Нагрузки при швартовке в море

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 8Следующая ⇒

Эксплуатация шельфовой техники приводит к необходимости осуществления швартовных операций в открытом море. Швартовки Могут быть необходимы при снабжении буровых установок, хотя нормативные документы рекомендуют бесконтактный способ передачи грузов между плавучими буровыми установками и судами снабжения. Швартовные операции проводятся при монтаже шельфовой техники, передаче грузов на суда-трубоукладчики, перекачке жидких грузов с плавучих и стационарных нефтегазохранилищ на транспортныe танкеры и газовозы.

Опыт, накопленный в отечественном флоте, прежде всего при эксплуатации промысловых судов, показывает, что швартовки в море приводят к обширным повреждениям бортовых перекрытий швартующихся судов. Изучение процесса швартовки этих судов привело к разработке метода расчета нагрузок на бортовые перекрытия швартующихся судов. При швартовке можно выделить два типа взаимодействия судов: «жесткие» удары, обусловленные непосредственным контактом металла конструкций и распределенные на небольших площадях давления, которые возникают при взаимодействии кранцевой защиты с бортом. В свою очередь, применяемые кранцы по конструкции представляют собой мягкие оболочки, заполненные воздухом под избыточным давлением.

Рассмотрим физические основы метода определения нагрузок при швартовке судна, на борту которого закреплен пневматический кранец (рис. 3.6). В предположении о достаточной локализации пятна контакта кранца с бортом можно записать уравнение движения сиcтемы судно – кранец:

(3.26)

при начальных условиях – приведенная к точке удара масса двух судов; d – относительное смещение двух судов; v₀ – начальная скорость касания борта кранцем по направлению нормали к борту; Р(d) – жесткостная характеристика кранца.

Исследования показывают, что в первом приближении можно не учитывать влияние относительного крена двух судов на параметры нагрузки.

Рассмотрим последовательно составляющие уравнения движения системы судно – кранец. Приведенная к точке контакта масса рассчитывается следующим образом:

(3.26)

Рис. 3.6. Схема деформирования пневматического кранца при швартовке 1 – кранец; 2 – борта швартующихся судов

M_{0, 1} и M_{0, 2} – приведенные к точке контакта массы первого и второго судна (сооружения). Если сооружение, к которому швартуется судно, стационарное, то его приведенная масса бесконечна, что упрощает задачу: M₀= M_{0, 1}. В общем случае масса M_0,_i- определяется

(3.27)

гдe M – масса судна; l, т, п – направляющие косинусы внешней нормали к поверхности судна в точке контакта; l_x , l_y, l_z – плечи силы Р(d)относительно главных центральных осей инерции судна; I_x , I_y , I_z – моменты инерции сооружений и судов относительно центральных осей; m_ij – соответствующие коэффициенты присоединенных масс воды.

Начальную скорость контакта v₀находят решением задачи качки на нерегулярном волнении судна (судов), расположенного лагом к волнению. Поскольку морское волнение является случайным, то величина v₀также случайна и зависит от размерений судна и балльности волнения. Имитационное моделирование качки отшвартованного судна показывает, что скорость v₀можноаппроксимировать Г-распределением, параметры формы и масштаба которого зависят от балльности волнения (рис. 3.7).

Жесткостная характеристика кранца зависит от типа применяемых кранцев (рис. 3.8). Мягкие кранцы - проницаемые оболочки смягким наполнителем.

Наибольший практический интерес представляет функция Р(d)пневматического кранца, которая приближенно может быть получена в предположении о нерастяжимости и отсутствии изгибной жесткости оболочки кранца, а также изотермическом процессе сжатия воздуха в кранце


Рис. 3.7. Плотности вероятности начальной скорости f(v₀)для различных высот волн 3%-й обеспеченности: h₁ < h₂ < h₃	Рис. 3.8. Жесткостные характеристики кранцев: 1 – пневматические; 2 – мягкие

(3.28)

где p_a– атмосферное давление воздуха; р₀– начальное избыточное давление воздуха в кранце; l – длина кранца; g₀ – удельный вес воздуха при давлении р₀. При сжатии кранца за счет уменьшения его внутреннего объема возникает избыточное давление воздуха, которое может быть определено как

(3.29)

Давление на борт судна равно давлению р. Высота распределения нагрузки находится из равенства периметров поперечного сечения деформированного и недеформированного кранца:

(3.30)

На рис. 3.9 приведены жесткостные характеристики Р(d) пневматического плавучего кранца (диаметром d = 2 м, длиной l = 4 м) и давление в кранце p(d) при различных значениях начального избыточного давления воздуха в нем.

Давление и размеры пятна контакта кранца на бортовые перекрытия будут максимальны при максимальной достигнутой в процессе взаимодействия величине d. При этом начальная кинетическая энергия системы переходит в потенциальную энергию формоизменения кранцевой защиты:

(3.31)

Интегрирование зависимости для пневматического кранца дает следующую функцию для работы по формоизменению:

(3.32)

Численное решение уравнения сохранения энергии для начальных скоростей различной обеспеченности Q позволяет найти значение d_m_ах, а следовательно, давление на борт и высоту распределения нагрузки b этой же обеспеченности Q

Рис. 3.9. Жесткостная характеристика (а)и зависимость избыточного давления в кранце (б)от величины относительного перемещения при различном начальном избыточном давлении в кранце

1 – 0, 05 МПа; 2 – 0, 075 МПа; 3 – 0, 1 МПа; Р – суммарная сила взаимодействия с кранцем; р – избыточное давление воздуха в кранце.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 Следующая ⇒