RU2011599C1 - Semisubmersible base for sea structure - Google Patents
Semisubmersible base for sea structure Download PDFInfo
- Publication number
- RU2011599C1 RU2011599C1 SU5022813/11A SU5022813A RU2011599C1 RU 2011599 C1 RU2011599 C1 RU 2011599C1 SU 5022813/11 A SU5022813/11 A SU 5022813/11A SU 5022813 A SU5022813 A SU 5022813A RU 2011599 C1 RU2011599 C1 RU 2011599C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pad
- wave
- waves
- damper
- amplitude
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Revetment (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к судостроению, в частности к средствам освоения океана и гидротехническим сооружениям, и предназначено для уменьшения возмущающего воздействия воды на полупогруженные плавучие сооружения типа буровых и океанологических стабилизированных платформ, свободно дрейфующих и заякоренных буев, а также уменьшения их вертикальной качки. The invention relates to shipbuilding, in particular to means of developing the ocean and hydraulic structures, and is intended to reduce the disturbing effects of water on semi-submerged floating structures such as drilling and oceanological stabilized platforms, freely drifting and anchored buoys, as well as reducing their vertical pitching.
Известно устройство по уменьшению параметров качки за счет увеличения коэффициента сопротивления объекта. Оно реализовано в устройствах типа вехи Фруда, которая должна плавать в полупогруженном состоянии. Она содержит длинный полупогруженный вертикальный цилиндр небольшого диаметра, к нижней части которого на длинном тросике подвешен гидродинамический демпфр с грузом [1] . A device is known for reducing pitching parameters by increasing the resistance coefficient of an object. It is implemented in devices such as the Froude milestone, which must float in a semi-submerged state. It contains a long semi-immersed vertical cylinder of small diameter, to the lower part of which a hydrodynamic damper with a load is suspended on a long cable [1].
Веха Фруда работает по отношению к волне как фильтр высокочастотных колебаний. The milestone of Froude works with respect to the wave as a filter of high-frequency oscillations.
Аналогично решается задача уменьшения вертикальных колебаний в цилиндическом вертикальном буе Вудс-Хоулского океано-графического института. The problem of decreasing vertical oscillations in a cylindrical vertical buoy of the Woods Hole Oceanographic Institute is similarly solved.
Отличительные особенности технического решения, применяемого в вехе и буе: используется полупогруженный вертикальный цилиндр небольшого сечения длиной не менее ожидаемой в данном регионе высоты волн; на глубине не менее 0,5 длины ожидаемых в регионе волн (на такую глубину волны уже не проникают) на тросе подвешивается демпфер (парусиновый лист в жесткой раме) площадью в 30-40 раз больше площади поперечного сечения вехи. Вся конструкция в полупогуженном состоянии удерживается за счет положительной плавучести вертикального цилиндра и отрицательной плавучести демпфера с подвесным балластом; уменьшение возмущающего воздействия волн на вертикальный цилиндр достигается только за счет уменьшения диаметра цилиндра; принцип работы конструкции - пассивная фильтрация колебаний за счет резкого увеличения инерционности всей системы. Distinctive features of the technical solution used in the milestone and buoy: a semi-immersed vertical cylinder of small cross section with a length not less than the expected wave height in the region is used; at a depth of at least 0.5 the wavelengths expected in the region (the waves no longer penetrate to such depth) a damper (canvas sheet in a rigid frame) with an area of 30-40 times the cross-sectional area of the pole is suspended on the cable. The entire structure in a semi-dead state is maintained due to the positive buoyancy of the vertical cylinder and the negative buoyancy of the damper with suspended ballast; reduction of the disturbing effect of waves on a vertical cylinder is achieved only by reducing the diameter of the cylinder; the principle of operation of the design is passive filtering of vibrations due to a sharp increase in the inertia of the entire system.
Данное техническое решение при всей его простоте имеет ряд недостатков: ограниченную применимость для буев, не требующих больших полезных объемов и масс для размещения оборудования и экипажа; техническую сложность применения для океанологических и буровых платформ, т. к. при диаметре вертикальной колонны в 1,5-2 м площадь демпфера оказывается очень большой. This technical solution, with all its simplicity, has several disadvantages: limited applicability for buoys that do not require large usable volumes and masses to accommodate equipment and crew; the technical complexity of the application for oceanological and drilling platforms, because when the diameter of the vertical column is 1.5-2 m, the damper area is very large.
Известны океанологические станции и платформы, представляющие собой вертикальные конструкции. Таковы, например, платформы типа "Буй-лаборатория", "Спар", "Флип" [2] . Они педставляют собой буксируемые в горизонтальном положении сооружения, состоящие из двух цилиндрических частей разного сечения. Для перевода в рабочее состоянии более толстая часть заполняется водным балластом, и платформа принимает вертикальное положение. Поверхность пересекает узкая часть диаметром 1,8-4,5 м. В нижней части диаметром в 2-3,5 раза большем располагаются балластные цистерны, запасы топлива, механизмы и пр. В этих конструкциях также используется пассивный принцип гашения качки: грушевидная нижняя часть обладает большой присоединенной массой, а поверхность пересекает цилиндр небольшого диаметра. За счет этого, как и в случае вехи Фруда, создаются условия, когда объект (платформа) слабо реагирует на возмущающую силу, имеющую частоту в 2-3 раза большую частоты собственных колебаний. Known oceanological stations and platforms, which are vertical structures. Such, for example, platforms such as "Buoy Laboratory", "Spar", "Flip" [2]. They represent towed in a horizontal position structures, consisting of two cylindrical parts of different sections. For translation in working condition, the thicker part is filled with water ballast, and the platform takes a vertical position. The surface is crossed by a narrow part with a diameter of 1.8-4.5 m. Ballast tanks, fuel reserves, mechanisms, etc. are located in the lower part with a diameter 2-3.5 times larger. The passive quenching damping principle is also used in these structures: pear-shaped lower part has a large attached mass, and the surface crosses a cylinder of small diameter. Due to this, as in the case of the Froude milestone, conditions are created when the object (platform) weakly reacts to a disturbing force having a frequency 2-3 times higher than the frequency of natural vibrations.
По сравнению с буями и вехой Фруда увеличение периода собственных колебаний этих сооружений достигается за счет увеличения виртуальной присоединенной массы (массы воды, вытесненной погруженным объемом, плюс присоединенная масса), выбором формы подводной части. Но при этом гидравлическое сопротивление колебаниям платформ невелико, демпферов они не имеют. Поэтому при неволновом возмущении (например при большой скорости заполнения цистерн главного балласта) возможны длительные колебаний большой амплитуды. Compared to the buoys and the milestone of Frud, the increase in the period of natural vibrations of these structures is achieved by increasing the virtual mass attached (the mass of water displaced by the submerged volume, plus the mass added), by choosing the shape of the underwater part. But at the same time, hydraulic resistance to platform vibrations is small, they do not have dampers. Therefore, under non-wave disturbance (for example, at a high filling speed of the main ballast tanks), long-term oscillations of large amplitude are possible.
Недостаток устройства по стабилизации таких платформ еще и в том, что оно тебует заглубления на 40-60 м центра стабилизирующего объема. Поэтому платформы могут применяться только на больших глубинах. По прежнему действует ограничение - малая площадь ватерлинии и большой диаметр глубокопогруженного утолщения. Принцип уменьшения качки - пассивная фильтрация. The disadvantage of the device for stabilizing such platforms is also that it requires a depth of 40-60 m in the center of the stabilizing volume. Therefore, platforms can only be used at great depths. As before, the restriction applies - a small area of the waterline and a large diameter of a deeply submerged thickening. The principle of pitch reduction is passive filtering.
