多功能钻井船大型功能模块支撑结构设计.pdf

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1、堇创新与应用I2012~10月(上)科技创新多功能钻井船大型功能模块支撑结构设计孙大巍曾艳彬赵伟-郝春艳2(1、中远船务工程集团有限公司技术中心，辽宁大连1166002、大连中远船务工程有限公司技术中心，辽宁大连116113)摘要：本文主要介绍了钻井船上部大型功能模块支撑结构的设计思路，主船体变形对上部模块及其支撑结构设计的影响和模块支撑架构设计的相关要求，并探讨了钻井船上部功能模块支撑结构设计载荷及工况的考虑，结构强度分析方法及结构疲劳分析方法。为钻井船上部大型功能模块支撑结构设计提供参考。关键词：船舶与海洋工程结

2、构设计；钻井船；大型功能模块引言板与板中心对位方式进行设计。油气资源在全球的能源结构中处于不可代替的主体地位，随着陆如果结构出现某处应力集中，导致焊缝疲劳寿命不满足要求，可以上及近海油气资源经过长期大规模开发后，世界范围内的油气勘探与采用焊角打磨的方法来改善结构的疲劳寿命。焊角打磨要使用专业的开发重点已转向深海，并逐渐形成了投资高，风险大，高新技术密集的打磨工具，需将焊角处理成平滑的弧形剖面，但要注意打磨底板深度要深海能源工业新领域。海洋工程装备主要指海洋资源(特别是海洋油气不小于毫米，且不大于2毫米或7％的底板厚度

3、(取小者)。资源)勘探、开采、加工、储运、管理、后勤服务等方面的大型工程装备和2模块支撑结构计算方法、设计载荷及设计工况选择辅助装备，具有高技术、高投人、高产出、高附加值、高风险的特点，是先2．1模块支撑结构强度分析方法进制造、信息、新材料等高新技术的综合体，产业辐射能力强，对国民经模块结构强度计算应用有限元分析方法，依照DNV、API规范，采济带动作用大。海洋工程装备制造业是为海洋开发提供装备的战略性用工作应力设计法WSD(WorkingStressDesi印蒯绗结构分析。产业，目前已被国家列为发展高端装备制造业的

4、重要内容之一。海洋油结构分析的3维有限元(FEM)模型使用FEMAP软件建立，运用线气资源开发装备是目前海洋工程装备的主体，包括各类钻井平台、钻井弹性分析，所有构件均由壳单元与梁单元构成。船、浮式生产储油船(FPSO)等。适用于深海钻井勘探的海洋工程装备工作应力设计法是通过计算出不同组合工况下的结构应力水平与有：半潜式钻井平台及钻井船。钻井船较半潜式钻井平台的优点有：工材料最大许用应力乘以不同载荷状态下的利用系数进行比寝来得到结作水深大，航行机动，载重量大等。构的安全水平的方法。钻井船上部大型功能钻井模块的设计与建造

5、在国内尚属起步阶段，很多问题还有待解决。这其中就包括上部模块与主甲板连接结构的设计。钻井船上部模块具有操作工况复杂，作业环境条件恶劣，重量大，重心高的等特点，因此模块与主甲板的连接结构的设计至关重要。钻井船与FSO、FPSO等海工产品不同，其运营工况更复杂，所以在设计过程中设计工况的筛选、确定十分重要。钻井船也不同于钻井平台，钻井船主船体由于波浪弯矩引起的上甲板变形必将对上部模块结构产生巨大影响。钻井船又不同于常规船舶，它需要长期在复杂的运营工况及恶劣的海况下连续工作，因此，模块底部与主甲板连接结构的疲劳问题同样备受

6、关注。图2_1模块支撑结构分析有限元模型1模块支撑结构的设计考虑2．2模块支撑结构设计载荷考虑上部模块支撑结构是上部模块与主船体之间的连接结构，是模块2．2．1模块刘模块支撑结构的支反力(由模块结构的计算报告中提与船体结构的重要接口。模块的支撑结构需要支撑操作重量达到几千取)。吨的上部模块，而由静水弯矩与波浪弯矩引起的主甲板变形载荷同样22．2由波浪引起的惯性力。对模块支撑结构影响巨大，所以模块支点的布置及位置选择非常重要，2．2．3由静水弯矩与波浪弯矩引起的船体甲板变形载荷。通常模块支点布置在船体刚性较好的强框架处

7、。同样为了降低由于主2．2．4模块支撑结构下部舱室中液体引起的晃荡与冲击载荷。船体变形载荷对模块结构的影响，子模块之间通常采用简单的板搭接225甲板上浪载荷。形式，避免采用构架间的刚性连接形式。23模块支绔翱十工况考虑由于上部模块具有重量大，鸯高的特点。加之钻井船的设计环境结合钻井船的操作特f生及规范要求，钻井船模块支撑结构的设计载荷非常恶劣。因此，在巨大的惯性力及甲板变形力的作用下，模块支工况设i十为以下几种工况：撑结构肘板趾端处会产生应力较高的应力集中点，为了降低由此产生2．3．1极限强度工况(uLs)：满足北大

8、西洋100年一遇海况，船体保的高应力应力集中点对结构强度，尤其是疲劳强度的影响，模块支撑结持迎浪±30度。构肘板趾端推荐采用软趾端设计。。同时，为了有效的降低结构的应力集232意外工况#l(A【s#l1：假定DP3系统失效，船体失去控制航向中系数，支撑结构与模块，支撑结构与甲板下加强的结构对位推荐采用能力。北大西洋一年一遇的海况应用于意外工况#