Результат интеллектуальной деятельности: ЛЕДОСТОЙКИЙ ОПОРНЫЙ БЛОК МОРСКОГО ИНЖЕНЕРНОГО СООРУЖЕНИЯ

Изобретение относится к морским инженерным сооружениям (морским платформам) и может быть использовано в качестве искусственных оснований для размещения нефтегазобурового оборудования при решении задач освоения ресурсов шельфа.

Известен опорный блок морского гидротехнического сооружения, выполненный в виде сквозной стержневой пространственной конструкции из стальных прокатных профилей, содержащий сборный ствол, опирающийся нижним концом на морское дно, поддерживающие подкосы, шарнирно соединенные со средней частью ствола (см. US №4669917, кл. Е02В 17/00, 1987). При этом платформа жестко соединена с верхним концом ствола.

К недостаткам этого опорного блока морского гидротехнического сооружения морской платформы можно отнести большую сложность его конструкции из-за наличия большого числа узлов и элементов ее пространственной конструкции. Кроме того, названные конструктивные особенности технического решения не позволяют обеспечить ледостойкость конструкции.

Известен также ледостойкий опорный блок морского инженерного сооружения, содержащий полый цилиндрический ствол, нижний конец которого снабжен опорным узлом, и полые поддерживающие подкосы, шарнирно соединенные со стволом (см. RU №2074926, МПК Е02В 17/00, 1992).

К недостаткам этого технического решения можно отнести зависимость качества «подпирающего эффекта» каждого из поддерживающих подкосов от качества их контакта с соответствующим участком дна и прочностных параметров донного слоя, в который фиксируется нижний конец поддерживающего подкоса, при этом конструктивные элементы опорного блока «работают» разобщенно друг от друга, все это вместе не обеспечивает достаточной жесткости конструкции, что не обеспечивает его безаварийную работу в условиях воздействия ледяного поля. Кроме того, монтаж заявленной конструкции достаточно сложен и требует использования мощных плавкранов.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение жесткости конструкции и упрощение ее монтажа.

Техническим результатом является то, что обеспечивается высокая жесткость конструкции за счет обеспечения совместности работы всех ее элементов с образованием пространственной конструкции из взаимосвязанных друг с другом элементов с образованием ими работающих жестко треугольных рам и упрощается ее монтаж. Кроме того, обеспечивается снижение затрат на монтаж конструкции; возможность серийного строительства; уменьшение трудоемкости при постановке опорного блока на месте, а также при снятии с грунта; высокая ремонтопригодность и возможность переоборудования в доке.

Поставленная задача решается тем, что ледостойкий опорный блок морского инженерного сооружения, содержащий полый цилиндрический ствол, нижний конец которого снабжен опорным узлом, и полые поддерживающие раскосы, шарнирно соединенные со стволом, отличается тем, что опорный узел содержит опорное кольцо, образованное как минимум тремя жестко связанными своими торцами прямолинейными понтонами, которым в плане придана форма равнобедренной трапеции, при этом опорное кольцо жестко скреплено со стенками цилиндрического ствола, полыми радиальными распорками, при этом нижние концы поддерживающих раскосов жестко соединены с опорным кольцом, причем продольные оси поддерживающих раскосов и радиальных распорок лежат в одной вертикальной плоскости, при этом понтоны опорного кольца, радиальные распорки, цилиндрический ствол и полые поддерживающие раскосы выполнены с возможностью регулирования их плавучести от положительной до отрицательной. Кроме того, торцам поддерживающих раскосов, обращенным к вертикальному стволу и опорному кольцу, придана форма, повторяющая поверхность участков контактирующих с ними конструктивных элементов. Кроме того, шарнирные соединения поддерживающих раскосов с цилиндрическим стволом выполнены разъемными. Кроме того, шарниры размещены на усиливающем кольцевом поясе, закрепленном на стенке цилиндрического ствола на глубине, превышающей среднюю толщину ледяных полей на месте установки опорного блока. Кроме того, нижние концы раскосов закреплены на стенке опорного кольца сваркой. Кроме того, кромки торцов поддерживающих раскосов, обращенные к вертикальному стволу, жестко соединены с обращенной к ним поверхностью, например, электросваркой. Кроме того, в полостях поддерживающих раскосов размещены дополнительные продольные балластные отсеки, полости которых симметричны относительно самой короткой образующей обечайки корпуса раскоса. Кроме того, вертикальный ствол снабжен сквозной продольной технологической полостью, изолированной от остального его объема.