Прототипом изобетения является полупогруженное основание морского сооружения, содержащее водоизменяющую цилиндрическую колонну, пересекающую свободную поверхность воды, рабочую площадку над ней и расположенный на ней под свободный повехностью демпфер [3] . The prototype of the invention is the semi-submerged base of the offshore structure, containing a water-changing cylindrical column crossing the free surface of the water, a work platform above it and a damper located on it under free surface [3].
Недостатком известного устройства является то, что расчетные выражения для поля давлений в волнах, а также сил, которые положены в основу известного решения, слишком упрощены. Поэтому минимизация вертикальной качки на их основе не может дать точного результата. Упрощенное представление сил (учитываются лишь силы давления) ограничила и конструктивные пути решения задачи только за счет сил давления на водоизмещающих объемах. A disadvantage of the known device is that the calculated expressions for the pressure field in the waves, as well as the forces that form the basis of the known solution, are too simplified. Therefore, minimizing the vertical roll on their basis cannot give an accurate result. The simplified representation of forces (only pressure forces are taken into account) has limited the constructive ways of solving the problem only due to pressure forces at displacement volumes.
Цель изобретения - расширение функциональных возможностей конструктивных путей борьбы с волновыми нагрузками и повышение точности стабилизации плавучих конструкций от вертикальной качки на волнении. The purpose of the invention is the expansion of the functionality of the structural ways of dealing with wave loads and improving the accuracy of stabilization of floating structures from vertical rolling on waves.
Технический результат данного изобретения достигоается тем, что в полупогруженном основании моского сооружения, содержащем по меньшей мере одну водоизмешающую цилиндрическую колонну, пересекающую свободную поверхность воды, рабочую площадку над ней и расположенный на ней под свободной поверхностью воды демпфер, длина погруженной части колонны и высота надводной ее части до рабочей площади составляет не менее 1,25-1,5 расчетной амплитуды волны, демпфер установлен на глубине 1,25 расчетной амплитуды волны и выполнен пассивно-активным. Изобретение снабжено устройство минимизации возмущающего воздействия волн на нерасчетном волнении. The technical result of this invention is achieved in that in a semi-submerged base of a marine structure containing at least one displacement cylindrical column intersecting the free surface of the water, the work platform above it and a damper located on it under the free surface of the water, the length of the immersed part of the column and its surface height parts to the working area is at least 1.25-1.5 of the estimated wave amplitude, the damper is installed at a depth of 1.25 of the calculated wave amplitude and is passively active. The invention is provided with a device for minimizing the disturbing effect of waves on off-design waves.
Кроме того, пассивно-активный демпфер (ПАД) выполнен в виде плоского диска, причем его площадь SПАД ≈0,137-0,147/xS1˙λp, где S1 - площадь поперечного сечения колонны, определяемая из условия плавучести всей конструкции, λp - расчетная длина волны.In addition, the passive-active damper (PAD) is made in the form of a flat disk, and its area S PAD is ≈0.137-0.147 / xS 1 ˙λ p , where S 1 is the cross-sectional area of the column, determined from the buoyancy condition of the whole structure, λ p - estimated wavelength.
Кроме того, ПАД выполнен в виде объемного цилиндрического кольца, причем его объем VПАД ≈ (0,148-0,151) (1+К22)-1 ˙S1 ˙λp, где К22 ≈ 0,7-0,9 коэффициент присоединенной массы объемного ПАДа, зависящий от формы и соотношения разности наружного и внутреннего диаметра и его высоты.In addition, PAD is made in the form of a volumetric cylindrical ring, and its volume V PAD is ≈ (0.148-0.151) (1 + K 22 ) -1 ˙ S 1 ˙λ p , where K 22 ≈ 0.7-0.9 is the coefficient of the attached the mass of bulk PAD, depending on the shape and ratio of the difference between the outer and inner diameters and its heights.
Кроме того, ПАД выполнен в виде цилиндра, продольная ось которого ориентирована горизонтально, причем его радиус r2 и длина l2определяются соотношением
r
Кроме того, устройство минимизации возмущающего воздействия волн на полупогруженное основание включает в себя электрический измеритель параметров набегающих волн, блок их обработки и получения наиболее вероятной длины и амплитуды, измеритель заглубления полупогруженного основания источник электоэнегии, блок оптимизации, балластную цистену с клапанами ее заполнения и осушения и блок автоматической балластировки. Измеритель параметров волн электрически связан с блоком оптимизации и измерителем заглубления, а блок оптимизации связан с блоком автоматической балластировки, при этом последний связан с клапанами заполнения и осушения балластной цистерны.In addition, the PAD is made in the form of a cylinder, the longitudinal axis of which is oriented horizontally, and its radius r 2 and length l 2 are determined by the ratio
In addition, the device for minimizing the disturbing effect of waves on a semi-submerged base includes an electric meter of incoming wave parameters, a unit for processing and obtaining the most probable length and amplitude, a deepening meter for a semi-submerged base, an electro-energy source, an optimization unit, a ballast cyst with valves for filling and draining it, and automatic ballasting unit. The wave parameter meter is electrically connected to the optimization unit and the depth meter, and the optimization unit is connected to the automatic ballasting unit, the latter being connected to the ballast tank filling and draining valves.
На фиг. 1 изображено полупогруженное основание морского сооружения; на фиг. 2 - веха с объемным пассивно-активном демпфером; на фиг. 3 - веха с плоским пассивно-активным демпфером; на фиг. 4 - веха с пассивно-активным демпфером в виде цилиндра. In FIG. 1 shows a semi-submerged base of an offshore structure; in FIG. 2 - milestone with a passive active damper; in FIG. 3 - milestone with a flat passive-active damper; in FIG. 4 - milestone with a passive-active damper in the form of a cylinder.
Полупогруженное основание содержит водоизмещающую колонку 1, пересекающую свободную поверхность воды, расположенный на ней под свободной поверхностью воды демпфер 2. Длина погруженной части составляет не менее 1,25-1,5 расчетной амплитуды волны. Демпфер 2 установлен на глубине 1,25 расчетной амплитуды волны и выполнен пассивно-активным. Оно содержит также устройство минимизации возмущающего воздействия волн на полупогруженное основание на нерасчетном волнении, включающее в себя электрический измеритель 3 параметров набегающих волн блок 4 их обработки, измеритель 5 заглубления полупогруженного основания, источник 6 электроэнергии, блок 7 оптимизации, балластную цистерну 8 и блок 9 автоматической балластировки. The semi-submerged base contains a
Устройство работает следующим образом. Перед выставлением буя или вехи с судна-носителя определяют параметры волнения и оптимальное заглубление ПАД, принимают необходимое количество балласта, обеспечивающее нужную осадку T буя. В таком состоянии буй сбрасывают с судна и он начинает работать. Источник 6 энергии начинает вырабатывать электроэнергию, которая будет идти на работу измерителя 3, блока 4 определения математического ожидания амплитуды , длины набегающих волн , измерителя 5 заглубления вехи и других схем и систем вехи. Сигналы от блоков 4 и 5 поступают в блок 7 оптимизации режима позиционирования вехи и выработки управляющего сигнала для блока 9 автоматической балластировки вехи.The device operates as follows. Before setting the buoy or milestone from the carrier vessel, the parameters of the waves and the optimal depth of the PAD are determined, the necessary amount of ballast is provided, which ensures the necessary draft T of the buoy. In this state, the buoy is dropped from the vessel and it starts to work. The energy source 6 begins to generate electricity, which will go to the work of meter 3, unit 4 for determining the mathematical expectation of amplitude , incident wavelengths , milestone deepening meter 5 and other milestone circuits and systems. The signals from blocks 4 and 5 are received in block 7 optimization of the milestone positioning mode and generate a control signal for block 9 automatic ballasting milestones.
