船舶工程与海洋工程的差别

表面保护膜★船舶工程与海洋工程的差别:
海洋工程是以一定时期固定于某一水域进行专业活动如钻探、采油为对象的工程技术问题。船舶工程是以船舶的航运活动为主要对象的工程技术问题。
★固定式平台:对恶劣环境适应性强;不利于拆除搬迁,水深增加后不经济
移动式平台:适合深水,利于拆除搬迁;部分平台对恶劣环境适应性弱
★坐底式钻井平台
坐底式钻井平台是早期在浅水区域作业的一种移动式钻井平台。
组成:平台分本体与下体,由若干立柱连接平台本体与下体,平台上设置钻井设备、工作场所、储藏与生活舱室等。
特点:钻井前在下体中灌入压载水使之沉底,下体在坐底时支承平台的全部重量,而此时平台本体仍需高出水面,不受波浪冲击。在移动时,将下体排水上浮,提供平台所需的全部浮力。
工作水深:60m以内。
不足:工作水深不能调节,愈深则所需的立柱愈长,结构愈重愈不经济,而且立柱在拖航时升起太高,容易产生事故。对海底地形和土壤基础有一定要求,适应性不强。已日渐趋于淘汰。
★自升式钻井平台
组成:一个上层平台和数个能够升降的桩腿
工作过程:移航时桩腿升起,至井位后,船体升高作业,桩腿下降插入海底。
适用水深与海底条件:60m-100m,硬土区、珊瑚区、不平整海底
优点:适用于不同海底土壤条件和相对较大的水深范围,移位灵活方便,便于建造,因而得到了广泛的应用。目前,在海上移动式钻井平台中它仍占绝大多数。
不足:水深愈大,桩腿愈长,结构强度和稳性愈差。桩腿加长时,下水受波浪力大;拖航时稳性差,受风力大。桩腿入泥太深,泥底滑动会造成平台倾斜。
要求:自升式钻井平台既要满足拖航移位时的浮性、稳性方面的要求,又要满足作业时稳性和强度的要求,以及升降平台和升降桩腿的要求。
★独立腿式:
平台、桩腿、桩靴
桩靴,承载压力约2.4-2.9pa
移位前必须知道新井位的容许压力,以便加大支撑面积,减小插入深度。
适用海底条件:硬土区、珊瑚区、不平整海底
★沉垫式:
平台、桩腿、沉垫
沉垫将各桩腿连在一起,增大支撑面积,减小支撑压力,减小插入深度。拖航时沉垫提供浮性和稳性。
沉垫四周的裙板防止周围泥土掏空。
适用海底条件:由于沉垫承压低(0.24~0.3Pa),适用平整海底
★半潜式钻井平台
由平台本体、立柱和下体或浮箱组成。平台上设有钻井机械设备、器材和生活舱室等,供钻井工作用。在下体与下体、立柱与立柱、立柱与平台本体之间还有一些支撑与斜撑连接。特点:是大部分浮体沉没于水中的小水线面的移动式钻井平台,从坐底式钻井平台演变而来,有立柱稳定式平台
平台本体与下体之间连接的立柱,具有小水线面的剖面,主柱与主柱之间相隔适当距离,以保证平台的稳性。
下体间的连接支撑一般都设在下体上方,这样,当平台移位时,可使连接支撑位于水线之上,以减小阻力;
平台本体高出水面一定高度,以免波浪的冲击;
下体或浮箱提供主要浮力,沉没于水下以减小波浪的扰动力。
优缺点:稳性比较好。造价高
定位系统:
锚泊系泊系统:8-12只锚链连接平台与海底,适用于200-300m水深
动力定位系统:利用声纳系统和自动控制对船舶定位;适用1000m
锚泊与动力的组合定位系统:风浪小时用锚泊,风浪大时用动力定位系统。适用600m以内转移方式:自航和非自航式。距离远时,即使自航时也需拖船。
移动时为了减小受风面,平放钻井架
井架布置:设在中部(常用方式,纵摇影响小)或端部
★钻井船
钻井船是设有钻井设备,能在水面上钻井和移位的船,也属于移动式(船式)钻井装置。较早的钻井船是用驳船、矿砂船、油船、供应船等改装的,现在已有专为钻井设计的专用船。目前,已有半潜、坐底、自升、双体、多体等类型,且多数具有自航能力
优缺点:钻井船在钻井装置中机动性最好,但钻井性能却比较差。钻井船在波浪中的垂荡要比半潜式平台大,有时要被迫停钻,需采用垂荡补偿器来缓和垂荡运动。
工作:钻井船与半潜式钻井平台一样,钻井时浮在水面。井架一般都设在船的中部,以减小船体摇荡对钻井工作的影响。
