CN105117569B - 半潜式钻井平台泥浆泵基座的设计方法 - Google Patents

半潜式钻井平台泥浆泵基座的设计方法 Download PDF

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邱少华
李洪光
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Nantong COSCO Shipping Engineering Co., Ltd.
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Cosco Shipyard Group Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种半潜式钻井平台泥浆泵基座的设计方法，包括如下步骤：初步设定；初步设计；型材选用和结构力学计算；建立结构模型；确定载荷；运行分析；详细节点设计和加强。本发明可以提高设计人员的工作效率，减少错误的发生及尽量控制重量和材料损耗。本发明中的设备基座设计应基于设备重量及底脚形式，结合布置要求，工作环境及使用需求和规范要求选择合适的型材规格与加强形式。总之，基座设计看似简单，却涉及到方方面面的影响因素，设计者应根据设计规范及实际情况合理选择，最大限度的优化结构及控制重量。

Description

半潜式钻井平台泥浆泵基座的设计方法
技术领域
本发明属于船用技术领域，具体涉及一种半潜式钻井平台泥浆泵基座的设计方法。
背景技术
海上石油钻井平台是以钢结构为主体的多专业协同工作的采油平台，相应设备基座也由钢结构构成，设计规范和力学计算就成为基座设计的主要依据。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种半潜式钻井平台泥浆泵基座的设计方法。
技术方案：一种半潜式钻井平台泥浆泵基座的设计方法，包括如下步骤：
步骤(1)初步设定；
步骤(2)初步设计；
步骤(3)型材选用和结构力学计算；
步骤(4)建立结构模型：
该基座支撑结构主要为梁系结构，所以用操作比较简单的3D-BEAM软件进行计算即可，先根据初步设计的蓝图建立3D-BEAM的力学模型，建模计算时应注意边界条件的选取，模型应尽量包括四周的强结构如舱壁及大梁，型材与舱壁连接处为刚性固定，型材与大梁连接处为保守起见通常选为铰支；
(5)确定载荷；
(6)运行分析：
计算结果应满足相关设计规范的要求，考虑材料系数，载荷系数等，在此基础上不超过材料的屈服极限及变形要求即为满足要求，载荷系数在施加载荷时已经考虑，固许用应力为：
σ≤Fy/γM＝355/1.15＝309MPa
本计算模型最后结果显示136号梁承受最大的应力，值为小于许用应力309MPa，变形值也满足规范的要求，因此结构强度满足要求；
(7)详细节点设计和加强：
考虑到本基座结构主要由14个螺栓与设备相连，固螺栓位置为主要支撑点，本基座结构在每个螺栓两侧各增加一组肘板以提供支撑；
按照规范要求，肘板厚度应不小于T型材腹板厚度，此处厚度选为18mm，同时，为保证结构连续性，甲板反底也要增加结构以支撑肘板，选用150x12的扁钢；
根据实际结构情况，个别位置增加扁钢焊接较困难，所以在结构强度满足的前提下将此位置肘板改为非落地式；
最后确定焊接及螺栓连接形式，关于材质及材料规格，设备信息，油漆，焊接及螺栓的详细信息需注明；
最终确定所有节点的加强及连接形式，这样基座结构就全部确定下来了，至此就完成了全部详细设计任务。
作为进一步优化，所述步骤(1)初步设定：该平台有四个泥浆泵，每台重46.2吨，泵底脚距离甲板250mm，需要做钢结构以支撑该泵，考虑到结构的对称性，只需校核其中两个泥浆泵即可；该钻井平台入籍DNV船级社。