В блоке 7 для уже известных размеров вехи (радиусе вертикального цилиндра r, его длине l, площади SПАД и объема V2 ПАД, коэффициентах присоединенных инерцией) и на основе ниже приведенных выражений (1) для объемного ПАДа (2) для плоского бортовая мини ЭВМ искать для конкретных и получаемых от блока 4, оптимальное заглубление ПАД или осадку вехи .In block 7, for the already known dimensions of the milestone (radius of the vertical cylinder r, its length l, area S of the PAD and volume V 2 of the PAD, inertia coefficients) and based on the following expressions (1) for the volumetric PAD (2) for the plane side mini Computer look for specific and obtained from block 4, the optimal deepening of the PAD or draft of the milestone .
В блоке 9 происходит сравнение текущей осадки , получаемой из блока 5 и Торt, получаемой из блока оптимизации 7 и вырабатывается сигнал на прием (откачку) воды Δ Q.In block 9, the current draft is compared obtained from block 5 and T opt obtained from optimization block 7 and a signal is generated to receive (pump) water Δ Q.
В соответствии с этим сигналом происходит прием (откачка) водяного балласта в цистерну 8. Для того, чтобы система не работала непрерывно в блоке 9, должно быть предусмотрено заглубление сигнала от разности = -.In accordance with this signal, the ballast water is received (pumped out) into the tank 8. In order for the system not to work continuously in block 9, a signal deepening from the difference must be provided = - .
Изобретение опирается на полную структуру возмущающего воздействия волн на полупогруженные вертикальные цилиндрические тела и полностью погруженные плоские или объемные демпферы, выполняющие роль разгрузочных элементов. The invention relies on the complete structure of the perturbing effect of waves on semi-immersed vertical cylindrical bodies and fully immersed flat or volumetric dampers, which act as unloading elements.
Полная структура возмущающего воздействия гармонической волны Yb= A ˙cos ωt на статически уравновешенный вертикально ориентированный цилиндр 1 с объемным пассивно-активным демпфером 2 (фиг. 2) имеет вид:
Fу≈ - -
- + + (1)
+ - -
- , где V1 и V2 - объемы погруженной части вертикального цилиндра и объемного демпфера;
S1 - площадь поперечного сечения цилиндра;
l1п и Yo - длина погруженной части вертикальной цилиндра и заглубление центра его плавучести;
YПАД - заглубление центра плавучести ПАД;
k = 2π/λ ; ω = - волновое число и частота волны;
ε1(y0) = e, ε2(yПАД) = e - коэффициенты ослабления амплитуды волны на горизонтах Yo и YПАД;
λ1= K1ρV1; λ2= K2ρV2 - присоединение массы цилиндра и демпфера;
и - безразмерные коэффициенты демпфирования цилиндра и демпфера, отнесенные к массам ρV1 и ρV2 и частоте волны ω;
κ1иκ2- редукционные коэффициенты, определяемые соотношением размеров цилиндра и демпфера, и длиной волны.The full structure of the perturbing effect of the harmonic wave Y b = A ˙cos ωt on a statically balanced vertically oriented
F y ≈ - -
- + + (1)
+ - -
- where V 1 and V 2 are the volumes of the submerged part of the vertical cylinder and the volume damper;
S 1 - the cross-sectional area of the cylinder;
l 1p and Y o - the length of the immersed part of the vertical cylinder and the deepening of the center of its buoyancy;
Y PAD - deepening of the center of buoyancy of PAD;
k = 2π / λ; ω = - wave number and wave frequency;
ε 1 (y 0 ) = e , ε 2 (y PAD ) = e - attenuation coefficients of the wave amplitude at the horizons Y o and Y PAD ;
λ 1 = K 1 ρV 1 ; λ 2 = K 2 ρV 2 - joining the mass of the cylinder and damper;
and - dimensionless damping coefficients of the cylinder and damper, referred to the masses ρV 1 and ρV 2 and the wave frequency ω;
κ 1 and κ 2 are reduction coefficients, determined by the ratio of the dimensions of the cylinder and the damper, and the wavelength.
Для вертикального цилиндра κ1= 1 - , а для горизонтального радиуса r2κ2 = 1-
Структурное выражение (1) включает четыре составляющие: F1г.ст - гидростатическую силу, связанную с изменением заглубления вертикального цилиндра. Эта сила изменяется в фазе с волной и пропорциональна площади сечения s1; F1ив и F2ив - инерционно-волновые силы вместе с динамической частью сил давления, действующих на вертикальный цилиндр и объемный демпфер. Инерционно-волновые силы F1ив и F2ив пропорциональны массовому водоизмещению и присоединенным массам вертикального цилиндра и объемного демпфера, а также вертикальному ускорению частиц в волне на уровне Yo и YПАД. Эти силы опережают волну на π и действуют в противофазе в ней; F1п и F2п - силы присоса вертикального цилиндра и ПАД и поверхности, которые не зависят от времени. Эти силы с учетом ω2= gr пропорциональны квадрату угла волнового склона (2π/λ˙A˙ε1) на уровне Yo и YПАД и водоизмещениям V1 и V2. Обычно эти силы учитываются лишь при изучении движения подводных лодок вблизи свободной поверхности. В задачах воздействия волн на буи и платформы этими силами можно пренебречь. Их, однако, в общем случае легко и учесть или компенсировать приемом водяного балласта; силы демпфирующей природы F1д и F2д, выразающиеся через размерные коэффициенты демпфирования Vyi = V1 и вертикальную скорость vy2= A ˙εi˙ω˙ sinω˙ t на горизонтах Yo и YПАД. Эти силы опережают волну на π /2.For a vertical cylinder, κ 1 = 1 - , and for the horizontal radius r 2 κ 2 = 1-
Structural expression (1) includes four components: F 1g.st - hydrostatic force associated with a change in the depth of the vertical cylinder. This force varies in phase with the wave and is proportional to the cross-sectional area s 1 ; F 1iv and F 2iv - inertial-wave forces together with the dynamic part of the pressure forces acting on the vertical cylinder and the volume damper. The inertial-wave forces F 1iv and F 2iv are proportional to the mass displacement and the attached masses of the vertical cylinder and the volume damper, as well as the vertical acceleration of particles in the wave at the level of Y o and Y PAD . These forces are ahead of the wave by π and act in antiphase in it; F H1 and F 2n - suction force and a vertical cylinder and the surface of the PAD, which do not depend on time. These forces, taking into account ω 2 = gr, are proportional to the square of the angle of the wave slope (2π / λ˙A˙ε 1 ) at the level of Y o and Y PAD and displacement V 1 and V 2 . Usually, these forces are taken into account only when studying the movement of submarines near a free surface. In problems of the effect of waves on buoys and platforms, these forces can be neglected. However, they are generally easy to take into account or compensate for by the use of ballast water; damping forces F 1d and F 2d expressed in terms of damping dimensional coefficients V yi = V 1 and the vertical velocity v y2 = A ˙ε i ˙ω˙ sinω˙ t at the horizons Y o and Y PAD . These forces are ahead of the wave by π / 2.
