半潛式生活平臺(tái)絞車底座的設(shè)計(jì)

（南通中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，江蘇 南通 226006）

半潛式生活平臺(tái)絞車底座的設(shè)計(jì)

朱曄，王婕

（南通中遠(yuǎn)船務(wù)工程有限公司，江蘇 南通 226006）

介紹某半潛式海洋生活平臺(tái)絞車底座和救助艇平臺(tái)底座的詳細(xì)設(shè)計(jì)及其有限元分析，通過GENIE軟件建模和SESAM軟件有限元分析，證明船體詳細(xì)設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度要求，能為絞車系泊的運(yùn)行提供保證。

船體詳細(xì)設(shè)計(jì)；GENIE軟件建模；SESAM軟件分析；支撐桿；底座平臺(tái)

半潛式生活平臺(tái)長104.5m、寬65m，配備300噸重吊，適合在英國北海、挪威北海惡劣海況區(qū)域工作，滿足500人同時(shí)居住。該平臺(tái)下部是兩個(gè)浮箱，兩浮箱之間用四根支撐稈連接，形成浮箱整體，設(shè)有6臺(tái)全回轉(zhuǎn)螺旋槳和DP3動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)。浮箱上部有四個(gè)方形支柱，每個(gè)支柱長寬都是13m，高度19.5m。上部是甲板包，甲板包上部是上層建筑。該種平臺(tái)一般要求在主甲板的首尾的四個(gè)角落靠近四個(gè)支柱上方安裝系泊絞車，便于錨的固定和收放。本規(guī)范要求四角處各放兩個(gè)絞車，而且還要求在首部各增加一個(gè)絞車備用，（首部每個(gè)角處3個(gè)絞車）。四角絞車要求制作底座平臺(tái)以支撐，且具有相似性。艏部左舷有救助平臺(tái)可以跟絞車底座平臺(tái)合為一體，設(shè)計(jì)計(jì)算過程較為復(fù)雜，本文著重討論左舷絞車平臺(tái)的設(shè)計(jì)。

1 絞車底座和救生挺救助平臺(tái)詳細(xì)設(shè)計(jì)

圖1 底座相互位置示意圖

（1）平臺(tái)布置。由總布置知道，主甲板處左舷靠近艏部及艏部靠近左弦處布置了大量的起居室，在兩處起居室之間又設(shè)有服務(wù)處所。根據(jù)SOLAS要求，所有救生艇應(yīng)配備重力式儲(chǔ)存機(jī)械動(dòng)力降落裝置，救助艇存放應(yīng)盡可能靠近起居和服務(wù)處所的地方，集合與登乘地點(diǎn)應(yīng)設(shè)在容易從起居和工作處所到達(dá)的地方，便于發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)能迅速集中撤離。另外，系泊絞車必須安裝在支柱（COLUMN）上方，才能使錨的固定和收放功能更加充分有效。絞車和救助艇成套設(shè)備由第三方提供，根據(jù)提供的技術(shù)資料數(shù)據(jù)，我們把絞車底座和救助平臺(tái)整合在一起，結(jié)構(gòu)更為緊湊，相對(duì)位置如下圖1所示。

（2）底座平臺(tái)結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)。整個(gè)平臺(tái)伸出舷外，縱向從FR20到FR30，橫向距中26000mm外板往舷外，垂直方向從甲板包內(nèi)底到主甲板。采用飛翼式結(jié)構(gòu)，用斜撐管支撐平臺(tái)。斜撐管的下端受力點(diǎn)位于外板與甲板包中間甲板的交匯處，斜撐管的上下端部用插入板插入桿子的連接形式，下端與外板連接處全焊透，上端與結(jié)構(gòu)平臺(tái)的大梁面板也必須全焊透。絞車底座下面的板加厚為15mm，其他板厚為10mm,根據(jù)上圖絞車底座的技術(shù)資料數(shù)據(jù)，在相應(yīng)位置處增加大梁以支撐平臺(tái)，強(qiáng)梁尺寸統(tǒng)一為T400×200×12×25，扶強(qiáng)材為HP200×10。平臺(tái)的三個(gè)纜繩開孔要與下面的導(dǎo)纜器一致，不能超出纜繩的收放范圍，開孔角隅圓角半徑盡可能大，避免應(yīng)力集中而在角隅產(chǎn)生裂紋，開孔邊緣焊接FB150×20的扁鋼增加開孔強(qiáng)度，如圖2所示。

