RU2530907C2

RU2530907C2 - Damper of impact loads at ship mooring to sea platform (versions)

Info

Publication number: RU2530907C2
Application number: RU2012158061/11A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Брониславович Крыжевич
Priority date: 2012-12-29
Filing date: 2012-12-29
Publication date: 2014-10-20
Also published as: RU2012158061A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to ship mooring hardware, particularly, to dampers for floating and stationary drilling platforms, dock, waterside or other structures. Proposed device comprises damping elements with high power capacity composed of elastic shells with one or several chambers filled with loose material, preferably, sand. In compliance with first version, forces from the side of mooring ship act on said elements via wide plate with surface facing said mooring ship the low power-capacity elements (elastomer coating) to prevent damaging of the ship surface. In compliance with second version, said forces act on vertical rubbing band of rubber connected with damping elements.

EFFECT: higher reliability.

9 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для швартовки судов и может быть использовано в качестве амортизирующего устройства для швартовки, располагаемого на плавучих и стационарных буровых установках, а также на портовых, береговых или других сооружениях, к которым швартуются суда.The invention relates to equipment for mooring vessels and can be used as a shock-absorbing device for mooring located on floating and stationary drilling rigs, as well as on port, coastal or other structures to which ships are moored.

Расширение работ по освоению природных ресурсов в морских районах со сложными погодными условиями (включая арктические регионы) обуславливает необходимость создания надежных и простых в обслуживании швартовых устройств.The expansion of natural resources development in marine areas with difficult weather conditions (including the Arctic regions) necessitates the creation of reliable and easy-to-maintain mooring devices.

Известно амортизирующее устройство, используемое для смягчения ударов швартующихся объектов к полупогружным плавучим буровым установкам, представляющее собой закрепляемый с помощью механического соединения на шпильках на колонне установки вертикально ориентированный резиновый привальный брус, поперечное сечение которого изображено на фиг.1 (описание дано в учебнике А.С.Симоненко «Устройства плавучих буровых установок». СПб.: Изд. центр СПбГМТУ, 1994, с.330-333). Недостатком такого устройства является малая энергоемкость и неэффективная амортизация ударов, полностью исключающая швартовку судов в условиях волнения и допускающая выполнение швартовных операций только бесконтактным способом. При этом роль устройства сводится к предотвращению аварийного повреждения конструкций колонн. Из-за малой энергоемкости устройства конструкции суда оказываются незащищенными.A shock-absorbing device is known that is used to mitigate the impact of mooring objects to semi-submersible floating drilling rigs, which is a vertically oriented rubber fencing bar fixed by means of a mechanical connection on studs on the installation column, the cross section of which is shown in Fig. 1 (description is given in textbook A.C. .Simonenko “Devices of floating drilling rigs.” St. Petersburg: Publishing Center SPbGMTU, 1994, p.330-333). The disadvantage of this device is the low energy consumption and ineffective shock absorption, completely eliminating the mooring of ships in rough seas and allowing mooring operations only non-contact way. The role of the device is to prevent accidental damage to the structures of the columns. Due to the low energy intensity of the device, the design of the vessel is unprotected.

Известно также амортизирующее устройство (фиг.2), содержащее перекрывающую всю зону возможных соударений судна с колонной платформы жесткую пластину (панель), на обеих сторонах которой закреплены амортизирующие элементы, при этом на стороне пластины, обращенной к швартующемуся судну расположены элементы с малой энергоемкостью, предназначенные для предотвращения повреждений поверхности судна и ее лакокрасочных покрытий, а с противоположной стороны - гидравлические амортизаторы, обладающие большой энергоемкостью и удовлетворительной способностью снижать ударное взаимодействие судна с платформой - прототип (Судовые устройства: Справочник / Под общей ред. М.Н.Александрова. Л.: Судостроение, 1987, с.641-642). Недостатками такого устройства является дороговизна его изготовления, сложность и высокая стоимость эксплуатации, малая эксплуатационная надежность в морских условиях при воздействии морской воды и низких температур.It is also known a shock-absorbing device (Fig. 2), comprising a rigid plate (panel) that covers the entire zone of possible collisions of the vessel with the platform column, on which both sides of the shock absorber are fixed, and elements with low energy consumption are located on the side of the plate facing the mooring vessel, designed to prevent damage to the surface of the vessel and its coatings, and on the opposite side - hydraulic shock absorbers with high energy intensity and satisfactory The ability to reduce shock reaction vessel with a platform - a prototype (Ship devices: Directory / M.N.Aleksandrova, Ed .: A Shipbuilding, 1987, s.641-642..). The disadvantages of this device are the high cost of its manufacture, complexity and high cost of operation, low operational reliability in marine conditions when exposed to sea water and low temperatures.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационной надежности амортизирующего устройства в условиях волнения и низких температур, снижение стоимости его изготовления и эксплуатации.The task of the invention is to increase the operational reliability of the shock-absorbing device in conditions of excitement and low temperatures, reducing the cost of its manufacture and operation.