Для случая вертикального цилиндра с плоским ПАД (фиг. 3) структура возмущающего воздействия на нее волны имеет вид:
Fy ≈ gρS1Acosωt-Aε1(y0)ω2κ1(ρV1+λ1)cosωt-
- Aε2(yПАД)ω2κ2λ2cosωt+kA2ε
- Aε1(y0)V1sinωt-A2ε2(yПАД)ω2CyρSПАДsinωt
В отличие от (1) в структуре (2) объем демпфера полагается равным нулю, поэтому объемных сил давления он не доставляет, однако плоский демпфер имеет присоединенную массу, и возникающая на нем инерционная сила разгружающе действует на F1г.ст. Коэффициент демпфирования плоского ПАД нормируется в этом случае на его площадь SПАД и ρ Vy 2/2. Как и в случае (1), демпфирующие силы вертикального цилиндра и ПАД опережают волну по фазе на π /2. Силы присоса здесь создаются лишь на вертикальном цилиндре, и силы эти малы.For the case of a vertical cylinder with a flat PAD (Fig. 3), the structure of the perturbing action of the wave on it has the form:
F y ≈ gρS 1 Acosωt-Aε 1 (y 0 ) ω 2 κ 1 (ρV 1 + λ 1 ) cosωt-
- Aε 2 (y PAD ) ω 2 κ 2 λ 2 cosωt + kA 2 ε
- Aε 1 (y 0 ) V 1 sinωt-A 2 ε 2 (y PAD ) ω 2 C y ρS PAD sinωt
Unlike (1) in structure (2), the damper volume is assumed to be zero, therefore, it does not deliver volumetric pressure forces, however, the flat damper has an attached mass, and the inertial force arising on it acts unloading on F 1 g.st. PAD damping coefficient plane in this case is normalized to an area S PAD and ρ V y 2/2. As in case (1), the damping forces of the vertical cylinder and PAD are ahead of the wave in phase by π / 2. The suction forces here are created only on a vertical cylinder, and these forces are small.
Рассмотрим также составную конструкцию (фиг. 4), состоящую из вертикальной колонны или стенки сечением S1, и горизонтального цилиндра сечением S2. Эта конструкция может являться расчетным составным элементом погружных буровых платформ, состоящих из множества вертикальных колонн и 2-3 горизонтальных цилиндров. Длина вертикальной колонны l1, длина элемента гоизонтального цилиндра l2, заглубление центров их плавучести Y10 и Y20 Стуктура возмущающего воздействия волн на эту составную конструкцию имеет вид:
Fy≈ -
_ + + (3)
+ - →
.Consider also the composite structure (Fig. 4), consisting of a vertical column or wall with a section S 1 , and a horizontal cylinder with a section S2. This design can be a calculated component of submersible drilling platforms, consisting of many vertical columns and 2-3 horizontal cylinders. The length of the vertical column l 1 , the length of the element of the horizontal cylinder l 2 , the deepening of the centers of their buoyancy Y 10 and Y 20 The structure of the perturbing effects of waves on this composite structure has the form:
F y ≈ -
_ + + (3)
+ - →
.
В отличие от структур (1) и (2) здесь роль ПАД выполняет горизонтальный цилиндр. На нем формируются инерционно-волновые силы F2ив, которые совместно с F1ив разгружают действие F1г.ст.In contrast to structures (1) and (2), the role of PAD here is played by a horizontal cylinder. On it, inertial-wave forces F 2iv are formed , which together with F 1iv unload the action of F 1g.st.
Как показывают эксперименты возмущающие силы демпфирующей природы малы по сравнению с гидростатическими и инерционно-волновыми, особенно для вертикального цилиндра. Что касается сил присоса, то в обоих случаях они могут быть компенсированы приемом дополнительного водного балласта и поэтому их из рассмотения можно исключить. Оставшиеся члены допускают явную минимизацию амплитуды суммарного воздействия волны на составную конструкцию путем выбоа соответствующего объема (площади), формы и заглубления ПАД. As experiments show, the perturbing forces of a damping nature are small compared with hydrostatic and inertial-wave ones, especially for a vertical cylinder. As for the suction forces, in both cases they can be compensated by the use of additional water ballast and therefore they can be excluded from consideration. The remaining terms allow explicit minimization of the amplitude of the total effect of the wave on the composite structure by selecting the appropriate volume (area), shape and depth of the PAD.
Покажем на примерах, как на стадии проектирования и эксплуатации плавучих конструкций (фиг. 2, 3, 4) может быть миниминизировано возмущающее воздействие волн и существенно уменьшена их вертикальная качка. Let us show by examples how at the stage of design and operation of floating structures (Figs. 2, 3, 4) the disturbing effect of waves can be minimized and their vertical pitch can be significantly reduced.
П р и м е р 1 реализации данного изобретения для вехи и буя (фиг. 3). На стадии проектиования необходимо выполнить следующие операции: выбать для вехи или буя расчетный район и режим их функциониования. Для заданной интенсивности волнения выбрать наиболее веоятную длину волны πp и ее амплитуду Ар; назначить длину погруженной части вехи l1г ≥1,5 Ар и всей вехи l1≥(2,75-3) Ар из соображений, чтобы при волнении не погружалась в воду вся ее верхняя часть и не оголялся демпфер, который должен быть погружен на глубину YПАД ≈ 1,25 Ар от ватерлинии статического равновесия вехи при отсутствии волнения; из соображений обеспечения необходимой плавучести и полезного объема вехи в полупогруженном состоянии необходимо найти площадь s1 поперечного сечения вехи:
mo+mб+mд= ρ˙ (s1 l1п+Vб+Vд) (4),
где mо - полезная масса вехи вместе с приборами, механизмами, системами, корпусом;
mб и mд - масса балласта и демпфера;
Vб и Vд - объем балласта и демпфера.PRI me R 1 implementation of the present invention for milestones and buoys (Fig. 3). At the design stage, it is necessary to perform the following operations: retrieve the calculated area for the milestone or buoy and the mode of their operation. For a given wave intensity, select the most probable wavelength π p and its amplitude A p ; assign the length of the immersed part of the milestone l 1g ≥1.5 A p and the entire milestone l 1 ≥ (2.75-3) A p for reasons so that during excitement all its upper part does not sink into the water and the damper, which should be immersed to a depth of Y PAD ≈ 1.25 A p from the waterline of the static equilibrium of the milestone in the absence of unrest; for reasons of ensuring the necessary buoyancy and useful volume of the milestone in a semi-submerged state, it is necessary to find the cross-sectional area s 1 of the milestone:
m o + m b + m d = ρ˙ (s 1 l 1n + V b + V d ) (4),
where m o - net weight of the milestone together with devices, mechanisms, systems, housing;
m b and m d - mass of ballast and damper;
V b and V d - the volume of ballast and damper.
Для решения уравнения (4) необходимо в первом приближении пренебречь Vб и Vд по сравнению с V1= s1 l1п, а затем уточнить значение s1.To solve equation (4), in a first approximation, neglected V b and V d from V 1 = s 1 l 1P, and then refine the value s 1.
4. Найти коэффициенты ослабления амплитуды на уровне центра плавучести вехи и демпфера. Если для численного примера взять λp= 80 м и Ар= 4 м, то lп= 6 м, Y10= 3 м, YПАД= 5, l1= 12 м. Для этих данных ε1(y10) = exp - ·3 = 0.79; ε2(yПАД) = exp - ·5 = 0.675.4. Find the attenuation coefficients of the amplitude at the level of the center of buoyancy of the milestone and damper. If for a numerical example we take λ p = 80 m and A p = 4 m, then l p = 6 m, Y 10 = 3 m, Y PAD = 5, l 1 = 12 m. For this data, ε 1 (y 10 ) = exp - 3 = 0.79; ε 2 (y PAD ) = exp - 5 = 0.675.
Здесь необходимо отметить принципиальное отличие ПАД от массивного демпфера вехи Фруда, который располагается на глубине 60-70 м. Для него ε = exp - ·60 = 0.009 и, следовательно, волна на пассивный демпфер не воздействует. Он работает только на пассивное сопротивление в уравнении колебательного звена.Here it is necessary to note the fundamental difference between the PAD and the massive damper of the Froude milestone, which is located at a depth of 60-70 m. For it, ε = exp - · 60 = 0.009 and, therefore, the wave does not affect the passive damper. It works only on passive resistance in the equation of the vibrational link.
