Морская ледостойкая платформа
OFFSHORE ICE-RESISTANT PLATFORM

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к морским стационарным ледостойким платформам, в частности к конструкциям секционных платформ, особенно тех, которые предназначены для эксплуатации в ледовых условиях, в которых преобладающим фактором является обеспечение высокой надежности монтажных работ.
Известна конструкция двухсекционной морской стационарной платформы для эксплуатации в ледовых условиях, содержащей нижнюю, устанавливаемую на дне подводную часть и стыкуемое с ней верхнее строение с оборудованием. Морская стационарная платформа содержит нижнюю подводную секцию с закрепленными на ее верхней поверхности штырями и верхнее строение со стаканами на днище. Платформа снабжена колпаками, установленными на быстросъемных соединениях в каждом стакане открытой стороной вниз, штыри размещают в колпаках с зазором, заполненным быстросхватываемым раствором. Верхнее строение средствами точной наводки располагают над подводной секцией и опускают на нее так, чтобы штыри, вошли внутрь колпаков. Обе секции соединены между собой монолитно для восприятия горизонтальных и вертикальных нагрузок при одновременной возможности быстрого отсоединения. (Патент RU 2061146 С1, МОРСКАЯ СТАЦИОНАРНАЯ ПЛАТФОРМА, заявка №93000502, 05.01.1993, патентообладатель - Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по проблемам освоения нефтяных и газовых ресурсов континентального шельфа)
Недостатком известного технического решения является то, что при опускании верхней части платформы на нижнюю опорную часть компенсировать динамическую ударную нагрузку и обеспечить мягкую посадку (стыковку) верхней части и опорной части морской стационарной платформы возможно исключительно путем управления грузоподъемным оборудованием (краном), что является сложной задачей.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является создание такой ледостойкой морской платформы, верхняя часть которой (унифицированная верхняя часть) стыковалась бы с нижней частью (опорный подводный фундаментный модуль) платформы с возможностью мягкой посадки верхней части на нижнюю без участия грузоподъемного оборудования (крана).
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное техническое решение, является снижение динамических нагрузок при стыковке верхней и нижней частей морской стационарной ледостойкой платформы.
Указанный технический результат достигается за счет разработки морской ледостойкой платформы, содержащей верхнюю часть со стыковочной поверхностью, оснащенной направляющими элементами, и нижнюю опорную подводную часть со стыковочной поверхностью, оснащенной ответными направляющими элементами, при этом одна из стыковочных поверхностей снабжена демпфирующими узлами, каждый из которых выполнен в виде стакана с выполненными в нем несколькими рядами боковых отверстий и с установленным внутри него подвижным поршнем, причем каждый стакан установлен в выполненной в верхней или нижней части платформы регулировочной обойме, а каждый поршень установлен в стакане с возможностью своего движения в стакане, а также с возможностью последовательного, по мере своего движения внутри стакана, перекрытия части боковых отверстий стакана и последовательного уменьшения величины суммарного сечения боковых отверстий, через которое происходит вытеснение воды из стакана, регулировочная обойма выполнена с возможностью регулировки положения демпфирующего элемента относительно противоположной ему стыковочной поверхности одной из частей платформы, при этом демпфирующий узел снабжен устройством для фиксации поршня в исходном положении, а также устройством для возврата поршня в исходное положение, кроме того, демпфирующий узел выполнен с возможностью обеспечения принудительного отсоединения стыковочных поверхностей верхней и нижней частей платформы в случае их слипания друг с другом, а также оснащен дросселирующими устройствами, встраиваемыми в боковые отверстия стаканов для обеспечения возможности предварительного регулирования величины суммарного сечения отверстий в стаканах в исходном положении поршня.
Сущность заявленного технического решения поясняется чертежами, на которых показаны:
Фиг. 1 - Общий вид морской стационарной ледостойкой платформы;
Фиг. 2 - Демпфирующий узел (разрез А-А);
Фиг. 3 - Демпфирующий узел с устройством принудительного отсоединения верхней части платформы от нижней (вариант 1);
Фиг. 4 - Демпфирующий узел с устройством принудительного отсоединения верхней части платформы от нижней (вариант 2).
Морская стационарная ледостойкая платформа (см. Фиг. 1) состоит из двух основных блоков: верхней части платформы (1) (унифицированная верхняя часть), и нижней подводной опорной (фундаментной) части (2), на которую устанавливается верхняя часть. Обе части оборудованы стыковочными поверхностями. Стыковочная поверхность верхней части (1) платформы имеет стыковочную подошву заданной конфигурации, а ответная стыковочная поверхность нижней части (2) платформы соответствует форме стыковочной подошвы верхней части и оснащена демпфирующими узлами (3).