圖2 平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 結(jié)構(gòu)應(yīng)力

2 絞車平臺(tái)結(jié)構(gòu)有限元分析

（1）船體結(jié)構(gòu)基本情況。此處主甲板厚為8 mm，甲板縱骨為HP160×9的球扁鋼，甲板在FR23#，F(xiàn) R 2 4#，F(xiàn) R 2 6#，F(xiàn)R27#強(qiáng)橫梁規(guī)格為T400×200×10×12，F(xiàn) R 2 2#，F(xiàn) R 2 5#，F(xiàn)R28#橫艙壁壁厚均為16 mm，水平扶強(qiáng)材均HP180×10；距中32500外板板厚為15 mm，外板窗戶處局部加厚到30 mm（對(duì)接縫按規(guī)范要求增加厚板與薄板之間過渡斜坡），水平縱骨為HP200×10，F(xiàn)R23#，F(xiàn) R 2 4#，F(xiàn) R 2 6#，F(xiàn)R27#處強(qiáng)肋骨均為T400×200×12×25，窗戶處過渡到L400×200×12×25；中間甲板板厚為8 mm，支撐管端部局部加厚到15 mm，甲板縱骨為HP160×9的球扁鋼，甲板強(qiáng)橫梁為T400×200×10×12。平臺(tái)下面支撐管材質(zhì)均為API 5L×52PIPE，規(guī)格為φ323.8×21.4，φ2 7 3×1 8.6，φ219.1×10.3，φ219.1 × 12.7。

（2）船體結(jié)構(gòu)建模。以向船艏的方向作為X軸正方向，以向左舷的方向作為Y軸正方向，向上的垂直方向則為Z軸正方向。以船體結(jié)構(gòu)圖和底座平臺(tái)詳細(xì)設(shè)計(jì)圖利用GENIE軟件建模，以便SESAM軟件分析其強(qiáng)度。

（3）網(wǎng)格大小劃分。一般結(jié)構(gòu)網(wǎng)格以200為宜,考慮到通過網(wǎng)格尺寸的收斂性分析，本文采用整體網(wǎng)格100mm×100mm進(jìn)行分析，對(duì)局部形狀特別的地方可將減少網(wǎng)格尺寸以保證有限元分析的精度，如對(duì)外板處開孔周圍及支撐桿網(wǎng)格為50mm×50mm進(jìn)行分析.

圖4 基座和管支撐應(yīng)力

（4）結(jié)構(gòu)材料物理特性。底座T型材和支撐桿及支撐桿末端加強(qiáng)肘板都采用高強(qiáng)度鋼材,高強(qiáng)度鋼的最小屈服強(qiáng)度為δ=355MPa，楊氏模量為205000MPa,泊松比為0.3，密度785kg/M3.根據(jù)DNV OS- E301要求，結(jié)構(gòu)所能承載的綜合應(yīng)力不超過0.8δ，因此許用應(yīng)力為284MPa。

（5）力的加載分析。根據(jù)設(shè)備供應(yīng)商提供的設(shè)備資料和平臺(tái)自重給平臺(tái)施加載荷，分析與平臺(tái)相聯(lián)系的艙壁的受力情況，見圖3。

從以上的應(yīng)力分析結(jié)果可以看出，結(jié)構(gòu)應(yīng)力比284MPa低很多，所以結(jié)構(gòu)是滿足需求的。

圖4中圓圈所指表示局部區(qū)域所受應(yīng)力偏高，這是由結(jié)構(gòu)幾何突變引起的，且這些最高應(yīng)力周圍的結(jié)構(gòu)有足夠的能力分解這些應(yīng)力，所以結(jié)構(gòu)還是滿足規(guī)范要求的。

3 結(jié)語

通過以上GENIE軟件建模和SESAM軟件力的分析，結(jié)構(gòu)應(yīng)力和支撐應(yīng)力均在合理允許范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求，絞車底座和救助艇提升平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理的，經(jīng)發(fā)DNV船級(jí)社審核，退審?fù)ㄟ^。證明了詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性，完全滿足要求。

[1]李鵬，王定亞，肖銳，牟新明，何進(jìn)前.半潛式平臺(tái)用錨機(jī)研究[J].機(jī)械工程師,2014.

[2]李志海.深海半潛式平臺(tái)多點(diǎn)系泊系統(tǒng)動(dòng)力特性分析[J].中國石油大學(xué),2010.

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