适用范围:适于深水作业,但需要适当的动力定位设施。钻井船适用于波高小、风速低的海区。它可以在600m水深的海底上进行探查,掌握海底油、气层的位置、特性、规模、贮量,提供生产能力等
重力式采油平台一般为钢筋混凝土结构,由底部的大贮油罐、单根或多根立柱、平台甲板等部分组成。
采油、贮存和处理用的大型多用途平台,规模较大的可开采几,贮油十几万吨,平台的总重量可高达数十万吨。
施工:
在海岸围堤排水形成的工地上建造平台,建好后拆堤放水起浮平台,拖运到井位压载下沉就位
把底座在陆上造到一定程度后下水,每造好一段下沉一段,为起重工作带来方便。
优点:较大的顶部装载被拖至作业井口,海上装配量减少;贮油能力增强;与海底连接程度好,抵抗外载能力提高;钢筋混凝土节约钢材和提高防腐能力,不需打桩;排去压载可浮移。缺点:随着水域增加造价增加。
导管架式平台导管架式平台由若干根导管组合成导管架,并用钢桩固定于海底。
感应门制作
施工:导管架先在陆地预制好后,拖运到海上安装就位,然后顺着导管打桩,钢桩穿过导管打入海底,桩是打一节接一节的,最后在桩与导管之间的环形空隙里灌入水泥浆,使桩与导管连成一体固定于海底。这种施工方式,使海上工作量减少。
优点:平台设于导管架的顶部,高于作业区的波高,具体高度须视当地的海况而定,一般大约高出4-5m,这样可避免波浪的冲击。桩基式平台的整体结构刚性大,适用于各种土质,是目前最主要的固定式平台。
不足:其尺度、重量随水深增加而急骤增加,所以在深水中的经济性较差。
适用水深:300m
★牵索塔式平台
组成:甲板、塔体、牵索系统
牵索塔式平台是一瘦长的桁架结构,其下端依靠重力基座坐落于海底或是依靠支柱加以支撑,其上端支承作业甲板。
桁架的四周用钢索、重块、锚、锚链所组成的锚泊系统加以牵紧,使它能保持直立状态。
特点:由于这种平台是由锚泊系统牵紧的,它在小风浪时仅发生微幅摆动;风浪大时,由于桁架结构摆动幅度大,会把重块拉得离开海底,从而要吸收掉风浪的一部分能量,因此平台仍可维持在许可范围内(允许塔的倾斜度在2°以内)摆动。水平力主要由系缆系统承受。优点:这种平台结构简单,构件尺寸小,故所受到的风、浪、流的作用力也小。
不足:若水深超过600米,则由于要提高桁架的抗弯能力,建造时所耗用的材料会大大增加,经济上不一定合算。
适用水深:300~600m
★张力腿式平台
张力腿式平台是利用绷紧状态下的锚索链产生的拉力与平台的剩余浮力相平衡的钻井平台或生产平台。张力腿式平台的重力小于浮力,所相差的力可依靠锚索向下的拉力来补偿,且此拉力应大于波浪产生的力,使锚索上经常有向下的拉力,起着绷紧平台的作用。
★张力腿式平台与半潜式平台的联系与区别:
联系:均有平台、立柱,均采用锚泊定位
区别:锚泊定位系统的锚链为悬垂曲线,下端必须与水底相切,以保证锚柄不会从水底抬起,这样就可保证锚的抓力。
张力腿式平台所用锚索是绷紧成直线的,钢索的下端与水底不是相切的,而是几乎垂直的。用的锚是桩锚(即打入水底的桩作为锚用),或重力式锚(重块)等,不是一般容易起放的转爪锚。
不足:投资高
适用水深:460m~几千米
★单立柱-SPAR
由转盘、浮筒、悬链式锚链组成;
浮筒具有贮油能力与生产设备;
浮筒下一段备有贮油容器;
浮筒上面一段设有转盘,居住舱及工作设备
★中线面,设计水线面,中站面
★纵剖线图、横剖线图、半宽水线图。
★水线面系数
ic卡智能门锁中横剖面系数
方形系数(排水量系数)
棱形系数
★总纵弯曲:
作用在船体上的重力、浮力、波浪力和惯性力等引起船体绕水平横轴的弯曲叫总纵弯曲
★船体的总纵弯曲=在静水中的总纵弯曲+在波浪中的总纵弯曲
★中拱弯曲(hogging)
中垂弯曲(sagging)
★船体结构抵抗总纵弯曲而使船体不发生严重变形或破损的能力,称为船体总纵强度
★总纵弯曲应力由纵构件承受:中内龙骨、旁内龙骨、船底纵骨、船体外板、甲板甲板纵桁、甲板纵骨