Каждый из демпфирующих узлов (Фиг. 2-4) представляет собой стакан (4), внутри которого размещен элемент (5) поршневого типа со штоком (9), имеющий возможность перемещения вдоль оси стакана (4) и в исходном положении находящийся, как показано на Фиг. 1, в верхней части стакана (4) и зафиксированный фиксатором (7). Каждый стакан (4) установлен в регулировочную обойму (поз. 12). Предусматривается возможность предварительной регулировки положения демпфирующего узла относительно стыковочной поверхности нижней подводной опорной части с помощью указанной регулировочной обоймы (12) для обеспечения одновременного соприкосновения подошвы стыковочной поверхности верхней части платформы со всеми демпфирующими узлами и, тем самым, относительной синхронности работы всех демпфирующих узлов. Шток (9) в исходном (Фиг. 2-4) положении выступает над стыковочной поверхностью нижней части платформы на заданную величину и предназначен для взаимодействия со стыковочной подошвой верхней части (Фиг. 1, поз. 1) платформы. Стыковочная поверхность верхней части (Фиг. 1, поз. 1) платформы и ответная ей стыковочная поверхность нижней части (Фиг. 1, поз. 2) платформы дополнительно могут быть снабжены направляющими элементами (на чертежах не показаны), например, в виде штырей и ответных гнезд, посредством чего обеспечивается необходимая ориентировка стыковочных поверхностей верхней и нижней частей платформы относительно друг друга. В стенках стаканов (4) выполнены несколько рядов отверстий (Фиг. 2, поз. 6), расположенных в определенном порядке. Диаметры отверстий (6) и/или их количество в рядах изменяются (уменьшаются) в направлении движения поршня от исходного положения. Форма и размеры поршня (5), а также зазор между поршнем (5) и стаканом (4) выполнены таким образом, чтобы по мере перемещения от исходного положения поршень (5) вытеснял воду из стакана (4) через отверстия (6) и при этом последовательно (постепенно) перекрывал отверстия (6) своей боковой поверхностью, то есть происходит последовательное уменьшение величины суммарного сечения отверстий (5), через которые вытесняется вода. Демпфирующий узел (Фиг. 1, поз. 3), включающий (Фиг. 2) поршни (5) и стаканы (4), может быть снабжен устройством (7) для обеспечения фиксации поршня (5) в исходном (верхнем) положении (фиксирующее устройство), а также устройством (8) для обеспечения, при необходимости, возврата поршней (5) в исходное (верхнее) положение. В исходном положении поршня (5) все отверстия (6) открыты, а стакан (4) естественным образом заполнен морской водой через отверстия (6).
Количество и геометрические размеры демпфирующих узлов (3), а также количество, размеры, форма и расположение отверстий (6) в каждом из стаканов (4) рассчитываются с учетом веса верхней части платформы (1) и вязкости морской воды таким образом, чтобы была обеспечена приемлемая скорость посадки верхней части на нижнюю на опорную подводную (фундаметную) часть (2) платформы (например, 0,05-,0,1 м/с). В процессе предварительных наладочных работ имеется возможность регулирования суммарного сечения боковых отверстий стакана в исходном положении поршня (5) путем перекрытия части отверстий (6) несложными приспособлениями (например, хомутами, охватывающими стакан (4), дросселирующими устройствами, встраиваемыми в боковые отверстия (6) и т.п. (на чертежах не показаны)).
Демпфирующий узел (3) может одновременно служить отсоединяющим устройством, обеспечивающим при демонтаже верхней части платформы возможность принудительного отрыва друг от друга стыковочных поверхностей верхней части и подводной опорной части в случае их слипания друг с другом (например, в результате процессов коррозии, биологического обрастания), без использования отдельных специальных устройств для отсоединения. Это обеспечивается путем создания штоком (9) или поршнем (5) отрывающего усилия, направленного вверх и воздействующего на подошву верхней части (Фиг. 1, поз. 1) платформы.
Таким образом, обеспечивается относительно мягкая посадка верхних строений платформы на опорную подводную часть платформы без применения специальных мер по замедлению опускания верхней части платформ и снижаются требования к управлению грузоподъемным оборудованием (краном).
Поскольку демпфирующие узлы находятся на подводной части (Фиг. 1, поз. 2) платформы, то стаканы (4) естественным образом всегда заполнены морской водой через отверстия (6) и не требуется специальных мер для их заполнения.
Демпфирующий узел подробно изображен на Фиг. 2-4
Устройство возврата в исходное положение (Фиг. 2-4) показано на чертежах в виде пружины сжатия, однако оно может быть выполнено и в виде другой конструкции.
