге улучшает параметры качки МТЛП. В нижней части кормовая 3 и носовая 4 башни имеют, например, форму конусов (обращенного сужением вверх), предназначенных для уменьшения возмущающих волновых сил путем уравновешивания составляющей вертикального волнового воздействия от влияния ватерлинии (пропорциональной площади ватерлинии) и волновых сил инерционной природы (пропорциональных водоизмещению).
В ледовой обстановке МТЛП, плавая с ледовой осадкой, воспринимает воздействие льда ледоломным конусом 7 носовой башни 4. МТЛП смещается в направлении действия льда, при этом наибольшее натяжение испытывает носовая якорная связь 6 (пучок связей). С учетом того, что разворачивающий момент от кормовой башни 3 относительно оси турели 12 имеет большее плечо, чем разворачивающий момент от носовой башни 4, МТЛП разворачивается вокруг оси турели на курс носом к направлению возмущений, указанному на фиг.1 стрелкой А. Таким образом, и в ледовых условиях реализуется флюгерная способность МТЛП вставать носом к воздействию. Благодаря этой способности ледоломный конус 7 кормовой башни 3 взаимодействует с битым льдом, предварительно разрушенным носовой башней 4, испытывая существенно меньшее ледовое воздействие.
При этом взаимодействие обеспечивается только с носовой 4 и кормовой 3 башнями, так как расстояние от уровня моря при ледовой осадке до верхней части 14 водоизмещающего корпуса 1 больше максимально возможной осадки ледовых образований. Таким образом, заглубление водоизмещающего корпуса 1, использование носовой 4 и кормовой 3 башен с верхней частью, выполненной в районе ледовой ватерлинии в виде ледоломных конусов 7, а также якорной системы удержания, закрепленной по периферии нижней части турели под носовой башней 4, обеспечивают флюгерную способность, что позволяет снизить ледовую нагрузку на кормовую башню 3 и, соответственно, смещения МТЛП.
Использование предложенного варианта МТЛП позволяет снизить нагрузки от внешних воздействий и обеспечить коэффициенты безопасности якорной системы удержания как в суровых ледовых условиях, так и при действии значительного волнения.