Судно для работ в открытом море
Изобретение относится к судостроению и может быть использовано при создании судов для работ в открытом море, например на морских нефтепромыслах. Судно для работ в открытом море имеет несколько проходящих насквозь шахт в корпусе. Зоны палубного настила и/или днища корпуса, расположенные между шахтами, смещены относительно остальной части соответственно палубного настила и/или днища корпуса судна в положение, находящееся ближе к поперечной нейтральной оси корпуса. Зона между остальной частью палубного настила и днища и смещенными зонами может образовывать постепенный переход от одного уровня к другому. Зона между остальной частью палубного настила и днища и смещенными зонами может образовывать ступенчатый переход, имеющий одну или более ступеней. Судно может иметь смещение зоны палубного настила и/или днища корпуса с кормовой стороны шахты, ближайшей к корме судна, и с носовой стороны шахты, ближайшей к носу, в продольном направлении. Технический результат реализации изобретения заключается в снижении концентрации напряжений на судне при воздействии на него рабочих нагрузок. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.
Данное изобретение относится к области судостроения и, более точно, касается судна для работ в открытом море, которое имеет один или более вертикальных проемов - так называемых буровых шахт - в корпусе.
Проемы в корпусе судна, которое предназначено для использования, например, в качестве бурового судна, в настоящее время стали довольно распространенными, их может быть один или несколько и они используются для решения широкого круга задач. В некоторых ситуациях требуется расположить неподвижно устанавливаемое оборудование в непосредственной близости к такой буровой шахте для решения специальных задач. Это может быть, например, буровая вышка, конструкция крана для опускания и подъема, ROV или другое оборудование для выполнения работ через эти проемы в корпусе.
Проемы обычно расположены вдоль продольной центральной линии судна и могут иметь различную форму и размеры поперечного сечения, но часто они имеют прямоугольную или приблизительно прямоугольную форму, а если имеется несколько проемов, то их располагают друг за другом вдоль центральной линии судна, и они могут иметь одинаковую форму и размер поперечного сечения. Если проемы не используются для специальных задач, они могут быть встроены в судно для оказания влияния на его перемещения.
В частности, известно судно для проведения работ в открытом море, описанное в US, A, 4448568 и имеющее несколько проходящих насквозь шахт (проемов) в корпусе.
Прямоугольные проемы оказывают влияние на распределение напряжений, помимо прочих конструктивных элементов, в листах палубного настила и днища корпуса, когда судно подвергается воздействию напряжений, создаваемых волнами и другими нагрузками. В некоторых зонах могут возникать выемки, приводящие к концентрациям напряжения, при которых уровень напряжения может быть значительно выше средних напряжений в листах палубного настила и днища корпуса. Концентрации напряжений будут возникать, в частности, в углах прямоугольных проемов даже несмотря на то, что углы сконструированы с возможностью минимизации эффекта выемки. Можно также смягчить ситуацию путем разработки консольных держателей и локальной арматуры, однако коэффициент концентрации напряжений зачастую все же будет высоким, тогда как коэффициент 2 концентрации напряжений ни в коем случае недопустим.
При конструировании и сооружении бурового судна необходимо учитывать такие локальные концентрации напряжений, которые являются основой для расчета усталостной долговечности судна. В некоторых рабочих условиях, например при долговременных работах в Северном море, усталость может быть решающим критерием для выбора размера типового поперечного сечения бурового судна. На практике это означает, что размеры листов палубного настила и днища корпуса приходится значительно увеличивать, чтобы удовлетворить требования предела усталости. Кроме того, усложняется технологический процесс, а это также обуславливает значительно более высокие затраты. Кроме того, картина нагрузки и распределения напряжений станет более сложной и неопределенной, когда, например, буровую вышку, предназначенную для использования сквозь проем корпуса, приходится неподвижно устанавливать в зоне концентраций напряжений или в непосредственной близости от таких зон. При размещении неподвижного оборудования такого типа предпочтительно, конечно, чтобы напряжения и концентрация напряжений были минимальными и, в большей части, равномерными, с отсутствием, по возможности, локальных концентраций напряжений или потенциальных причин их возникновения. Это позволяет иметь конструкции, которые проще в изготовлении, что, в свою очередь, будет способствовать уменьшению затрат, связанных с сооружением судна.
