海洋工程中滑靴改造技術的應用范文

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摘要：滑靴是連接上部海洋結構物與滑道之間的一種鋼結構，其主要作用是輔助完成上部結構物的拖拉裝船，一旦項目完工，滑靴即被遺棄。一般一個項目需要多個滑靴，這樣將會造成大量資源的浪費。如果根據所建結構受力的特點，對滑靴進行改造并重復利用，不僅可以縮短項目工期，而且節約大量人力和經濟資源。本文依托QHD32-6CEPI導管架建造項目，改造以往使用過的滑靴，使用ANSYS軟件進行強度校核，結果滿足項目建造拖拉要求，此改造方法可為今后類似項目起到借鑒作用。

關鍵詞：滑靴；導管架；ANSYS；改造設計

目前海洋石油開發多采用樁基式固定平臺結構，即導管架和上部組塊模式，作為能夠提供鉆井、采油、生活供應等各種用途的大型復雜結構體是海洋油氣開發的基礎性設施，是保證海洋石油獲取的關鍵。而裝船工況是樁基式平臺導管架安裝分析的重要組成部分。在滑移裝船工況中起到重要作用的滑靴是必不可少的部分，其作用是上承組塊或導管架，下接滑道，待上部結構物建造完工，使用拖拉設備沿滑道將結構物滑移裝船。滑靴一般分為連續式滑靴和非連續式滑靴，連續式滑靴多用于大型導管架臥式建造滑移裝船時使用，非連續滑靴一般在導管架立式建造或組塊建造時使用。一個項目使用的滑靴有多個，等項目完工后，滑靴即被丟棄，根據滑靴的結構特點，完全可以進行局部改造再次重復利用，這樣不僅節約了設計時間，建造工期，而且經濟效益明顯。本文依托QHD32-6項目CEPI導管架的建造，改造其它項目使用過的滑靴，并對改造的滑靴進行強度分析，對今后類似項目起到借鑒作用。QHD32-6項目CEPI導管架有12根導管（12根無傾角），四層水平片。導管架垂直高度為27.8m，底部尺寸為44m×64m，重量約2842t。

1滑靴改造設計

1.1改造說明

根據滑靴受力特點，原滑靴頂蓋尺寸較小，根據導管架導管腿直徑增大蓋板尺寸，并在其下面增加筋板。圖1為改造后的滑靴，左側為托點改造，右側為滑靴連接部分，頂部為滑靴蓋板改造。滑靴尺寸：長l=12000mm，寬b=1060mm，高h=3600mm；改造后基本尺寸不變；改造前滑靴重量約70t，改造后重量約96t，增加26t。共需改造四個滑靴，鋼材需求約104t（圖2）。

2工況分析

根據詳設文件提供的導管架裝船拖拉工況的支反力，取裝船拖拉最大支反力見表1。由表1可知，B3腿處的裝船工況為最危險工況，只對其進行校核，考慮1.5倍安全系數。

3基于ANSYS的計算分析

本節描述了該改造后滑靴的有限元分析，采用ANSYS軟件。

3.1滑靴頂部強度校核

（1）有限元模型。模型采用SHELL63單元，SHELL63每個節點具有6個自由度：也就是節點坐標系下、方向的三個平動自由度和繞軸的三個旋轉自由度，單元大小ESIZE=45mm。分析中使用的單位：長度：mm；力：N。材料屬性：彈性模量=201×103N/mm2；泊松比=0.3；密度=7.85×10-6kg/mm3；屈服強度Fy=355MPa。運輸框架有限元模型見圖3。（2）受力與加載。有限元分析中，導管架支反力轉換為壓力施加于立柱上，根據表1最大支反力1401.6t，施加載荷為1401.6t×1.5/2=1057.95t（取安全系數1.5，對稱約束，取一半載荷），滑靴底部所有節點固定x、y、z（豎直）方向自由度。由于滑靴結構對稱，因此ANSYS中建立一半模型，施加對稱約束，見圖4。（3）計算結果分析。計算得到滑靴的VonMises應力云圖如圖5，計算結果顯示，改造后的滑靴，最危險工況下，滑靴最大應力為157.79MPa，小于許用應力（F=0.6×Fy=0.6×355=213MPa）。因此，滑靴改造后可用于本導管架。

3.2拖點校核

由于導管架在拖拉過程時，托點在滑靴克服與滑道的靜摩擦時受力最大，此時托點與滑靴連接處可假定靜止，因此提取托點以及滑靴部分結構作為研究對象，使用ANSYS建模進行局部強度分析。（1）有限元模型。模型采用solid95單元，solid95是3-D8節點實體單元：該單元由20個節點定義而成，每個節點有三個自由度：節點x，y和z方向的位移。該單元具有空間的任意方向。分析中使用的單位：長度：mm；力：N；材料屬性：彈性模量=201×103N/mm2；泊松比=0.3；密度=7.85×10-6kg/mm3；屈服強度Fy=355MPa。約束拖點有限元模型見圖6。（2）工況。有限元分析中，拖拉載荷施加在拖點孔與卸扣接觸半圓處（取安全系數1.5），根據詳設提供的裝船分析報告，CEPI導管架總噸位為2842t（含10%重量不確定系數），考慮摩擦系數0.2，施加載荷為2842×0.5×0.2×1.5×0.5=213.1t。根絕拖點對稱特點，建立一半拖點，在對稱面上施加對稱約束，在拖點底部和滑靴截面上固定約束x、y、z（豎直）方向自由度，見圖7。（3）分析結果。計算得到拖點的VonMises應力云圖如圖8，計算結果顯示，改造后的拖點，最危險工況下，滑靴最大應力為211.335MPa，小于許用應力（F=0.6×Fy=0.6×355=213MPa）。因此，拖點可適用于本導管架的拖拉裝船。綜上所述，本文依托CEPI導管架項目，根據原滑靴結構以及導管腿大小，對原滑靴進行改造，合理設置計算工況，使用ANSYS軟件進行強度校核，結果改造的滑靴以及托點均滿足強度要求，說明改造設計方法可行，可為今后類似項目起到借鑒作用。

參考文獻：

[1]龔曙光，謝桂蘭，邱愛紅，等.ANSYS工程應用實例解析[M].北京，機械工業出版社，2003.

作者：趙子坤 白鶴 吳強 王羲威 單位：海洋石油工程有限公司