Для достижения указанного результата предлагаются следующие решения.To achieve this result, the following solutions are proposed.

В первом варианте исполнения, ориентированном на обеспечение швартовки судов большого водоизмещения, к перекрывающей всю зону возможных соударений судна с колонной платформы пластине на той стороне, которая обращена к колонне платформы, располагаются амортизационные элементы с большой энергоемкостью, содержащие одну или несколько заполненных сыпучим материалом (преимущественно песком) полостей, образованных двумя боковыми стенками, соединенными с платформой с помощью жестких опорных элементов, и двумя расположенными друг против друга упругими оболочками, содержащими плоские и выпуклые части, одна из которых обращена выпуклостями к пластине устройства и соединена с ней, а вторая обращена выпуклостями к колонне платформы и расположена так, что между ней и колонной имеется зазор.In the first embodiment, focused on ensuring the mooring of large-displacement vessels, to the plate covering the entire zone of possible collisions of the vessel with the platform column, on the side that faces the platform column, there are shock-absorbing elements with high energy consumption, containing one or more filled with bulk material (mainly sand) cavities formed by two side walls connected to the platform using rigid support elements, and two located opposite each other ha elastic shell comprising flat and convex parts, one of which is convex to the device plate and connected thereto, and the second protuberances facing towards the platform column and disposed so that between it and the column there is a gap.

Во втором варианте исполнения, ориентированном на обеспечение швартовки судов малого водоизмещения, на стороне пластины, обращенной к швартующемуся судну закреплен вертикально ориентированный привальный брус из резины, предназначенный для предотвращения повреждений поверхности судна и ее лакокрасочных покрытий, а с противоположной стороны - сыпучий материал (преимущественно песок), заполняющий полость, образованную двумя боковыми стенками, соединенными с платформой с помощью жестких опорных элементов, и двумя расположенными друг против друга упругими оболочками, содержащими плоские и выпуклые части. Одна из оболочек обращена выпуклостями к швартующемуся судну и соединена по своей плоской части с привальным брусом. Вторая оболочка обращена выпуклостями к колонне платформы и расположена таким образом, что между ней и колонной имеется зазор. Для снижения массы устройства за счет уменьшения количества сыпучего материала между упругими оболочками могут располагаться две полости с сыпучим материалом.In the second embodiment, focused on ensuring the mooring of small displacement vessels, a vertically oriented rubber gusset is fixed on the side of the plate facing the mooring vessel to prevent damage to the surface of the vessel and its coatings, and on the opposite side, bulk material (mainly sand ) filling the cavity formed by two side walls connected to the platform with the help of rigid support elements, and two pr having smashed each other with elastic shells containing flat and convex parts. One of the shells is convex to the mooring vessel and is connected in its flat part to the fender. The second shell is convex to the column of the platform and is located in such a way that there is a gap between it and the column. To reduce the mass of the device by reducing the amount of bulk material between the elastic shells can be two cavities with bulk material.

