АМОРТИЗИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ УДАРНЫХ НАГРУЗОК ПРИ ШВАРТОВКЕ СУДНА К МОРСКОЙ ПЛАТФОРМЕ (ВАРИАНТЫ)
DAMPER OF IMPACT LOADS AT SHIP MOORING TO SEA PLATFORM (VERSIONS)

Изобретение относится к оборудованию для швартовки судов и может быть использовано в качестве амортизирующего устройства для швартовки, располагаемого на плавучих и стационарных буровых установках, а также на портовых, береговых или других сооружениях, к которым швартуются суда.
Расширение работ по освоению природных ресурсов в морских районах со сложными погодными условиями (включая арктические регионы) обуславливает необходимость создания надежных и простых в обслуживании швартовых устройств.
Известно амортизирующее устройство, используемое для смягчения ударов швартующихся объектов к полупогружным плавучим буровым установкам, представляющее собой закрепляемый с помощью механического соединения на шпильках на колонне установки вертикально ориентированный резиновый привальный брус, поперечное сечение которого изображено на фиг.1 (описание дано в учебнике А.С.Симоненко «Устройства плавучих буровых установок». СПб.: Изд. центр СПбГМТУ, 1994, с.330-333). Недостатком такого устройства является малая энергоемкость и неэффективная амортизация ударов, полностью исключающая швартовку судов в условиях волнения и допускающая выполнение швартовных операций только бесконтактным способом. При этом роль устройства сводится к предотвращению аварийного повреждения конструкций колонн. Из-за малой энергоемкости устройства конструкции суда оказываются незащищенными.
Известно также амортизирующее устройство (фиг.2), содержащее перекрывающую всю зону возможных соударений судна с колонной платформы жесткую пластину (панель), на обеих сторонах которой закреплены амортизирующие элементы, при этом на стороне пластины, обращенной к швартующемуся судну расположены элементы с малой энергоемкостью, предназначенные для предотвращения повреждений поверхности судна и ее лакокрасочных покрытий, а с противоположной стороны - гидравлические амортизаторы, обладающие большой энергоемкостью и удовлетворительной способностью снижать ударное взаимодействие судна с платформой - прототип (Судовые устройства: Справочник / Под общей ред. М.Н.Александрова. Л.: Судостроение, 1987, с.641-642). Недостатками такого устройства является дороговизна его изготовления, сложность и высокая стоимость эксплуатации, малая эксплуатационная надежность в морских условиях при воздействии морской воды и низких температур.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационной надежности амортизирующего устройства в условиях волнения и низких температур, снижение стоимости его изготовления и эксплуатации.
Для достижения указанного результата предлагаются следующие решения.
В первом варианте исполнения, ориентированном на обеспечение швартовки судов большого водоизмещения, к перекрывающей всю зону возможных соударений судна с колонной платформы пластине на той стороне, которая обращена к колонне платформы, располагаются амортизационные элементы с большой энергоемкостью, содержащие одну или несколько заполненных сыпучим материалом (преимущественно песком) полостей, образованных двумя боковыми стенками, соединенными с платформой с помощью жестких опорных элементов, и двумя расположенными друг против друга упругими оболочками, содержащими плоские и выпуклые части, одна из которых обращена выпуклостями к пластине устройства и соединена с ней, а вторая обращена выпуклостями к колонне платформы и расположена так, что между ней и колонной имеется зазор.
Во втором варианте исполнения, ориентированном на обеспечение швартовки судов малого водоизмещения, на стороне пластины, обращенной к швартующемуся судну закреплен вертикально ориентированный привальный брус из резины, предназначенный для предотвращения повреждений поверхности судна и ее лакокрасочных покрытий, а с противоположной стороны - сыпучий материал (преимущественно песок), заполняющий полость, образованную двумя боковыми стенками, соединенными с платформой с помощью жестких опорных элементов, и двумя расположенными друг против друга упругими оболочками, содержащими плоские и выпуклые части. Одна из оболочек обращена выпуклостями к швартующемуся судну и соединена по своей плоской части с привальным брусом. Вторая оболочка обращена выпуклостями к колонне платформы и расположена таким образом, что между ней и колонной имеется зазор. Для снижения массы устройства за счет уменьшения количества сыпучего материала между упругими оболочками могут располагаться две полости с сыпучим материалом.
Для повышения амортизирующего эффекта упругие оболочки устройства в обоих вариантах исполнения могут быть выполнены из низкомодульных полимерных композиционных материалов. Кроме того, с этой же целью расположенные с противоположных сторон полостей с песком упругие оболочки могут быть соединены между собой механически (преимущественно с помощью шпилек) таким образом, что при отсутствии контакта устройства с судном песок в полостях находится в условиях сжатия.