作为进一步优化，所述步骤(2)初步设计：根据基座高度要求，选用T型材作为基座主体结构，每个泵由2组共14个螺栓与基座相连。
作为进一步优化，所述步骤(3)型材选用和结构力学计算：选用T250x350x18x22的T型钢，材质为NV 36的高强钢，屈服强度355MPa，梁的规格确定以后，为保证结构连续性，甲板反底也要有对应结构以支撑T型材，初步选用与甲板反底筋相同的HP 220x10的球扁钢,材质同样为NV 36的高强钢。
作为进一步优化，所述步骤(5)确定载荷：每个泥浆泵重量为46.2吨，由两根T型钢支撑，将设备重量简化为线性载荷，最终通过T型钢传递到甲板反底的球扁钢，通过比较T型钢与球扁钢的剖面模数得知T型钢的剖面模数较球扁钢为大，只需校核甲板反底结构即可；另外，由于该半潜式海洋平台的特点，按照规范要求还要考虑环境载荷，垂向加速度定为3.2m/s2，计算载荷值、载荷系数。
有益效果：本发明中的设备基座设计应基于设备重量及底脚形式，结合布置要求，工作环境及使用需求和规范要求选择合适的型材规格与加强形式。较重设备(一般超过5吨)的基座设计应有相应计算报告作为支持，对于特殊情况，如设备工作时有噪音或震动，设备存在偏心情况等，应酌情加强基座或采用特殊焊接形式以满足疲劳强度要求，如结构较复杂，3D-BEAM无法具体校核结构强度，应使用有限元计算软件进行校核。对于工作时产生油或水的设备基座，还要增加集油槽。总之，基座设计看似简单，却涉及到方方面面的影响因素，设计者应根据设计规范及实际情况合理选择，最大限度的优化结构及控制重量。本发明还可以提高设计人员的工作效率，减少错误的发生及尽量控制重量和材料损耗。
附图说明
图1是本发明中非落地式肘板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例
如图1所示，一种半潜式钻井平台泥浆泵基座的设计方法，包括如下步骤：
步骤(1)初步设定：
该平台有四个泥浆泵，每台重46.2吨，泵底脚距离甲板250mm，需要做钢结构以支撑该泵，考虑到结构的对称性，只需校核其中两个泥浆泵即可；该钻井平台入籍DNV船级社；
步骤(2)初步设计：
根据基座高度要求，选用T型材作为基座主体结构，每个泵由2组共14个螺栓与基座相连；
步骤(3)型材选用和结构力学计算：
选用T250x350x18x22的T型钢，材质为NV 36的高强钢，屈服强度355MPa，梁的规格确定以后，为保证结构连续性，甲板反底也要有对应结构以支撑T型材，初步选用与甲板反底筋相同的HP 220x10的球扁钢,材质同样为NV 36的高强钢；
步骤(4)建立结构模型：
该基座支撑结构主要为梁系结构，所以用操作比较简单的3D-BEAM软件进行计算即可，先根据初步设计的蓝图建立3D-BEAM的力学模型，建模计算时应注意边界条件的选取，模型应尽量包括四周的强结构如舱壁及大梁，型材与舱壁连接处为刚性固定，型材与大梁连接处为保守起见通常选为铰支；
(5)确定载荷：
每个泥浆泵重量为46.2吨，由两根T型钢支撑，将设备重量简化为线性载荷，最终通过T型钢传递到甲板反底的球扁钢，通过比较T型钢与球扁钢的剖面模数得知T型钢的剖面模数较球扁钢为大，只需校核甲板反底结构即可；另外，由于该半潜式海洋平台的特点，按照规范要求还要考虑环境载荷，垂向加速度定为3.2m/s2，计算载荷值、载荷系数；
(6)运行分析：
计算结果应满足相关设计规范的要求，考虑材料系数，载荷系数等，在此基础上不超过材料的屈服极限及变形要求即为满足要求，载荷系数在施加载荷时已经考虑，固许用应力为：
σ≤Fy/γM＝355/1.15＝309MPa
本计算模型最后结果显示136号梁承受最大的应力，值为小于许用应力309MPa，变形值也满足规范的要求，因此结构强度满足要求；
(7)详细节点设计和加强：
考虑到本基座结构主要由14个螺栓与设备相连，固螺栓位置为主要支撑点，本基座结构在每个螺栓两侧各增加一组肘板以提供支撑；