Известно, что распределение напряжений в листах палубного настила и днища корпуса таково, что, когда судно подвергается воздействию напряжений, вызываемых волнами и другими нагрузками, напряжения в листах палубного настила и днища корпуса возрастают приблизительно линейно с увеличением расстояния от поперечной нейтральной оси судна. Иными словами, листы палубного настила и днища корпуса, наиболее удаленные от поперечной нейтральной оси судна, будут воспринимать наиболее высокий уровень напряжений. Кроме того, напряжения интенсифицируются при локальных концентрациях напряжений из-за конструкции листов палубного настила и днища корпуса, если в эту конструкцию включены элементы, которые создают эффект выемки. Такими элементами могут быть острые углы, проемы, вваренное оборудование и т.п. Таким образом, на основе этих факторов становятся очевидными два решения, направленные на снижение концентраций напряжений. Одно из них заключается в уменьшении эффекта выемки в листах палубного настила и днища корпуса, а другое решение, которому посвящено настоящее изобретение, уделяет основное внимание расположению и форме листов палубного настила и днища корпуса, у мест вырезов, которые являются, например, прямоугольными, относительно поперечной нейтральной оси судна.
В основу изобретения поставлена задача создать конструкцию судна для работ в открытом море, в которой бы расположение и форма листов палубного настила и днища были бы таковы, что позволили бы снизить концентрацию напряжений на судне при воздействии на него рабочих нагрузок.
Поставленная задача решается тем, что на судне для работ в открытом море, имеющем несколько проходящих насквозь шахт в корпусе, согласно изобретению зоны палубного настила и/или днища корпуса, расположенные между шахтами, смещены относительно остальной части соответственно палубного настила и/или днища корпуса судна в положение, находящееся ближе к поперечной нейтральной оси корпуса.
Целесообразно при этом, чтобы зона между остальной частью палубного настила и днища и смещенными зонами образовывала бы постепенный переход от одного уровня к другому.
В предпочтительном варианте зона между остальной частью палубного настила и днища и смещенными зонами образует ступенчатый переход, имеющий одну или более ступеней.
Также предпочтительным является вариант, когда судно имеет смещение зоны палубного настила и/или днища корпуса с кормовой стороны шахты, ближайшей к корме судна, и с носовой стороны шахты, ближайшей к носу, в продольном направлении.
Если листы палубного настила и листы днища корпуса, которые имеют вырезы для буровых шахт, размещены ближе к поперечной нейтральной оси, то средний уровень напряжений будет ниже, и концентрации напряжений, являющиеся результатом выемок, будут меньше. Это, в свою очередь, является главным при выборе размеров листов палубного настила и днища корпуса и, особенно, - в связи с выбором размеров с учетом динамической нагрузки и усталостной долговечности. На буровых судах, имеющих буровые шахты и охватываемых настоящим изобретением, в любом случае будут существовать концентрации напряжений в результате выемок в местах, где проемы или так называемые буровые шахты проходят сквозь листы палубного настила и днища корпуса. Смещая эти листы палубного настила и днища корпуса или - по выбору - только лист палубного настила или лист днища корпуса к поперечной нейтральной оси судна, можно получить более низкий средний уровень напряжений. Это позволяет снизить пики напряжений и таким образом способствует снижению необходимости иметь толстые листы, что, в свою очередь, приводит к снижению стоимости.
В предложенной конструкции листы палубного настила (на верхней палубе) и листы днища сбоку буровой шахты будут непрерывными, без каких-либо вырезов, которые приводят к появлению выемок, а значит - и к концентрациям напряжений.
Ниже приведено более подробное пояснение изобретения со ссылками на чертежи, на которых:
фиг.1 изображает корпус с тремя буровыми шахтами, продольный разрез вдоль центральной линии судна, причем листы палубного настила и листы днища корпуса между каждой буровой шахтой смещены согласно изобретению;
фиг.2 - судно с одной буровой шахтой, продольный разрез вдоль центральной линии судна, причем листы палубного настила и листы днища корпуса с кормовой и носовой сторон буровой шахты смещены в соответствии с конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.3 - судно с одной буровой шахтой, продольный разрез вдоль центральной линии судна, причем листы палубного настила и листы днища корпуса смещены в соответствии с другим конкретным вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.4 - вид сверху корпуса, показанного на фиг.1;
фиг.5 - вид сверху корпуса, показанного на фиг.2;
фиг.6 - вид сверху корпуса, показанного на фиг.3;
фиг.7 - поперечный разрез по центру буровой шахты судна (по линии А-А), имеющего двойное днище и двойную палубу, причем листы палубного настила и листы днища корпуса расположены в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.8 - поперечный разрез по центру буровой шахты судна, имеющего двойное днище и двойную палубу, причем листы палубного настила и листы днища корпуса расположены в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.9 - поперечный разрез по центру буровой шахты судна, имеющего одинарное днище и одинарную палубу, причем листы палубного настила и листы днища корпуса расположены в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.10 - поперечный разрез по центру буровой шахты судна, имеющего одинарное днище, но не двойную палубу, лист палубного настила у буровой шахты смещен в соответствии с настоящим изобретением.
