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自升式平台主发电机基座设计及强度校核文献综述

 2020-05-04 21:19:02  

1.目的及意义

1.1自升式平台及发电机基座简介

占地球表面约70 %的海洋是人类赖以生存的资源宝库[1]。随着社会的发展和科学的进步,人类对化石燃料的需求量日益增长,陆地上的油气资源在经历过大规模开采后,已然呈现日渐衰竭的迹象,能源开发由陆地转向海洋,已经成为当代社会发展的一项重大战略。因此,21世纪是资源紧缺的时代也是开发海洋的时代,各个沿海国家都将目光聚焦到海洋资源的开发上[2]。对于海洋资源的开发,海洋平台起到了不可或缺的作用。其中自升式平台是一种海上移动式平台,由于其定位能力强和作业稳定性好,在大陆架海域的油气勘探开发中居重要地位[3]

自升式平台,包括自升式钻井平台、自升式生活平台、钻井辅助平台和风力安装平台等,广泛应用于国内外的钻井等任务。自升式平台可分为三大部分:船体,桩靴和升降机构。需要打井等作业时,将桩腿插入或坐入海底,船体还可顺着桩腿上爬,离开海面,工作时可不受海水运动的影响。打完井后,船体可顺着桩腿爬下来,浮在海面上,再将桩脚拔出海底,并上升一定高度,即可拖航到新的位置上。在诸多种类的海洋油气开采装备中,自升式平台以其具有作业灵活、钢材用量少、建造成本低、可移动性能好、操作费率低等诸多优势特点,成为了近海油气勘探开发最重要的海洋工程装备[4]。近些年来,为满足海洋石油勘探开发不断发展的需要,自升式平台技术一直向以下方向发展。

①平台作业走向深水化

②平台性能趋向自动化和智能化

③平台功能实现多样化[5]

主发电机基座是自升式平台中对发电机起到支撑、定位安装作用的一个重要结构。基座处于主发电机的工作环境中,因此发电机安全可靠的工作与基座合理的结构性能是密不可分的。一方面,基座要良好的固定住发电机,其自身结构要足以承受发电机的重要,在相关载荷的作用下不至于屈服,这样才能保证发电机安全运行;另一方面,对于发电机工作时产生的振动,基座要起到隔振作用,减少其向平台主体传递。考虑到平台局部的振动有可能发展为整个平台的严重振动,而发电机的振动较强,因此,研究发电机基座的振动对于整个平台的安全运行是十分有必要的。研究发电机基座,即是为了自升式平台能够安全、稳定的作业,保证生产作业的安全可靠性,对于人命财产安全和经济发展具有重要意义。

1.2国内外研究状况

海洋环境条件复杂而多变,自升式平台工作时承受的环境载荷十分苛刻,如风[6]、浪、流等,平台暴露于高水平的外部载荷,易受到极端载荷破坏[7],加之自身工作时产生的附加载荷,对平台的结构稳定性来说是个巨大的挑战。海洋环境载荷对平台振动控制有很大影响[8],良好可靠的结构性能,是保障平台安全运行的关键。对于平台本身及相关重要结构的振动、屈服、疲劳等问题,尤其受到国内外研究学者的关注。

对于平台结构承受载荷及动力响应方面,张建等[9]以Super M2海洋平台为研究对象,分析了环境载荷对自升式海洋平台力学响应的影响,并对不同工况下的自升式海洋平台进行数值研究,同时应用斯托克斯波浪理论模拟水质点的运动规律,分析得出了平台的响应特性。

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