Для повышения амортизирующего эффекта упругие оболочки устройства в обоих вариантах исполнения могут быть выполнены из низкомодульных полимерных композиционных материалов. Кроме того, с этой же целью расположенные с противоположных сторон полостей с песком упругие оболочки могут быть соединены между собой механически (преимущественно с помощью шпилек) таким образом, что при отсутствии контакта устройства с судном песок в полостях находится в условиях сжатия.To increase the cushioning effect, the elastic shells of the device in both versions can be made of low-modulus polymer composite materials. In addition, for the same purpose, elastic shells located on opposite sides of the cavities with sand can be mechanically interconnected (mainly with the help of studs) in such a way that, in the absence of contact between the device and the vessel, sand in the cavities is under compression conditions.

Для упрощения процесса сборки шпильки в пределах расстояния между упругими оболочками расположены внутри ограничительных втулок, обеспечивающих при отсутствии контакта устройства с судном стабилизацию этого расстояния и уровня сжимающих напряжений в полостях с сыпучим материалом.To simplify the assembly process, the studs within the distance between the elastic shells are located inside the restrictive bushings, which, in the absence of contact between the device and the vessel, stabilize this distance and the level of compressive stresses in the cavities with bulk material.

Наличие в амортизационных элементах упругих оболочек обеспечивает их податливость при действии усилий, возникающих при швартовке судна, большую энергоемкость элементов и высокое качество амортизации. Наличие полостей, заполненных сыпучим материалом, который деформируется при действии усилий, возникающих при швартовке судна, обеспечивает рассеяние энергии при ударном взаимодействии судна с устройством и высокое качество демпфирования удара. Наличие выпуклых частей в упругих оболочках обеспечивает высокую податливость оболочек и увеличение сжатия сыпучего материала при действии усилий, возникающих при швартовке судна. Наличие зазора между упругой оболочкой и поверхностью колонны платформы обеспечивает отсутствие прямого контакта оболочки с платформой и свободное деформирование оболочек, сопровождающееся деформациями сжатия и сдвига сыпучей среды и сильным демпфированием удара. Наличие механического соединения оболочек, расположенных по разные стороны объема сыпучего материала, дает возможность создания деформаций сжатия сыпучей среды до начала действия усилий, возникающих при швартовке судна, и повышения демпфирующих свойств устройства. Расположение шпилек, соединяющих оболочки, внутри ограничительных втулок обеспечивает стабилизацию уровня сжимающих напряжений в полостях с сыпучим материалом и облегчает сборку устройства. Наличие двух полостей, заполненных сыпучим материалом, дает возможность уменьшить количество этого материала за счет исключения объема, в котором он не испытывает значительных деформаций сдвига и неэффективно поглощает энергию при швартовке.The presence of elastic shells in the cushioning elements ensures their flexibility under the action of the forces arising during the mooring of the vessel, high energy consumption of the elements and high quality depreciation. The presence of cavities filled with bulk material, which is deformed under the action of forces arising from the mooring of the vessel, provides energy dissipation during impact interaction of the vessel with the device and high quality damping of the impact. The presence of convex parts in elastic shells provides high flexibility of the shells and an increase in the compression of bulk material under the action of forces arising from the mooring of the vessel. The presence of a gap between the elastic shell and the surface of the column of the platform ensures the absence of direct contact of the shell with the platform and free deformation of the shells, accompanied by deformations of compression and shear of the granular medium and strong shock damping. The mechanical connection of the shells located on opposite sides of the bulk material volume makes it possible to create compression strains of the granular medium before the forces arising during the mooring of the vessel and increase the damping properties of the device. The location of the studs connecting the shell inside the restrictive bushings provides stabilization of the level of compressive stresses in the cavities with bulk material and facilitates the assembly of the device. The presence of two cavities filled with bulk material makes it possible to reduce the amount of this material by eliminating the volume in which it does not experience significant shear deformations and inefficiently absorbs energy during mooring.