Один конкретный вариант осуществления настоящего изобретения показан на фиг.1, где в продольном разрезе вдоль центральной линии (ЦЛ) изображен корпус судна, имеющего три сквозных вертикальных проема 2, также называемых буровыми шахтами, расположенных друг за другом в продольном направлении. В соответствии с изобретением, зоны 8 палубного настила и зоны 4 днища корпуса между каждой парой проемов 2 смещены таким образом, что листы палубного настила смещены вниз к поперечной нейтральной оси 20 судна и листы 4 днища корпуса аналогично смещены вверх относительно остальной части днища корпуса судна к поперечной нейтральной оси 20 судна. Это также можно увидеть на фиг.4, где та же конструкция, что и на фиг.1, показана на виде сверху, причем проемы или буровые шахты 2 расположены вдоль центральной линии судна, а между ними находятся зоны 8 палубного настила. Эти зоны 8 перемещены к зоне, где средний уровень напряжений ниже, и в результате такого расположения влияние выемок в углах и т.д. будет уменьшено.
Фиг.2 изображает корпус в продольном разрезе, с буровой шахтой 2, сделанном вдоль центральной линии. Зона палубного настила на каждой стороне буровой шахты разделена на части 9 и 10, причем обе они смещены к поперечной нейтральной оси 20 судна относительно остальной части палубы. Кроме того, части 5 и 6 листов днища корпуса также смещены в вертикальном направлении к поперечной нейтральной оси 20 судна. Как и смещение зон 4, 8, показанных на фиг.1, это приводит к снижению среднего уровня напряжений в листах палубного настила и листах днища корпуса. Решение, показанное на фиг.2, отличается от решения, показанного на фиг.1, тем, что в этом случае смещены зоны палубного настила и днища корпуса у передней и задней кромок буровой шахты 2, тогда как на фиг.1 смещены зоны между каждой парой буровых шахт. Помимо этих двух решений, на судне, имеющем более одной буровой шахты, возможна комбинация, при которой зоны палубного настила и зоны днища корпуса между буровыми шахтами могут быть смещены к поперечной нейтральной оси 20 судна, и при этом зоны палубного настила и зоны днища корпуса с передней и задней (носовой и кормовой) сторон ряда буровых шахт могут также быть смещены к поперечной нейтральной оси 20 судна. Решение, показанное на фиг.2, также проиллюстрировано на фиг.5, где ясно видно, что части 9 и 10 зон палубного настила на носовом и кормовом концах буровой шахты 2 занимают лишь часть зоны палубного настила судна. Как смещение частей 9 и 10 зон палубного настила, так и смещение частей 5 и 6 днища корпуса выполнено ступенчатым, так что части 9 палубного настила и части 5 днища корпуса смещены в вертикальном направлении ближе к поперечной нейтральной оси 20 судна, чем части 10 палубного настила и части 6 днища корпуса. Это обеспечивает дополнительное ослабление эффекта выемки, что способствует снижению концентраций напряжений в конструкции зоны палубного настила и зоны днища корпуса, помимо их смещения к зоне, имеющей более низкий средний уровень напряжений.
Другой альтернативный конкретный вариант осуществления показан на фиг.3, на которой изображен корпус в продольном разрезе, с одной буровой шахтой 2, сделанном вдоль центральной линии, а зоны палубного настила на кормовой и носовой сторонах буровой шахты смещены в соответствии с изобретением в зонах 11а и 11b палубного настила. Кроме того, зоны днища корпуса на носовой и кормовой сторонах буровой шахты 2 смещены в зонах 7а и 7b корпуса. В отличие от решения, изображенного на фиг.2, соединение между смещенными зонами и остальной частью окружающих зон листов палубного настила и днища корпуса показано в виде линейных наклонных плоскостей в зонах 7b, 11b, что также обеспечивает уменьшение эффекта выемки в зонах вокруг буровой шахты. Это конструктивное решение помимо преимущества от смещения зон палубного настила к поперечной нейтральной оси 20 судна, где средний уровень напряжений ниже, будет способствовать уменьшению концентрации напряжений в зонах вокруг буровой шахты 2. Решение, изображенное на фиг.3, также представлено в виде сверху на фиг.6.
Степень смещения листа палубного настила или листа днища корпуса к поперечной нейтральной оси 20 судна в соответствии с настоящим изобретением может изменяться согласно требуемому среднему уровню напряжений, причем практические соображения, связанные с конструкцией судна, будут преобладающими применительно к расположению этих листов палубного настила и листов днища корпуса.