5. Используя условия ω2 = g и V1= s1 l1п и, считая, что силы присоса уравновешены приемом водяного балласта и главное воздействие на веху дают статические и инерционно-волновые компоненты, можно получить условия их взаимной компенсации:
F1г.ст + F1ub + F2ub = 0 или
S1- · ε1(l1П·S1+λ1) - · ε2·λПАД= 0.5. Using the conditions ω 2 = g and V 1 = s 1 l 1п and, considering that the suction forces are balanced by the reception of ballast water and the main impact on the milestone is provided by static and inertial-wave components, we can obtain the conditions for their mutual compensation:
F 1g.st + F 1ub + F 2ub = 0 or
S 1 - Ε 1 (l 1P · S 1 + λ 1 ) - Ε 2 · λ PAD = 0.
Для вертикального цилиндра λ1 = = К1 ˙ρ˙V1 = K1 ˙ρ˙ l1п˙ s1, где:
K1 - коэффициент присоединенной массы, изменяющий на разных частотах в пределах 0,02-0,06. Для плоской пластины площадью λ= π˙ρ˙ S, где K ≈1. Поэтому λПАД≈ρ˙SПАД. Отсюда вытекает условие на площадь плоского пассивно-активного демпфера, нейтрализующего расчетное статическое воздействие волны на веху.For a vertical cylinder, λ 1 = = K 1 ˙ρ˙V 1 = K 1 ˙ρ˙ l 1п˙ s 1 , where:
K 1 - the coefficient of the attached mass, changing at different frequencies in the range of 0.02-0.06. For a flat plate with area λ = π˙ρ˙ S, where K ≈1. Therefore, λ PAD is ≈ρ˙S PAD . This implies the condition for the area of a plane passive-active damper that neutralizes the calculated static effect of the wave on the pole.
SПАД≈ S1ε
Для принятых выше численных данных Sпад ≈ 11,6 s1, и наружный радиус кольцевого демпфера К ≈3,54 r, где r - радиус самой вертикальной вехи. И если r = 0,20 м, то R ≈ 0,70 м размеры вполне технически реализуемые.S PAD ≈ S 1 ε
For the numerical data adopted above, S pad ≈ 11.6 s 1 , and the outer radius of the annular damper K ≈ 3.54 r, where r is the radius of the most vertical milestone. And if r = 0.20 m, then R ≈ 0.70 m dimensions are technically feasible.
На основе выражений (5), указанных ранее условий выбора величины погруженной части вехи l1п≥1,5 Ар расчетной амплитуды волны и загрубления плоского ПАДа YПАД ≈ 1,25 Ар, а также средних значений коэффициентов присоединенной массы вертикального цилиндра К1 ≈ 0,04 и куглой пластины К ≈1, можно получить общее выражение для выбора площади плоского ПАДа. В соответствии со статистической теорией морских волн, каждой балльности соответствует свое математическое ожидание длины волны , а высота волны h= 2 А при 3% обеспеченности составляет 0,06, а при 1% обеспеченности - 0,1 (5). Отсюда ожидаемые амплитуды волн должны укладываться в диапазон = /0.03-0.05/ . С учетом всего этого на основе (5) можно получить выражения для выбора SПАД для высот волн 1- и 3% -ной обеспеченности:
S
≈ S1·1,48[0,159-0,0616] = 0,144S
S
≈ S1·1,26[0,159-0,041] = 0,149·S.Based on the expressions (5), said selection conditions previously magnitude submerged part milestones l 1H ≥1,5 A p calculated wave amplitude and desensitization incident plane Y PAD Ar ≈ 1.25, and the average values of coefficients associated mass vertical cylinder 1 ≈ K 0.04 and K ≈ 1 plate, you can get a general expression for choosing the area of a flat PAD. In accordance with the statistical theory of sea waves, each score corresponds to its own mathematical expectation of wavelength and the wave height h = 2 A at 3% coverage is 0.06 , and at 1% security - 0.1 (5). Hence, the expected wave amplitudes should fall within the range = /0.03-0.05/ . With all this taken into account, on the basis of (5), it is possible to obtain expressions for choosing S PAD for wave heights of 1- and 3% coverage:
≈ S 1 · 1.48 [0.159-0.0616] = 0.144S
S
≈ S 1 · 1.26 [0.159-0.041] = 0.149 · S .
Таким образом, площадь плоского ПАДа для минимизации вертикальных возмущающих сил должна лежать в пределах:
SПАД ≈ (0,144-0,149) ˙s1˙λp , где s1 - площадь поперечного сечения вертикального цилиндра, а
λp - расчетна длина волны.Thus, the area of a flat PAD to minimize vertical disturbing forces should lie within:
S PAD ≈ (0.144-0.149) ˙s 1 ˙λ p , where s 1 is the cross-sectional area of the vertical cylinder, and
λ p is the calculated wavelength.
Для объемного ПАДа на основе (3) путем взаимной компенсации F1г.ст., F1ив и F2ив с учетом ω2 = g , κ1≈κ2≈1 λ2= K2ρ˙V2 и λ1= К1˙ρ˙V= K1˙ρ˙s1˙l1п можно также получить условие выбора элементов ПАДа:
· S1 - eS1·l1n(1+ K1) - eV2(1+ K2) = 0
С учетом l1п= 1,5 А, y10= l1п/2, y20= 1,25 Ар и Ар= (0,03-0,05)˙λpполучаем условие выбора объемного ПАДа:
V2(1+K2)= (0,144-0,149) s1 ˙λ.For bulk PAD on the basis of (3) by mutual compensation F 1g.st. , F 1iv and F 2iv taking into account ω 2 = g , Κ 1 ≈κ 2 ≈1 λ 2 = 2 ρ˙V the K 2 and lambda = 1 To 1 ˙ρ˙V = K 1 1 ˙ρ˙s ˙l 1P can also be a condition item selection PAD:
S 1 - e S 1 l 1n (1+ K 1 ) - e V 2 (1+ K 2 ) = 0
Taking into account l 1p = 1.5 A, y 10 = l 1p / 2, y 20 = 1.25 A p and A p = (0.03-0.05) ˙λ p we obtain the condition for the choice of volume PAD:
V 2 (1 + K 2 ) = (0.144-0.149) s 1 ˙λ.
Величина К2 зависит от геометрической формы ПАД. Если это цилиндрическое кольцо наружным радиусом r2, внутренним r1, площадью π (r2 2-r1 2) и толщиной t, то К2≈ 1. В этом случае с учетом s1= π˙ r1 2, получим условие выбора:
r2 ≈ r
Следует иметь в виду, что ПАД работает двояко: и как пассивный демпфер, и как разгрузочный элемент. Поэтому уравнение вертикальной качки вехи или буя с ПАД при условии компенсации силы присоса на волне Yb= A˙ cos ω t имеет вид:
(ρ·V1+λВ+λБ+λПД+λПАД)+(NВ+NПД+NПАД)+gρ·S1·y =
= A [gρ·S1-ε1(y10)ω2κ1(ρ·V1+λВ)-ε2(yПАД)·ω2·λПАД] ·cosωt - (6)
- Aω2[ε (y10)VВ+A·ε
r 2 ≈ r
It should be borne in mind that the DAD works in two ways: both as a passive damper and as an unloading element. Therefore, the equation of the vertical roll of a milestone or buoy with a PAD subject to compensation of the suction force on the wave Y b = A˙ cos ω t has the form:
(ρ · V 1 + λ B + λ B + λ PD + λ PAD ) + (N B + N PD + N PAD ) + gρ · S 1 · y =
= A [gρ · S 1 -ε 1 (y 10 ) ω 2 κ 1 (ρ · V 1 + λ В ) -ε 2 (y PAD ) · ω 2 · λ PAD ] · cosωt - (6)
- Aω 2 [ε (y 10 ) V B + A
Для экспериментальной проверки предлагаемого технического решения было изготовлено 3 цилиндрических пенопластовых вехи длиной l= 40 см и радиусом r= 2 см. Эти вехи были уравновешены и отбалластированы для плавания в устойчивом вертикальном полупогруженном состоянии. В верхней своей части они имели легкие деревянные штоки с флажками для визуализации их вертикальной качки: веха 1 - с подвешенным снизу балластом и без демпфера, веха 2 - с подвешенным снизу балластом и глубоко расположенным демпфером (модель вехи Фруда) диаметром 24 см, веха 3 - с пассивно-активным демпфером диаметром 12 см; расположенным в области активного воздействия волн. (его площадь определена для лабораторной волны длиной λ = 1,6 м). For experimental verification of the proposed technical solution, 3 cylindrical foam milestones with a length of l = 40 cm and a radius of r = 2 cm were made. These milestones were balanced and ballasted for swimming in a stable vertical semi-submerged state. In the upper part, they had light wooden rods with flags for visualizing their vertical pitching: milestone 1 - with ballast suspended from below and without a damper, milestone 2 - with ballast suspended from below and a deeply located damper (model of Froude milestone) with a diameter of 24 cm, milestone 3 - with a passive-active damper with a diameter of 12 cm; located in the area of active influence of waves. (its area is determined for a laboratory wave with a length of λ = 1.6 m).