Сущность изобретения поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:

- схема устройства-прототипа с гидравлическими амортизаторами (фиг.1);- diagram of a prototype device with hydraulic shock absorbers (figure 1);

- вид сбоку предлагаемого устройства в первом варианте исполнения (фиг.2),- side view of the proposed device in the first embodiment (figure 2),

- сечение устройства по Б-Б, расположение которого указано на фиг.2 (фиг.3),- the cross section of the device according to BB, the location of which is indicated in figure 2 (figure 3),

- вид сбоку предлагаемого устройства во втором варианте исполнения (фиг.4),- side view of the proposed device in the second embodiment (figure 4),

- сечение устройства с одной полостью, заполненной сыпучим материалом, по А-А, расположение которого указано на фиг.4 (фиг.5),- the cross section of the device with one cavity filled with bulk material, according to AA, the location of which is indicated in figure 4 (figure 5),

- сечение устройства с одной полостью, заполненной сыпучим материалом, по А-А, расположение которого указано на фиг.4 (фиг.6),- the cross section of the device with one cavity filled with bulk material, according to AA, the location of which is indicated in figure 4 (figure 6),

- сечение устройства по А-А, расположение которого указано на фиг.4, в деформированном состоянии, вызванном швартовкой (фиг.7).- the cross section of the device along aa, the location of which is indicated in figure 4, in a deformed state caused by mooring (figure 7).

В амортизирующем устройстве-прототипе, закрепленном на колонне платформы 1, амортизирующие элементы 2 большой энергоемкости выполнены в виде гидроцилиндров, соединенные с жесткой пластиной 3, снабженной амортизирующими элементами малой энергоемкости 4 и имеющей значительную площадь.In the shock-absorbing prototype device mounted on the column of the platform 1, shock-absorbing elements 2 of high energy intensity are made in the form of hydraulic cylinders connected to a rigid plate 3 equipped with shock-absorbing elements of low energy intensity 4 and having a significant area.

Предлагаемое устройство в первом варианте исполнения состоит из жесткой пластины 3, снабженной амортизирующими элементами малой энергоемкости 4 и перекрывающей всю зону возможных соударений судна с колонной платформы. Устройство включает закрепленные на колоннах платформы амортизационные элементы с большой энергоемкостью 5, соединенными с платформой с помощью жестких опорных элементов 7, и двумя расположенными друг против друга упругими оболочками 8 и 9, содержащими выпуклые части.The proposed device in the first embodiment consists of a rigid plate 3, equipped with shock absorbing elements of low energy consumption 4 and covering the entire zone of possible collisions of the vessel with the platform column. The device includes cushioning elements fixed to the platform columns with a high energy intensity 5, connected to the platform with the help of rigid supporting elements 7, and two elastic shells 8 and 9 located opposite each other, containing convex parts.

Во втором варианте исполнения на стороне пластины, обращенной к швартующемуся судну, закреплен вертикально ориентированный привальный брус 10 из резины, предназначенный для предотвращения повреждений поверхности судна.In the second embodiment, on the side of the plate facing the mooring vessel, a vertically oriented rubber fender 10 is fixed to prevent damage to the surface of the vessel.

Расположенные с противоположных сторон полостей с песком упругие оболочки амортизационных элементов соединены между собой с помощью шпилек 11, расположенных внутри ограничительных втулок 12.The elastic shells of the shock-absorbing elements located on opposite sides of the cavities with sand are connected to each other by means of studs 11 located inside the restrictive bushings 12.

Достижение технического результата с помощью предлагаемых вариантов устройства осуществляется следующим образом.The achievement of the technical result using the proposed device options is as follows.

При контактном взаимодействии судна и предлагаемого устройства, возникающем при швартовке, происходит деформирование упругих оболочек, увеличение сжатия предварительно деформированной сыпучей среды и ее сдвиговые деформации. Благодаря деформированию упругих оболочек и других элементов устройства происходит амортизация ударного взаимодействия. Вследствие деформаций сдвига и сжатия сыпучей среды имеет место интенсивное рассеяние энергии в этой среде, демпфирование движения судна и уменьшение контактных усилий при швартовке. При этом предварительное сжатие сыпучей среды за счет затяжки резьбовых соединений и создания в шпильках растягивающих усилий повышает способность сыпучей среды к поглощению энергии и снижению усилий при швартовке.In the contact interaction of the vessel and the proposed device, which occurs during mooring, the deformation of the elastic shells occurs, the compression of the previously deformed bulk medium increases and its shear deformations. Due to the deformation of the elastic shells and other elements of the device, shock absorption is amortized. Due to shear and compression deformations of the granular medium, intense energy dissipation takes place in this medium, damping of the vessel’s movement and reduction of contact forces during mooring. In this case, the preliminary compression of the granular medium due to the tightening of the threaded joints and the creation of tensile forces in the studs increases the ability of the granular medium to absorb energy and reduce the forces during mooring.