温度远程监控★船体横向构件抵抗横向载荷的能力,称为船体的横向强度
★立管:连接钻井船或平台至水下井口的钢质管状结构。
★为钻井液提供通道
为钻杆从水面至井口导向
★组成:
多节钢管连接而成,每支钢管两端有特制接箍。
张紧器:提供张紧力,避免压屈。
伸缩隔水管:随船体有4.6-9.1m的升沉。
上下球接头:
★排水量:船舶浮在水中时排开水的重量。
★载重量:船舶所允许装载的最大重量。
★空载排水量:船完全建成后交船时的排水量,即船自身的重力或空船重力。
★满载排水量:空载排水量加上载重量时的排水量,即正常情况下船舶的最大装载情况,此时船舶吃水处于设计水线处。
★1登记吨=2.832m3。
★排水量——从重量角度表示船舶的大小
载重量——从装载角度表示船舶的大小
总吨位——从舱容角度表示船舶的大小
★船舶浮性
——船舶在一定装载情况下,漂浮于水面保持平衡的能力。
★船舶储备浮力
定义:水线以上船舶主体的水密容积。
★船舶稳性
受外力作用偏离其正浮平衡位置而倾斜的船舶,当外力消失后能回复到原来位置的能力。★提高船舶稳性的措施
降低重心G
提高稳心M,设计合理布置
电话报警系统减小上层建筑的风压面积(减小倾覆力矩)
★船舶抗沉性:
船破损进水后能保持不致于沉没和倾覆的能力。
★抗沉性措施
储备浮力(储备的水密空间)
合理设置水密舱壁(部分舱破进水不致漫及全船)
heff
具体为:1)增加干舷;2)水密舱壁延伸到更高一层甲板;3)减小吃水(H不变);4)增大舷弧或使横剖面外倾,以增大储备浮力。5)采取有效措施
★船舶快速性:
船舶在静水中消耗主机一定功率而能达到较高航速的特性,由船舶的阻力和推进两方面综合确定的。
★船舶的快速性,其中包括:船舶阻力R的性能,及船舶推进T的性能
★船舶在静水中航行时,由于水的粘性作用,在船体周围形成边界层,从而使船体表面与水摩擦产生摩擦阻力
★船在水中航行,在水面上兴起波浪,形成了与舱船体航行方向相反的阻力。
★在船体曲度改变处常会产生漩涡。产生漩涡的根本原因也是水具有粘性。漩涡处的水压下降,因而改变了沿船体湿表面的压力分布情况。这种由粘性引起船体前后压力不平衡而产生的阻力称为粘压阻力,习惯上也称为漩涡阻力。
★剩余阻力=兴波阻力+漩涡阻力
★总水阻力=摩擦阻力+剩余阻力
★船舶操纵性船舶能否按照驾驶者的航行需要,保持或者改变航向、航速、姿态、位置的性能。包括航向稳定性、回转性、转首性(对舵的反应能力)
★回转性:改变原航向作圆弧运动的性能
★航向稳定性:保持既定航向直线航行的性能
★转艏性:回转初期对舵的反应能力
★船舶耐波性
船舶在风浪中遭受由于外力干扰所产生的各种摇荡运动及抨击上浪、失速飞车和波浪弯矩等,仍具有足够的稳性和船体结构强度,并能保持一定的航速安全航行的性能。
★船在波浪中的运动有横摇、纵摇、首摇,垂荡(升沉)、横荡和纵荡六种。
★自由摇荡:船舶在静水中,当产生摇荡的初始外力停止后,由于船舶的惯性作用和复原力矩产生的摇荡叫“自由摇荡”。
★强制摇荡:周期性的外力(如风浪)作用到船舶使其产生的摇荡。
★环境载荷
直接(风、浪、流、冰、
地震)
间接(锚泊力)
★工作载荷
静力载荷:恒定载荷(结构设备重量)可变载荷(压载水,钻井器材)活动载荷(移动设备的重量)
动力载荷(例如钻机运转、起吊时的动载荷,直升机着降引起的冲击载荷)
★风向:16个方位
★有效波高
在海洋工程设计中很关心海浪的显著部分,因此提出了部分大波平均波高的概念。设有一系列观测波高,将其按大小排列,其中最高的P部分求平均,称之为P部分大波平均波高Hp。例如,1000个波高中,取100个最高的波高(1/10部分)求平均,称之为1/10大波平均波高,记为H1/10。特别的是H1/3,是1/3大波平均波高,专门称之为有效波高。

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