Был запущен волнопродуктор и установлено, что веха 1 имеет очень интенсивную вертикальную качку, веха 2 хорошо самостабилизиуется на волнении, но веха 3 со значительно меньшей площадью демпфера, поднятого под поверхность на глубину 15 см, стабилизируется еще лучше. Этот опыт свидетельствует, что теория принципиально верна. The wave producer was launched and it was established that
П р и м е р 2. Реализация принципа динамической компенсации при стабилизации плавучих платформ, состоящих из вертикальных и горизонтальных цилиндров. Расчетный элемет таких платформ показан на фиг. 4. PRI me
Будем считать, что длина погруженной части вертикального цилиндра l1, а площадь поперечного сечения - s1, длина горизонтального цилиндра l2, а площадь сечения s2. Учтем, что V1= s1˙ l1; V2= s2˙ l2, λ1= К1˙ρ˙s1˙l1˙λ2= К2˙ρ˙s2˙l2, где К1 и К2 - коэффициенты, присоединенных масс цилиндров, а также то, что ω2g . Пренебрежем силами присоса или компенсируем их приемом водяного балласта. В этом случае уравнение (3) для суммарной силы принимает вид:
FyΣ ≈ gρS1Acosωt-g S1l1(1+K1)Aε1(y10)cosωt-
- g S2l2(1-K2)Aε2(y20)cosωt - g S1l1× (7)
× Aε1(y10)sinωt-g S2l2Aε2(y20)sinωt.We assume that the length of the immersed part of the vertical cylinder is l 1 , and the cross-sectional area is s 1 , the length of the horizontal cylinder is l 2 , and the cross-sectional area is s 2 . We take into account that V 1 = s 1 ˙ l 1 ; V 2 = s 2 ˙ l 2 , λ 1 = K 1 ˙ρ˙s 1 ˙l 1 ˙λ 2 = K 2 ˙ρ˙s 2 ˙l 2 , where K 1 and K 2 are the coefficients of the attached masses of the cylinders, and also that ω 2 g . We neglect the forces of the suction cup or compensate for them by the use of ballast water. In this case, equation (3) for the total force takes the form:
F yΣ ≈ gρS 1 Acosωt-g S 1 l 1 (1 + K 1 ) Aε 1 (y 10 ) cosωt-
- g S 2 l 2 (1-K 2 ) Aε 2 (y 20 ) cosωt - g S 1 l 1 × (7)
× Aε 1 (y 10 ) sinωt-g S 2 l 2 Aε 2 (y 20 ) sinωt.
Если вынести в (7) общий множитель g AS1l1 за скобку и сгруппировать подобные члены, получим следующее условие для возмущающей силы от волны на составную конструкцию.If we take out the common factor g in (7) AS 1 l 1 for the bracket and group similar terms, we obtain the following condition for the disturbing force from the wave to the composite structure.
FyΣ ≈ gS1l - (1+K1)ε1(y10)κ1-
- (1+K2)(ycosωt-(y10ε1(y10)κ1- (8)
- (ysinωt.F yΣ ≈ g S 1 l - (1 + K 1 ) ε 1 (y 10 ) κ 1 -
- (1 + K 2 ) (y cosωt- (y 10 ε 1 (y 10 ) κ 1 - (8)
- (y sinωt .
Выражение это подлежит минимизации, т. к. главным членом в нем является значение квадратной скобки перед cosωt, а внутри скобки есть члены, вычитающие друг из друга. Задача этой минимизации должна решаться вначале на стадии проектирования платформ для расчетного волнения, а затем на стадии их эксплуатации, при отличии реального волнения от расчетного. Покажем, как она может решаться на стадии проектирования. Выберем в качестве расчетных параметров волнения длину волны λp= 100 м и амплитуду АР= 5 м.This expression is subject to minimization, since the main term in it is the value of the square bracket before cosωt, and inside the bracket there are terms subtracting from each other. The task of this minimization should be solved first at the stage of designing platforms for the design wave, and then at the stage of their operation, with the difference between the real wave and the calculated one. We show how it can be solved at the design stage. Let us choose the wavelength λ p = 100 m and the amplitude A P = 5 m as the calculated parameters of the wave.
В этом случае необходимо найти необходимую величину заглубления вертикальной колонны l1≥1,25 А, чтобы не оголялся горизонтальный цилиндр. Пусть l1= 6,5 м и длина всей колонны 13 м. Исходя из полезной нагрузки платформы, приходящейся на один расчетный элемент (все необходимые массы без водяного балласта) и обеспечения условий плавучести, определяются минимально необходимые диаметр вертикальной колонны s1, площадь s2 и длина l2 горизонтальной колонны:
ρ˙s1˙l1+ρ˙s2˙l2= m.In this case, it is necessary to find the required depth of the vertical column l 1 ≥1.25 A so that the horizontal cylinder is not exposed. Let l 1 = 6.5 m and the length of the entire column 13 m. Based on the payload of the platform per one calculating element (all necessary masses without ballast water) and ensuring buoyancy conditions, the minimum necessary diameter of the vertical column s 1 , area s 2 and the length l 2 of the horizontal column:
ρ˙s 1 ˙l 1 + ρ˙s 2 ˙l 2 = m.
Пусть, к примеру, диаметр вертикальной колонны d1= 2 м и s1= 3,14 м2. Тогда выражение (10) определит минимально необходимые по плавучести s2˙ l2= m1/ρ -s1l1, а по конструктивным соображениям могут быть выбраны s2или l2, удовлетворяющие этому условию. Это необходимое условие, и все решения по оптимизации силового воздействия должны решаться при больших s2l2. Задача в дальнейшем должна решаться методами вариаций и последовательных приближений.Let, for example, the diameter of the vertical column d 1 = 2 m and s 1 = 3.14 m 2 . Then expression (10) determines the minimum buoyancy required s 2 ˙ l 2 = m 1 / ρ -s 1 l 1 , and for design reasons, s 2 or l 2 that satisfy this condition can be selected. This is a necessary condition, and all decisions on optimizing the force impact should be decided for large s 2 l 2 . The problem in the future should be solved by methods of variations and successive approximations.