Таким образом, предлагаемое амортизирующее устройство для снижения ударных нагрузок при швартовке судна к морской платформе позволяет эффективно уменьшить действующие на конструкции судна и морской платформы нагрузки, вызванные швартовкой, повысить эксплуатационную надежность амортизирующего устройства в условиях волнения и низких температур, снизить стоимость его изготовления и эксплуатации, что выгодно отличает его от прототипа.Thus, the proposed shock-absorbing device to reduce shock loads when mooring the vessel to the offshore platform can effectively reduce the loads acting on the structure of the vessel and offshore platform due to mooring, increase the operational reliability of the shock-absorbing device in conditions of rough sea and low temperatures, reduce the cost of its manufacture and operation, what distinguishes it from the prototype.

Claims

1. A shock-absorbing device to reduce shock loads when mooring a vessel to an offshore platform, comprising a plate covering the entire zone of possible collisions of the vessel with the column of the platform, on each side of which shock absorbing elements are fixed, while on the side of the plate facing the mooring vessel there are elements with a small energy intensity, designed to prevent damage to the surface of the vessel and its coatings, and on the opposite side - elements with high energy intensity, absorbing joint interaction of the vessel with the platform, characterized in that the elements with high energy intensity contain one or more cavities filled with granular material (mainly sand) formed by two side walls connected to the platform by means of rigid support elements and two elastic shells located opposite each other, containing flat and convex parts, one of which is convex to the plate of the device and connected to it, and the second is convex to the column of the platform and is located to that there is a gap between it and the column.

2. A shock-absorbing device to reduce shock loads when mooring a vessel to an offshore platform, comprising a plate covering the entire zone of possible collisions of the vessel with the column of the platform, with shock absorbing elements on both sides, characterized in that it is vertically fixed on the side of the plate facing the mooring vessel oriented rubber fender designed to prevent damage to the surface of the vessel and its coatings, and, on the opposite side, bulk material (pr sand) filling the cavity formed by two side walls connected to the platform by means of rigid support elements and two opposed elastic shells containing flat and convex parts, one of which is convex to the mooring vessel and connected in its flat part with a bulk bar, and the second is convex to the column of the platform and is located so that between it and the column there is a gap.

3. A shock-absorbing device to reduce shock loads when mooring a vessel to an offshore platform according to claim 1, characterized in that the elastic shells are made of low-modulus polymer composite materials.

4. A shock-absorbing device to reduce shock loads when mooring a vessel to an offshore platform according to claim 2, characterized in that the elastic shells are made of low-modulus polymer composite materials.

5. A shock-absorbing device to reduce shock loads when mooring a vessel to an offshore platform according to claim 1, characterized in that between the elastic shells there are two cavities filled with bulk material.

6. A shock-absorbing device to reduce shock loads when mooring a vessel to an offshore platform according to claim 2, characterized in that between the elastic shells there are two cavities filled with bulk material.

7. A shock-absorbing device to reduce shock loads when mooring a vessel to an offshore platform according to claim 1, characterized in that the elastic shells located on opposite sides of the cavities with sand are mechanically interconnected so that, in the absence of contact of the device with the vessel, sand in the cavities is under compression.

8. A shock-absorbing device to reduce shock loads when mooring a vessel to an offshore platform according to claim 2, characterized in that the elastic shells located on opposite sides of the cavities with sand are mechanically interconnected so that, in the absence of contact between the device and the vessel, sand is in the cavities under compression.

9. A shock-absorbing device to reduce shock loads when mooring a vessel to an offshore platform according to claim 4, characterized in that the elastic shells located on opposite sides of the cavities with sand are interconnected by means of pins, while within the distance between the elastic shells of the studs are located inside restrictive bushings, providing in the absence of contact of the device with the vessel, the stabilization of this distance and the level of compressive stresses in the cavities with bulk material.