按照规范要求，肘板厚度应不小于T型材腹板厚度，此处厚度选为18mm，同时，为保证结构连续性，甲板反底也要增加结构以支撑肘板，选用150x12的扁钢；
根据实际结构情况，个别位置增加扁钢焊接较困难，所以在结构强度满足的前提下将此位置肘板改为非落地式；
最后确定焊接及螺栓连接形式，关于材质及材料规格，设备信息，油漆，焊接及螺栓的详细信息需注明；
最终确定所有节点的加强及连接形式，这样基座结构就全部确定下来了，至此就完成了全部详细设计任务。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种半潜式钻井平台泥浆泵基座的设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤(1)初步设定；
步骤(2)初步设计；
步骤(3)型材选用和结构力学计算；
步骤(4)建立结构模型：
基座支撑结构主要为梁系结构，所以用操作比较简单的3D-BEAM软件进行计算即可，先根据初步设计的蓝图建立3D-BEAM的力学模型，建模计算时应注意边界条件的选取，模型包括四周的强结构舱壁及大梁，型材与舱壁连接处为刚性固定，型材与大梁连接处选为铰支；
(5)确定载荷；
(6)运行分析：
计算结果应满足相关设计规范的要求，考虑材料系数，载荷系数，在此基础上不超过材料的屈服极限及变形要求即为满足要求，载荷系数在施加载荷时已经考虑，故许用应力为：
σ≤Fy/γM＝355/1.15＝309MPa
本计算模型最后结果显示136号梁承受最大的应力，值为小于许用应力309MPa，变形值也满足规范的要求，因此结构强度满足要求；
(7)详细节点设计和加强：
考虑到本基座结构主要由14个螺栓与设备相连，故螺栓位置为主要支撑点，本基座结构在每个螺栓两侧各增加一组肘板以提供支撑；
按照规范要求，肘板厚度应不小于T型材腹板厚度，此处厚度选为18mm，同时，为保证结构连续性，甲板反底也要增加结构以支撑肘板，选用150x12的扁钢；
根据实际结构情况，个别位置增加扁钢焊接较困难，所以在结构强度满足的前提下将此位置肘板改为非落地式；
最后确定焊接及螺栓连接形式，关于材质及材料规格，设备信息，油漆，焊接及螺栓的详细信息需注明；
最终确定所有节点的加强及连接形式，这样基座结构就全部确定下来了，至此就完成了全部详细设计任务。
2.根据权利要求1所述的半潜式钻井平台泥浆泵基座的设计方法，其特征在于：所述步骤(1)初步设定：该平台有四个泥浆泵，每台重46.2吨，泵底脚距离甲板250mm，需要做钢结构以支撑该泵，考虑到结构的对称性，只需校核其中两个泥浆泵即可；该钻井平台入籍DNV船级社。
3.根据权利要求1所述的半潜式钻井平台泥浆泵基座的设计方法，其特征在于：所述步骤(2)初步设计：根据基座高度要求，选用T型材作为基座主体结构，每个泵由2组共14个螺栓与基座相连。
4.根据权利要求1所述的半潜式钻井平台泥浆泵基座的设计方法，其特征在于：所述步骤(3)型材选用和结构力学计算：选用T250x350x18x22的T型钢，材质为NV 36的高强钢，屈服强度355MPa，梁的规格确定以后，为保证结构连续性，甲板反底也要有对应结构以支撑T型材，选用与甲板反底筋相同的HP 220x10的球扁钢,材质同样为NV 36的高强钢。
5.根据权利要求1所述的半潜式钻井平台泥浆泵基座的设计方法，其特征在于：所述步骤(5)确定载荷：每个泥浆泵重量为46.2吨，由两根T型钢支撑，将设备重量简化为线性载荷，最终通过T型钢传递到甲板反底的球扁钢，通过比较T型钢与球扁钢的剖面模数得知T型钢的剖面模数较球扁钢为大，只需校核甲板反底结构即可；按照规范要求还要考虑环境载荷，垂向加速度定为3.2m/s2，计算载荷值、载荷系数。
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