3. По конструктивным соображениям определим длину расчетного горизонтального цилиндра l2 (чаще всего общая длина платформы определяется ограничением габаритных размеров и количеством вертикальных колонн, которые выбираются из других соображений). Тогда можно найти в первом приближении s2= (m1/ρ -s1l1) : l2, а от s2 перейти к минимальному диаметру do 2. Принимаемое значение должно быть больше do 2. Пусть для примера мы выбрали в первом приближении d1 2= 3 м и тогда s2= 7,07 м2.3. For design reasons, we determine the length of the calculated horizontal cylinder l 2 (most often the total length of the platform is determined by the restriction of overall dimensions and the number of vertical columns, which are selected from other considerations). Then we can find in the first approximation s 2 = (m 1 / ρ -s 1 l 1 ): l 2 , and from s 2 go to the minimum diameter d o 2 . The accepted value must be greater than d o 2 . Suppose, for example, that we have chosen, as a first approximation, d 1 2 = 3 m and then s 2 = 7.07 m 2 .
4. Необходимы коэффициенты ослабления амплитуды на уровне
y10= l1 и y20= l1+ ; ε1= exp - ·3,25= 0,815
ε2= exp - (6,5+1,5)= 0,605. (9)
5. Необходимы редукционные коэффициенты для вертикального цилиндра κ1= 1- = 0,994 и горизонтального цилиндра κ2= 1- ≈ 1,0. Они оказались близкими к единице.4. The required attenuation coefficients of the amplitude at the level
y 10 = l 1 and y 20 = l 1 + ; ε 1 = exp - 3.25 = 0.815
ε 2 = exp - (6.5 + 1.5) = 0.605. (9)
5. The necessary reduction factors for the vertical cylinder κ 1 = 1- = 0.994 and horizontal cylinder κ 2 = 1- ≈ 1.0. They turned out to be close to unity.
6. Пренебрегая в первом приближении влиянием демпфирующих составляющих как членов второго порядка малости по сравнению с силами давления и инерционно-волновыми, записываем условием равенства нулю члена перед cosω t. 6. Neglecting, to a first approximation, the influence of the damping components as terms of the second order of smallness compared with the pressure and inertial-wave forces, we write down the condition that the term vanishes before cosω t.
Примем для первого приближения значение коэффициентов присоединенных масс для вертикального цилинда К1= 0,04 для горизонтального К2= 0,8. Тогда (10) может быть разрешено относительно длины l2.For the first approximation, we take the value of the coefficients of the attached masses for the vertical cylinder K 1 = 0.04 for the horizontal K 2 = 0.8. Then (10) can be solved with respect to the length l 2 .
Получим на основании (10) и ранее сформулированных рекомендации по длине вертикальной колонны l1= 1,25 А= 1,24 (0,03-0,05) / и коэффициентов присоединенных масс общее выражение для стабилизирующего горизонтального цилиндра. Будем считать κ1≈κ2≈1, среднее значение К1≈ 0,04, К2 ≈ 0,8, а положение центра плавучести вертикальной колонны посередине ее высоты, т. е. Y10= 1/2; l1= 0,625 (0,03-0,05) , а горизонтального цилиндра на глубине Y20= l1+r2= 1-25 (0,03-0,05) +r2. В этом случае можно записать для 3 и 1% -ной обеспеченности следующие условия выбора оптимальных соотношений в первом приближении:
× eS2l2
(10)
× S2l2
Из этих выражений можно получить условия на выбор длины горизонтального цилиндра и его радиуса, обеспечивающие минимальные вертикальное воздействие морских вол на составную конструкцию:
r
× e S 2 l 2
(10)
× S 2 l 2
From these expressions, one can obtain conditions for the choice of the length of the horizontal cylinder and its radius, ensuring the minimum vertical effect of sea waves on the composite structure:
На основе этого выражения для расчетной длины волны и назначенного из других соображений s1 может осуществляться выбор оптимального сочетания r2 и l2. Если, например, задан радиус r2, то может быть вычислена оптимальная длина l2 или наоборот. 7. Далее необходимо уточнить полученные значения. Поскольку коэффициенты присоединенных масс К1 и К2 и демпфирования и зависят (хотя и не очень сильно) от чисел Рейнольдса: Re= Aω˙ε1˙d1˙ν-1 и Re= Aω˙ε1˙d1˙ν-1 и безразмерных частот = ω(l1g-1)0,5 и σ2 = ω(d2·g-1)0,5 = то необходимо найти Rei и σi и после этого вычислить значения k1, k2, и для вертикального и горизонтального цилиндров. Для конкретно принятых выше размеров имеем:
Re= 14,8 ˙106; Re2= 5,41˙ 106; σ1= 0.64; σ2= 0.60.Based on this expression, for the calculated wavelength and assigned from other considerations s 1 , the optimal combination of r 2 and l 2 can be selected. If, for example, the radius r 2 is specified, then the optimal length l 2 can be calculated or vice versa. 7. Next, it is necessary to clarify the obtained values. Since the coefficients of the attached masses K 1 and K 2 and damping and depend (although not very strongly) on the Reynolds numbers: Re = Aω˙ε 1 ˙d 1 ˙ν -1 and Re = Aω˙ε 1 ˙d 1 ˙ν -1 and dimensionless frequencies = ω (l 1 g -1 ) 0.5 and σ 2 = ω (d 2 · g -1 ) 0.5 = then you need to find Re i and σ i and after that calculate the values of k 1 , k 2 , and for vertical and horizontal cylinders. For the specifically adopted above sizes, we have:
Re = 14.8 ˙10 6 ; Re 2 = 5.41 · 10 6 ; σ 1 = 0.64; σ 2 = 0.60.
На основании проведенных нами исследований установлено, что для вертикального цилиндра K ≈ /-14.5+11/; ≈ 1.23-1.9δ а для горизонтального К≈ Rе: (-658+1,5 Re); r ≈ : /0.28+3.69/.Based on our studies, it was found that for a vertical cylinder K ≈ /-14.5+11 /; ≈ 1.23-1.9δ and for horizontal K≈ Re: (-658 + 1.5 Re); r ≈ : /0.28+3.69/.
8. Составим теперь из (8) условие минимизации силового воздействия волны на составную конструкцию с учетом демпфирующих членов. 8. Now let us draw from (8) the condition for minimizing the force action of the wave on the composite structure, taking into account the damping terms.
min - (1+K1)ε1(y10)κ1-(1+K2)ε2(y20)cosωt-
- 0,815+r2y0,605sinωt. (11)
Искомым параметром при выбранном диаметре d2 является l2. При учете синусной и косинусной составляющей нужно минимизировать функцию:
Φ = - (1+K1)ε1(y10)κ1- (1+K2)ε2(y20)×
× + (y10)+(y20). (12)
Ее минимуму соответствует значение s2l2, определяемое равенством:
S2l2= { [ - (1+K1)ε1(y10)κ1] [(1+K2)ε2(y20)κ2(S1l1)-1] -
- r(y(y20)κ2} : { [(1+K2)ε2(y20)κ2(S1l1)-1]2+ (13)
+ [(y20)κ2(S1l1)-1] 2} .min - (1 + K 1 ) ε 1 (y 10 ) κ 1 - (1 + K 2 ) ε 2 (y 20 ) cosωt-
- 0.815 + r 2y 0.605 sinωt . (eleven)
The desired parameter for the selected diameter d 2 is l 2 . When taking into account the sine and cosine components, it is necessary to minimize the function:
Φ = - (1 + K 1 ) ε 1 (y 10 ) κ 1 - (1 + K 2 ) ε 2 (y 20 ) ×
× + (y 10 ) + (y 20 ) . (12)
Its minimum corresponds to the value of s 2 l 2 defined by the equality:
S 2 l 2 = {[ - (1 + K 1 ) ε 1 (y 10 ) κ 1 ] [(1 + K 2 ) ε 2 (y 20 ) κ 2 (S 1 l 1 ) -1 ] -
- r (y (y 20 ) κ 2 }: {[(1 + K 2 ) ε 2 (y 20 ) κ 2 (S 1 l 1 ) -1 ] 2 + (13)
+ [ (y 20 ) κ 2 (S 1 l 1 ) -1 ] 2 }.