Фиг.7 изображает поперечный разрез корпуса судна, имеющего двойное дно и "двойную" палубу, а также размещенную в центре буровую шахту 2. В соответствии с настоящим изобретением, зона палубного настила и зона днища корпуса на носовой и/или кормовой стороне буровой шахты смещены относительно остальной части зоны палубного настила и зоны днища корпуса к поперечной нейтральной оси 20 судна. На фиг.7 видно, что это достигнуто путем удаления верхнего листа палубного настила и нижнего донного листа корпуса в конструкции с двойной палубой и двойным днищем, в результате чего достигнуто смещение зоны палубного настила и зоны днища корпуса в вертикальном направлении к положению нижнего листа палубного настила и верхнего листа днища обшивки корпуса. Выемки, создающие локальные напряжения, вокруг буровой шахты перемещены на уровень, где средний уровень напряжений в поперечном сечении ниже. Если это смещение позволяет достичь снижения среднего уровня напряжений на 20-40%, то, по грубой оценке, можно считать эффект увеличения усталостной долговечности находящимся в диапазоне 100-200%.
Фиг.8 также изображает поперечный разрез корпуса, имеющего буровую шахту 2, причем предусмотрены и двойная палуба, и двойное дно. Однако в этом случае зона палубного настила и зона днища корпуса на каждой стороне буровой шахты смещена в вертикальном направлении к поперечной нейтральной оси судна путем размещения отдельного уровня палубного настила между верхней и нижней палубами в конфигурации с двойной палубой, а также отдельного уровня днища корпуса между верхним и нижним днищем в конструкции с двойным днищем.
Фиг.9 изображает поперечный разрез корпуса с буровой шахтой 2, причем предусмотрены одинарная палуба и одинарное днище корпуса. В этом случае смещение зоны палубного настила и зоны днища корпуса на каждой стороне буровой шахты не связаны ни с какими нижними уровнями палубного настила или верхними уровнями днища корпуса, а предпочтительный эффект изобретения был достигнут здесь просто путем смещения части зоны палубного настила и зоны днища корпуса в вертикальном направлении к поперечной нейтральной оси судна. Смещение зоны палубного настила и зоны днища корпуса необязательно должны быть симметричными за счет их смещения на равное расстояние к поперечной нейтральной оси. Точно так же, необязательно смещать обе зоны - и палубного настила, и днища корпуса, проиллюстрировано фиг.10. На этом чертеже показан поперечный разрез корпуса с буровой шахтой 2, где только зона палубного настила смещена в вертикальном направлении к поперечной нейтральной оси судна.
В объеме вышеописанных конкретных вариантов осуществления возможно судно, в котором одна или несколько зон между этими буровыми шахтами могут быть смещены в вертикальном направлении к поперечной нейтральной оси судна. Это смещение не обязательно должно быть симметричным относительно нейтральной оси, т.е. не обязательно смещать зону палубного настила и зону днища корпуса на одинаковое расстояние, можно смещать только одну из них в вертикальном направлении. Кроме того, если имеется больше двух буровых шахт, может оказаться подходящим разное вертикальное смещение между разными буровыми шахтами. Независимо от числа буровых шахт, предусмотренных в корпусе, может оказаться подходящим смещение зоны палубного настила и зоны днища корпуса с кормовой стороны буровой шахты, ближайшей к корме судна, и с носовой стороны буровой шахты, ближайшей к носу, в продольном направлении. Эти смещения на судне не обязательно должны иметь одинаковую величину или быть связанными с каким-либо смещением листов палубного настила и/или днища корпуса между несколькими буровыми шахтами. Смещение в вертикальном направлении листов палубного настила и листов днища корпуса с кормовой и носовой сторон буровых шахт, расположенных в крайних точках в продольном направлении, можно также сочетать с постепенным ступенчатым изменением, включающим одну или более ступеней, линейным соединением или приблизительно дугообразным соединением между смещенной зоной и остальной частью зоны палубного настила и/или днища корпуса.
Формула изобретения
1. Судно для работ в открытом море, имеющее несколько проходящих насквозь шахт в корпусе, отличающееся тем, что зоны палубного настила и/или днища корпуса, расположенные между шахтами, смещены относительно остальной части соответственно палубного настила и/или днища корпуса судна в положение, находящееся ближе к поперечной нейтральной оси корпуса.
2. Судно по п.1, отличающееся тем, что зона между остальной частью палубного настила и днища и смещенными зонами образует постепенный переход от одного уровня к другому.
3. Судно по п.1, отличающееся тем, что зона между остальной частью палубного настила и днища и смещенными зонами образует ступенчатый переход, имеющий одну или более ступеней.
4. Судно по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что оно имеет смещение зоны палубного настила и/или днища корпуса с кормовой стороны шахты, ближайшей к корме судна, и с носовой стороны шахты, ближайшей к носу, в продольном направлении.
РИСУНКИ