Демпфирующий узел, как указано выше, может одновременно служить в качестве отсоединяющего устройства, обеспечивающего при демонтаже верхней части платформы возможность принудительного отрыва друг от друга стыковочных поверхностей верхней части и подводной опорной части в случае их «прилипания» друг к другу (например, в результате процессов коррозии, биологического обрастания), без использования отдельных специальных устройств для отсоединения. В качестве примера на Фиг. 3-4 показаны два возможных варианта, в которых демпфирующее устройство служит как отсоединяющее устройство. Каждый вариант показан при двух крайних положениях поршня (5): в положении, когда подошва верхней части не соприкасается со штоком (9) поршня (исходное положение при монтаже), и в положении, когда верхняя (Фиг. 1, поз. 1) и нижняя (Фиг. 1, поз. 2) части платформы состыкованы. В обоих вариантах при необходимости принудительного отсоединения верхней части через специальное отверстие (13) в стакане (4) подается жидкость под давлением. В варианте 1 (Фиг. 3) давление через канал в штоке (9) подается в полость над плунжером (10), в результате чего плунжер (10) выдвигается вниз, упирается в дно стакана (4) и создает усилие, толкающее вверх поршень (5) и шток (9). В варианте 2 (Фиг. 4) давление подается в полость под верхней частью (11) штока (9). В результате, создается усилие, которое толкает вверх шток (9). При посадке верхней части (11) штока (9) вода из-под него свободно выходит наружу через отверстие (13), которое при монтаже верхней и нижней частей платформы открыто (при демонтаже верхней части (Фиг. 1, поз. 1) платформы отверстия (13) всех демпфирующих узлов обвязываются единой гидравлической системой). Оба варианта обеспечивают принудительный отрыв верхней части (Фиг. 1, поз. 1) платформы от нижней, опорной подводной (фундаментной), части (Фиг. 1, поз. 2) платформы. Для отрыва достаточно обеспечить ход штока (9) всего в несколько миллиметров после его упора в подошву.
Демпфирующие узлы, как вариант, можно расположить не на нижней опорной части платформы, а на верхней части - это не потребует изменения конструкции демпфирующих узлов. Стыковка будет производиться точно так же, как и в случае с расположением демпфирующих узлов в нижней, опорной, части платформы.
Скорость истечения гидравлической струи через отверстие в боковой стенке, а значит и скорость опускания поршня определяется на основании уравнения Бернулли и уравнения неразрывности (см. Е.И. Идельчик, «Справочник по гидравлическим сопротивлениям», 3 изд. перераб. и дополн., Москва, из. «Машиностроению), 1992 г., раздел 1-9). Задавшись скоростью опускания поршня можно определить нужные параметры демпфирующего узла. При этом следует учитывать, что через зазор между поршнем (5) и стаканом (4) в полость над поршнем (5) может перетекать часть жидкости из-под поршня (5).
Стыковка верхней и нижней частей морской ледостойкой платформы осуществляется следующим образом.
При опускании верхней части (1) платформы направляющие элементы (не показаны на чертежах) первоначально обеспечивают нужную ориентировку относительно друг друга верхней части (1) и нижней опорной подводной части (2) платформы. После обеспечения ориентировки верхнюю часть (1) продолжают опускать, стыковочная подошва верхней части платформы приходит в соприкосновение со штоками (9) демпфирующего узла (3) и через них воздействует на поршни (5), которые, двигаясь вниз, начинают вытеснять морскую воду из стаканов (4) через отверстия (6). По мере продвижения поршня (5) последовательно перекрываются отверстия (6), уменьшается суммарное проходное сечение боковых отверстий, через которые вытесняется вода, в результате чего увеличиваются гидравлическое сопротивление вытесняемому потоку воды и, как следствие, усилие, противодействующее опусканию поршня (5). Таким образом, при постоянстве массы верхней части (1) постепенно уменьшается скорость ее опускания верхней части платформы (1) на нижнюю часть (2), и за счет этого уменьшается динамическая нагрузка при соприкосновении верхней (1) и нижней (2) частей платформы. Поскольку, по мере опускания верхней части (1) в воду растет выталкивающая сила, то вес верхней части (1) будет уменьшаться, что усилит эффект демпфирования.
Создание заявленной морской ледостойкой платформы с указанными демпфирующими узлами, расположенными на верхней или нижней части платформы, обеспечивает мягкую стыковку верхней и нижней частей платформы, что приводит к снижению динамических нагрузок при стыковке верхней и нижней частей морской стационарной ледостойкой платформы.