Для упрощения процесса сборки шпильки в пределах расстояния между упругими оболочками расположены внутри ограничительных втулок, обеспечивающих при отсутствии контакта устройства с судном стабилизацию этого расстояния и уровня сжимающих напряжений в полостях с сыпучим материалом.
Наличие в амортизационных элементах упругих оболочек обеспечивает их податливость при действии усилий, возникающих при швартовке судна, большую энергоемкость элементов и высокое качество амортизации. Наличие полостей, заполненных сыпучим материалом, который деформируется при действии усилий, возникающих при швартовке судна, обеспечивает рассеяние энергии при ударном взаимодействии судна с устройством и высокое качество демпфирования удара. Наличие выпуклых частей в упругих оболочках обеспечивает высокую податливость оболочек и увеличение сжатия сыпучего материала при действии усилий, возникающих при швартовке судна. Наличие зазора между упругой оболочкой и поверхностью колонны платформы обеспечивает отсутствие прямого контакта оболочки с платформой и свободное деформирование оболочек, сопровождающееся деформациями сжатия и сдвига сыпучей среды и сильным демпфированием удара. Наличие механического соединения оболочек, расположенных по разные стороны объема сыпучего материала, дает возможность создания деформаций сжатия сыпучей среды до начала действия усилий, возникающих при швартовке судна, и повышения демпфирующих свойств устройства. Расположение шпилек, соединяющих оболочки, внутри ограничительных втулок обеспечивает стабилизацию уровня сжимающих напряжений в полостях с сыпучим материалом и облегчает сборку устройства. Наличие двух полостей, заполненных сыпучим материалом, дает возможность уменьшить количество этого материала за счет исключения объема, в котором он не испытывает значительных деформаций сдвига и неэффективно поглощает энергию при швартовке.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
- схема устройства-прототипа с гидравлическими амортизаторами (фиг.1);
- вид сбоку предлагаемого устройства в первом варианте исполнения (фиг.2),
- сечение устройства по Б-Б, расположение которого указано на фиг.2 (фиг.3),
- вид сбоку предлагаемого устройства во втором варианте исполнения (фиг.4),
- сечение устройства с одной полостью, заполненной сыпучим материалом, по А-А, расположение которого указано на фиг.4 (фиг.5),
- сечение устройства с одной полостью, заполненной сыпучим материалом, по А-А, расположение которого указано на фиг.4 (фиг.6),
- сечение устройства по А-А, расположение которого указано на фиг.4, в деформированном состоянии, вызванном швартовкой (фиг.7).
В амортизирующем устройстве-прототипе, закрепленном на колонне платформы 1, амортизирующие элементы 2 большой энергоемкости выполнены в виде гидроцилиндров, соединенные с жесткой пластиной 3, снабженной амортизирующими элементами малой энергоемкости 4 и имеющей значительную площадь.
Предлагаемое устройство в первом варианте исполнения состоит из жесткой пластины 3, снабженной амортизирующими элементами малой энергоемкости 4 и перекрывающей всю зону возможных соударений судна с колонной платформы. Устройство включает закрепленные на колоннах платформы амортизационные элементы с большой энергоемкостью 5, соединенными с платформой с помощью жестких опорных элементов 7, и двумя расположенными друг против друга упругими оболочками 8 и 9, содержащими выпуклые части.
Во втором варианте исполнения на стороне пластины, обращенной к швартующемуся судну, закреплен вертикально ориентированный привальный брус 10 из резины, предназначенный для предотвращения повреждений поверхности судна.
Расположенные с противоположных сторон полостей с песком упругие оболочки амортизационных элементов соединены между собой с помощью шпилек 11, расположенных внутри ограничительных втулок 12.
Достижение технического результата с помощью предлагаемых вариантов устройства осуществляется следующим образом.
При контактном взаимодействии судна и предлагаемого устройства, возникающем при швартовке, происходит деформирование упругих оболочек, увеличение сжатия предварительно деформированной сыпучей среды и ее сдвиговые деформации. Благодаря деформированию упругих оболочек и других элементов устройства происходит амортизация ударного взаимодействия. Вследствие деформаций сдвига и сжатия сыпучей среды имеет место интенсивное рассеяние энергии в этой среде, демпфирование движения судна и уменьшение контактных усилий при швартовке. При этом предварительное сжатие сыпучей среды за счет затяжки резьбовых соединений и создания в шпильках растягивающих усилий повышает способность сыпучей среды к поглощению энергии и снижению усилий при швартовке.
Таким образом, предлагаемое амортизирующее устройство для снижения ударных нагрузок при швартовке судна к морской платформе позволяет эффективно уменьшить действующие на конструкции судна и морской платформы нагрузки, вызванные швартовкой, повысить эксплуатационную надежность амортизирующего устройства в условиях волнения и низких температур, снизить стоимость его изготовления и эксплуатации, что выгодно отличает его от прототипа.