НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. Р. Е. АЛЕКСЕЕВА

Кафедра «Теория корабля и гидромеханика»

Курс «Океанотехника»

Отчёт расчетно-графических работ

«Расчет ветро-волновых воздействий и динамики самоподъемной плавучей буровой установки»

Выполнил:
Группа:
Проверил:	Савинов В. Н.

Нижний Новгород

2022

Содержание

	Стр.
1. Практическая работа №1 «Расчет динамических характеристик СПБУ»	2
2. Практическая работа №2 «Расчет ветровых и волновых нагрузок, действующих на СПБУ»	4
3. Практическая работа №3 «Исследование начальной остойчивости ППБУ»	8
4. Практическая работа №4 «Статические характеристики якорных связей ППБУ и МС»	11

1. Расчет динамических характеристик спбу

Цель работы:

1. Ознакомление студентов с особенностями конструкции СПБУ.

2. Рассмотрение основных положений методики расчета динамических характеристик СПБУ.

3. Определение динамических характеристик СПБУ для данного варианта.

Описание работы конструкции СПБУ проекта «Каспий»:

СПБУ состоит главным образом из корпуса 1 с размещенным оборудованием, буровой вышки 2 и опорных колонн 3, имеющих снизу опорные башмаки 8. Порталы 6 предназначены для размещения механизмов подъема. На палубе понтона размещены: краны 4 и жилой блок 5, с вертолетной площадкой 7. Отличительной особенностью СПБУ является ее способность быть в двух принципиально различных режимах:

- походном (рис. 1а), когда установка плавает как обычное судно.

- рабочем (рис. 1б), когда корпус СПБУ опирается на дно с помощью опорных колонн и приподнят над водой.

Рис.1 – СПБУ проекта «Каспий»

Рис 2 – Панель опарной колонны Рис 3 – Конструкция колонны

Решение:

1. Расчетная длина ОК СПБУ определяется по формуле:

L_p = h_гр + H + h_н = 9 + 54 + 17.5 = 80,5 м,

2. Определяем расчетную массу верхнего строения:

M₁ = M₀ + K·m·(L - L_p) = 8760 + 4·8·(100 – 80,5) = 9384 т, где: М₀ = 8760 т - масса понтона с размещенным на нем оборудованием; К = 4 - число опорных колонн; m = 8 т/м ; L = 100 м – общая длина опорной колонны.

3. Будем рассматривать лишь колебания по первой (основной) форме Ф₁

В этом случае период колебаний определяется по формуле:

где: M_k - общая масса всех опорных колонн на длине L_p с учетом присое­диненной массы воды, M_k = (m·L_p + ·H)·К = (8·80,5+2,26·54)·4 = 3064,16 т ,

где: k_п - коэффициент приведения массы опор к массе понтона, который можно приближенно принять равным 0.5;

Е - мо­дуль упругости первого рода для материала опорных колонн (Е = 2·10⁸ кН/м²).

J =2,75 м⁴ – момент инерции площади поперечного сечения колонны.

4. Определим круговую частоту собственных колебаний, соответствующих периоду:

Ω = 2  / Т = 2·3,14 / 5,84 = 1,07 с^-1

5. Для оценки интенсивности затухания свободных колебаний СПБУ в жидкости воспользуемся понятием логарифмического декремента, который лежит в пределах 0,20,4. Принимаем  = 0,314.

6. Определим параметр затухания колебаний:

 =  / 2 0,314 / (2·3,14) = 0,05

Рис 4 – Динамическая схема Рис 5 – Форма собственных колебаний

2. Расчет ветровых и волновых нагрузок, действующих на спбу

Цель работы:

1. Рассмотрение основных положений методики расчета ветровой нагрузки.

2. Расчет ветровой нагрузки для заданных условий работы.

3. Рассмотрение основных положений линейной теории волн, используемый при расчете волновых нагрузок континентального шельфа.

4. Расчет волновой нагрузки на опорные колонны при заданных условиях

Методика расчета ветровых и волновых нагрузок:

Ветровые нагрузки, действующие на сооружения, зависят от формы и площади его элементов, а также скорости ветра. Наибольшая скорость ветра в районе эксплуатации сооружения может быть установлена анализом ежесуточных метеорологических сводок. Среднюю скорость ветра обычно определяют в интервале от 2 до 60 мин. В большинстве стран десятиминутный интервал осреднения.

Для расчета принимают статический годового максимума средней скорости с повторяемостью раз в 100 и 50 лет для различных прибрежных районов на уровне 10 м от земли.

На раннем этапе проектирования СПБУ воздействие ветра можно считать чисто статическим, т.е. допустить, что частицы воздуха распро­страняются с постоянной во времени средней скоростью , где z высота над уровнем моря. Экспериментально установлено, что средняя скорость ветра увеличивается с высотой z.

Рис. 6 – Эпюра средней скорости ветра и ветрового воздействия

Морские волны обычно представляют собой нерегулярную последовательность холмов и ложбин. Их появление связано в первую очередь воздействием ветра на свободную поверхность воды. Волны достигают наибольших размеров в районе эксплуатации сооружения тогда, ‘когда там создаются штормовые условия.

В практике инженерных расчетов воздействия волн на морское сооружение обычно рассматривается или отдельная волна, обусловленная экстремальными штормовыми условиями, или используется стати представление волнения при тех же условиях. В каждом из и необходимо установить связь между характеристиками. волнения, а также скоростями, ускорениями и давлениями в воде. Для этого применяется соответствующая теория волн.

Волновая нагрузка преграды с малыми относительно длины волны  размерами поперечного сечения может быть представлена как сумма скоростной Q_ск и инерционной Q_ин составляющих:

Q = Q_ин + Q_ск

Однако учитывая, что, во-первых, скоростная составляющая Q_ск при воздействии на форменные решетчатые конструкции является преобладаю­щей (т.е. Q_ск>>Q_ин) и, во-вторых, инерционная составляющая Q_ин во времени действует асинхронно по отношению к скоростной составляющей Q_ск (т.е. q_ск ~cost, а Q_ин ~ sint, где  - круговая частота регулярного волнения), примем, что Q_ин пренебрежимо мала и ограничимся рассмотре­нием лишь скоростной составляющей волновой нагрузки Q = Q_ск.

Решение: