Швартовное турельное устройство

Как отмечено в разделе «Требования к системе удержания МВП» в мировой практике морской добычи углеводородов в последнее время большое распространение получили суда типа FPSО, снабжённые специальным швартовным устройством, включающим якорную систему, установленную на дне моря, швартовный буй, расположенный в корпусе судна, а также якорные связи соединяющие буй с якорной системой. Кроме того, через буй проходят продуктопроводы (райзеры), обеспечивающие подачу на судно углеводородов от скважин, расположенных на дне моря. Швартовный буй, как правило, снабжается поворотным устройством (турелью), обеспечивающим возможность свободного поворота судна (флюгирования) под действием ветра и волн.

Аналогичное швартовное устройство предусмотрено в составе платформы МВП c той лишь разницей, что отсутствуют продуктопроводы.

По результатам анализа данных швартовных устройств, применяющихся в мировой практике, а также с учётом выполненного патентного поиска, в качестве аналога для платформы МВП, как отмечено выше, принята конструкция швартовного погружного буя типа STL, используемого норвежской компанией APL.

В данном концептуальном проекте представлена конструктивная проработка трех вариантов упомянутого погружного буя с турельным устройством, адаптированного к условиям эксплуатации МВП.

Погружной буй с турельным устройством обеспечивает соединение якорной системы с корпусом МВП для удержания платформы на точке стоянки.

Турельное устройство обеспечивает:

- удержание МВП на точке стоянки.

- соединение якорных связей с корпусом МВП.

- возможность отсоединения якорных связей от МВП с последующим их присоединением.

- возможность свободного поворота и перемещения МВП относительно якорных связей.

Как отмечено выше, в составе данного концептуального проекта проработано три варианта турельного устройства:

- вариант 1 (рисунки 6.1 и 6.2) предусматривает размещение турельного устройства внутри погружного буя.

- вариант 2 (рисунок 6.3) предусматривает размещение турельного устройства вне погружного буя (отдельно над буем).

- вариант 3 (рисунок 6. 4) аналогичен варианту 2 с той лишь разницей, что в качестве турели предусмотрено специальное опорно-поворотное устройство.

Все представленные варианты предусматривают размещение турельного устройства внутри одной из стабилизирующих колонн платформы.

Ниже приведено краткое техническое описание и принцип действия каждого из представленных вариантов.

Турельное устройство - вариант 1

В нижней части шахты стабилизирующей колонны платформы МВП выполнена коническая полость 2, внутри которой размещается турельное устройство 3, включающее в себя корпус 7, выполненный в форме усечённого конуса, во внутренней полости которого установлен вал 4, опирающийся на три радиально – упорных сферических роликоподшипника 5, расположенных в корпусах 6, вваренных в металлоконструкцию корпуса 7.

Вал 4 своей верхней частью при помощи крышки 9 опирается на корпус 7 при помощи упорного самоустанавливающегося подшипника 8, расположенного в корпусе 6.

К нижней части вала 4 при помощи крышки 10 прикреплено устройство 11, к наружной поверхности которого присоединены якорные связи, соединяющие турельное устройство буя с якорной системой.

При помощи клиновых устройств 12 погружной буй крепится к колонне 1. Во втянутом положении контакт погружного буя с корпусом колонны платформы осуществляется локальными усиленными участками, расположенными напротив подшипниковых узлов и обеспечивающих передачу нагрузок от буя к платформе. Эти контактирующие участки должны быть выполнены с повышенной точностью. На остальных сопряжённых конусных поверхностях буя и колонны предусмотрен зазор, образуемый за счёт смещения конусных поверхностей во внутрь на буе и наружу в колонне.

В нижней оконечности вала 4 расположены уплотнительные устройства 13, предотвращающие доступ воды во внутренние полости подшипников 5, а также в полость буя.

Над турельным устройством расположены гидроцилиндры 17, подвешенные к конструкции корпуса 1 и обеспечивающие начальное движение вниз погружного буя в случае необходимости его спуска.

Рисунок 6.1 - Швартовное турельное устройство. Вариант 1

Рисунок 6.2 - Швартовное турельное устройство. Вариант 1

Работа турельного устройства осуществляется следующим образом.

При эксплуатации платформы погружной буй при помощи сторонней лебёдки канатом 15 втягивается в коническую полость 2 и в таком положении крепится к колонне корпуса при помощи клиновых устройств 12, обеспечивающих восприятие вертикальных нагрузок, действующих на турельное устройство, а также фиксирующих погружной буй от разворота относительно корпуса платформы.

Нагрузки, возникающие в якорных связях в результате ветроволнового воздействия на платформу, воспринимаются валом 4 и через подшипниковые узлы 5 и 8 передаются на корпус буя, взаимодействующего со стенками полости 2. При этом горизонтальные нагрузки воспринимаются подшипниками 5, а вертикальная нагрузка - подшипником 8.

Под действием ветроволновых нагрузок платформа свободно поворачивается (флюгирует) за счёт подшипниковых узлов вокруг неподвижного вала 4, связанного с якорной системой при помощи связей 16.

Турельное устройство рассчитано на восприятие всех нагрузок, действующих на платформу, в том числе в условиях столетнего шторма.

В случае возникновения экстремальной ситуации (например, появления айсберга) погружной буй может быть отсоединён от платформы, и она может временно уйти с точки, уклонившись от встречи с айсбергом. Для этого буй при помощи каната 15 приподнимается и клинья устройства 12 выводятся из зацепления с турельным устройством. После этого буй опускается на определённую глубину с последующим отсоединением каната 15 от остающегося на поверхности воды сигнального буя.

По возвращении платформы на точку турельное устройство, способом, обратным описанному выше, возвращается на штатное место.

В процессе эксплуатации погружной буй длительное время (несколько лет) может находиться в рабочем (втянутом) положении, За это время за счёт взаимного корродирования может произойти «соединение» его корпуса со стенками конусной полости шахты. В связи с этим в случае необходимости опускания буя его масса может оказаться недостаточной для преодоления «коррозионных» сил сцепления. Для этого приводятся в действие гидроцилиндры 17, толкающие буй вниз.

Турельное устройство - вариант 2

Принцип действия турельного устройства по данному варианту аналогичен варианту 1, однако при этом имеются существенные конструктивные отличия, заключающиеся в том, что вал с подшипниковыми узлами вынесен за пределы погружного буя и располагается стационарно над буем на платформе поднятой выше уровня воды. Соединение вала с буем 21 осуществляется при помощи тяги 18, расположенной внутри вала 19. причём это соединение выполнено шарнирным при помощи проушины 20. Передача вертикальной нагрузки от буя 21 на вал 19 обеспечивается за счёт клинового устройства 22.

Процедура отсоединения буя от вала 19 осуществляется способом, аналогичным предыдущему варианту.

Турельное устройство - вариант 3

Принцип действия турельного устройства по данному варианту аналогичен варианту 2, однако при этом имеются существенные конструктивные отличия, заключающиеся в том, что вместо вала с подшипниковыми узлами применено роликовое опорно-поворотное устройство 26 (роликовая опора), неподвижное кольцо которого при помощи шпилек прикреплено к кольцевому фундаменту 27, приваренному к стабилизирующей колонне. К поворотному кольцу роликовой опоры также при помощи шпилек прикреплена рама 28, внутри которой расположен корпус 29, составляющий с рамой 28 единую сварную коробчатую конструкцию. Для исключения попадания забортной воды в район роликовой опоры предусмотрено уплотнение 30. В остальном, представленная конструкция аналогична устройству по варианту 2.

Рисунок 6.3 - Швартовное турельное устройство. Вариант 2

Рисунок 6.4 - Швартовное турельное устройство. Вариант 3

Сравнительный анализ вариантов турельных устройств

Конструкция турельного устройства по варианту 1, расположенного внутри погружного буя, представляется наиболее оптимальной с точки зрения минимизации нагрузок, воспринимаемых подшипниковыми узлами и буем в целом, так как нижний подшипниковый узел максимально приближен к точкам приложения нагрузок от якорных связей. Это создаёт благоприятные условия как для восприятия нагрузок в процессе эксплуатации платформы, что существенным образом повышает эксплуатационную долговечность устройства в целом.

Данная конструкция турельного устройства позволяет исключить, или существенно уменьшить влияние эксплуатационных деформаций корпуса МВП на работоспособность устройства.

Наряду с этим, учитывая, что турельное устройство всегда находится ниже уровня воды и вместе с буем может погружаться на глубину до 50 м, требуется разработка надёжных уплотнительных устройств, исключающих доступ забортной воды внутрь буя.

Конструкция турельного устройства по варианту 2 испытывает восприятие более значительных нагрузок по сравнению с вариантом 1, так как нижний подшипниковый узел более удалён от точек закрепления якорных связей. Это потребует более полной реализации прочностных запасов как подшипниковых узлов, а также других деталей, находящихся в силовом потоке. Устройство по варианту 2 имеет больший габарит по высоте.

Вместе с тем такая конструкция значительно уменьшает проблему создания уплотнительных устройств.

Необходимо отметить, что оба варианта основаны на использовании стандартных подшипников шведской фирмы SKF и это существенно повышает эксплуатационную надёжность, а также ремонтопригодность швартовного устройства в целом.

Вариант 3 вместо разнесённых по высоте подшипниковых узлов предусматривает использование роликовой опоры, обеспечивающей восприятие всех нагрузок, действующих на устройство. По сравнению с предыдущими вариантами этот вариант имеет следующие недостатки:

- роликовая опора для нормальной эксплуатации требует наличия жёсткого фундамента, исключающего появление деформаций. Выполнение этого требования в данных условиях может оказаться достаточно проблематичным, так как фундамент является составной частью корпуса судна, подверженного деформациям.

- роликовая опора достаточно хорошо воспринимает моментную нагрузку, приложенную нормально к плоскости опоры и значительно хуже воспринимает горизонтальную нагрузку, которая является в данном случае довольно существенной.

- роликовая опора является нестандартной конструкцией, требующей специальной разработки.

- в случае выхода из строя роликовой опоры швартовное устройство на длительное время может оказаться неработоспособным.

Вместе с тем в мировой практике швартовных устройств роликовые опоры находят достаточно широкое применение, особенно для судов типа FPSO, так как такая опора имеет большое внутреннее пространство, что обеспечивает размещение и проводку продуктопроводов в этом пространстве.

С учётом изложенного, наиболее предпочтительным для дальнейшей реализации представляется вариант 1.

Дата добавления: 2015-07-18