Получаемое из (14) оптимальное значение s2l2 дает возможность уточнить длину l2 или диаметр d2.Obtained from (14), the optimal value of s 2 l 2 makes it possible to clarify the length l 2 or diameter d 2 .
Таким образом, данный принцип создания плавучих оснований может иметь весьма широкое применение для самых различных плавучих морских конструкций. Thus, this principle of creating floating foundations can be widely used for a wide variety of floating marine structures.
Рассмотренные примеры относились к вопросам принятия архитектурных решений на стадии проектирования плавучих оснований. Они позволяют выбрать форму и оптимальные соотношения размеров для расчетной волны. В качестве расчетной волны обычно выбирается наиболее опасная волна заданной балльности и обеспеченности. Однако волнение - процесс случайный. И в данное конкретное время и месте постановки морского сооружения (например волномерной вехи) наиболее вероятные характеристики волнения могут существенно отличаться от расчетных. На таком волнении расчетные элементы ПАДа недостаточно эффективно компенсируют статические компоненты волнового воздействия. Однако и в случае уже выбранного ПАДа остается возможность минимизировать возмущающее воздействие волны за счет изменения его перемещения вдоль вертикальной колонны или изменения осадки всего сооружения так, чтобы для наиболее вероятных, измеренных во время эксплуатации характеристик волнения выполнялись условия (4), (5). The examples considered relate to issues of making architectural decisions at the stage of designing floating foundations. They allow you to choose the shape and optimal aspect ratio for the calculated wave. As the calculated wave, the most dangerous wave of a given point and security is usually selected. However, excitement is a random process. And at a given specific time and location of the offshore structure (for example, wave milestone), the most likely characteristics of the waves can differ significantly from the calculated ones. At such a wave, the calculated elements of the PAD do not adequately compensate for the static components of the wave action. However, in the case of the already selected PAD, it remains possible to minimize the disturbing effect of the wave by changing its displacement along the vertical column or by changing the draft of the entire structure so that conditions (4), (5) are satisfied for the most probable wave characteristics measured during operation.
Покажем на примере волномерной вехи, как технически может реализовываться эта возможность. При изменении частоты (длины) волна при уже выбранной расчетной площади SПАД и заглублении Yо ПАД изменением осадки вехи (и одновременно заглубления ПАДа) можно добиться выполнения условия (5). В этом случае величина изменения осадки вехи ΔY должна быть определена из решения трансцендентного уравнения:
S1- (l1+Δy)S1(1+K1)e SПАДe, (14)
где λ1 - новая длина волны;
Yo и Yо ПАД - исходные углубления центров плавучести вехи и ПАД.Let us show by the example of a wave-milestone how technically this possibility can be realized. By changing the frequency (length) of the wave with the already chosen calculated area S of the PAD and the deepening of Y about the PAD by changing the milestone draft (and, at the same time, the depth of the PAD), condition (5) can be satisfied. In this case, the change in the precipitation of the milestone ΔY should be determined from the solution of the transcendental equation:
S 1 - (l 1 + Δy) S 1 (1 + K 1 ) e S PAD e , (14)
where λ 1 is the new wavelength;
Y o and Y o PAD - the initial deepening of the centers of buoyancy milestones and PAD.
Если увеличивается частота волны (уменьшается ее длина), то инерционно-волновое воздействие растет, и для нейтрализации гидростатической составляющей веха с демпфером должна погружаться глубже, чтобы ослабить инерционно-волновые силы. Если длины волны увеличиваются, веха должна всплыть. If the wave frequency increases (its length decreases), then the inertial-wave action increases, and to neutralize the hydrostatic component, the pole with the damper must sink deeper to weaken the inertial-wave forces. If the wavelengths increase, the milestone should emerge.
Claims (5)
Sпад ≈ (0,137-0,147)˙S1˙λp ,
где S1 - площадь поперечного сечения колонны, определяемая из условия плавучести всей конструкции,
λp - расчетная длина волны.2. The basis of claim. 1, characterized in that the passive-active damper is made in the form of a flat disk, and its area
S pad ≈ (0.137-0.147) ˙S 1 ˙λ p ,
where S 1 - the cross-sectional area of the column, determined from the conditions of buoyancy of the entire structure,
λ p is the calculated wavelength.
Vпад ≈ (0,148-0,151)˙(1+K22)-1˙S1˙λp , где K22 ≈ 0,7 - 0,9 коэффициент присоединенной массы объемного ПАДа, зависящий от формы и соотношения разности наружного и внутреннего диаметра и его высоты.3. The basis of claim. 1, characterized in that the PAD is made in the form of a volumetric cylindrical ring, and its volume
V pad ≈ (0.148-0.151) ˙ (1 + K 22 ) -1 ˙ S 1 ˙λ p , where K 22 ≈ 0.7 - 0.9 is the coefficient of the attached mass of the volume PAD, depending on the shape and ratio of the difference between the external and internal diameter and its height.
r
r
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5022813/11A RU2011599C1 (en) | 1991-07-08 | 1991-07-08 | Semisubmersible base for sea structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5022813/11A RU2011599C1 (en) | 1991-07-08 | 1991-07-08 | Semisubmersible base for sea structure |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011599C1 true RU2011599C1 (en) | 1994-04-30 |
Family
ID=21594712
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5022813/11A RU2011599C1 (en) | 1991-07-08 | 1991-07-08 | Semisubmersible base for sea structure |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2011599C1 (en) |
-
1991
- 1991-07-08 RU SU5022813/11A patent/RU2011599C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105209754B (en) | Offshore wind turbine on floating assembly comprising combination of shock absorbing means | |
RU2141427C1 (en) | Low-draft floating drilling and oil production off-shore platform (versions) | |
RU2532447C2 (en) | Offshore floating platform | |
US20060191461A1 (en) | Minimized wave-zone buoyancy platform | |
Sarkar et al. | Hydrodynamic forces due to water wave interaction with a bottom-mounted surface-piercing compound porous cylinder | |
GB2147042A (en) | Flexible offshore platform | |
Guo et al. | Observed deep anticyclonic cap over Caiwei Guyot | |
CN115520335A (en) | Floating offshore wind power generation mechanism composed of multiple buoys and leveling method thereof | |
NO742830L (en) | ||
RU2011599C1 (en) | Semisubmersible base for sea structure | |
WO1984001554A1 (en) | Floating, semi-submersible structure | |
NO160069B (en) | Marine structures. | |
Wang et al. | Experimental and numerical research on the wet-towing of wide-shallow bucket jacket foundation for offshore substation | |
US3367181A (en) | Directional wave spectra measuring devices | |
Van Santen et al. | On the typical qualities of spar type structures for initial or permanent field development | |
CN115626258A (en) | Bottom-seated platform and mounting method thereof | |
US5098226A (en) | Apparatus and method for damping low frequency perturbations of marine structures | |
Rudnick | Flip: An Oceanographic Buoy: A novel structure provides a quiet platform of great stability for acoustic and other research at sea. | |
US3727248A (en) | Buoy with adjustments for the reduction of the effect of the sea forces thereon | |
CN215752932U (en) | Suction barrel area morning and evening tides cabin type offshore drilling basis | |
RU2034738C1 (en) | Semi-submerged base for sea structure | |
RU2399872C1 (en) | Method of creating global reference network at bottom of oceans, seas, lakes and water reservoirs | |
Spiering | From the Sea into the Sky: A Research into the Feaibility of Floating High-rise Structures | |
CN215663908U (en) | A floating installation that is used for stabilizing floating platform's surface of water to disappear unrestrained | |
JP2653776B2 (en) | Semi-submerged platform device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040709 |