Сравнение признаков заявленного решения с признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи:

Признаки «…опорный узел содержит опорное кольцо, образованное как минимум тремя жестко связанными своими торцами прямолинейными понтонами…» обеспечивают восприятие нагрузки, передаваемой (или воспринимаемой) полыми поддерживающими раскосами, при этом обеспечивается стабильность условий работы всех раскосов и обеспечивается возможность совместной работы узлов и элементов опорного блока.

Признаки, указывающие, что прямолинейным понтонам «в плане придана форма равнобедренной трапеции», обеспечивают возможность «площадного» сопряжения торцов прямолинейных понтонов и тем самым обеспечивают прочность опорного кольца.

Признаки «…опорное кольцо жестко скреплено со стенками цилиндрического ствола полыми радиальными распорками…» обеспечивают жесткую связь основания опорного блока и опорного кольца и с учетом признаков «продольные оси поддерживающих раскосов и радиальных распорок лежат в одной вертикальной плоскости» обеспечивают формирование «треугольных ферм», воспринимающих нагрузки (перераспределяющих их на опорное кольцо), возникающие при воздействии ледяных полей на вертикальный ствол опорного блока.

Признаки «…нижние концы поддерживающих раскосов жестко соединены с опорным кольцом…» обеспечивают повышение общей жесткости конструкции.

Признаки «…понтоны опорного кольца, радиальные распорки, цилиндрический ствол и полые поддерживающие раскосы выполнены с возможностью регулирования их плавучести от положительной до отрицательной…» обеспечивают возможность транспортировки элементов опорного блока буксировкой, а их монтаж с использованием балластировки - регулируемого приема (или откачки) водяного балласта.

Признаки второго пункта формулы изобретения обеспечивают плотное прилегание друг к другу стыкуемых поверхностей элементов опорного блока и соответственно выравнивание и снижение уровня напряжений по контактам раскосов.

Признаки третьего пункта формулы изобретения обеспечивают при необходимости (например, в случае повреждения или необходимости модернизации) возможность демонтажа поддерживающих раскосов разборкой шарниров (разумеется, после освобождения кромок, соединенных сваркой).

Признаки четвертого пункта формулы изобретения обеспечивают возможность минимизации толщины остальной части стенки цилиндрического ствола (и ее повреждение сваркой или резкой при формировании или разрушении) швов на соответствующих кромках торцов поддерживающих подкосов и исключают воздействие на этот узел ледяных полей.

Признаки пятого пункта формулы изобретения конкретизируют возможный вид выполнения жесткого соединения раскоса и опорного кольца.

Признаки шестого пункта формулы изобретения обеспечивают жесткость соединения поддерживающих раскосов с цилиндрическим стволом, что обеспечивает повышение общей жесткости конструкции.

Признаки седьмого пункта формулы изобретения обеспечивают возможность такой дифферентовки раскосов в процессе монтажа, при которой они ориентированы вверх «длинной» образующей, что упрощает сборку конструкции (сборку шарнирного соединения раскоса и вертикального ствола).

Признаки восьмого пункта формулы изобретения обеспечивают возможность свободного прохода бурового инструмента через вертикальный ствол.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан вид сбоку на ледостойкий опорный блок морского инженерного сооружения, на фиг.2 - вид на опорный узел, на фиг.3 показаны монтажные единицы в доке, на фиг.4 показаны монтажные единицы на акватории с достаточной глубиной для их стыковки, на фиг.5 показан процесс монтажа сборочных единиц на плаву, на фиг.6 показан ледостойкий опорный блок морского инженерного сооружения после стыковки на плаву.

На чертежах показаны: полый цилиндрический ствол 1, опорный узел 2, поддерживающие раскосы 3, опорное кольцо 4, понтоны 5, распорки 6, балластные отсеки 7, шарниры 8, кольцевой пояс 9. На чертежах также показаны проушины 10 и 11.

Ледостойкий опорный блок морского инженерного сооружения (фиг.1) содержит полый цилиндрический ствол 1, нижний конец которого снабжен опорным узлом 2, и полые поддерживающие раскосы 3, шарнирно соединенные со стволом 1. Вертикальный ствол 1 снабжен сквозной продольной технологической полостью, изолированной от остального его объема. Опорный узел 2 (фиг.2) содержит опорное кольцо 4, образованное как минимум тремя жестко связанными своими торцами прямолинейными понтонами 5, которым в плане придана форма равнобедренной трапеции, при этом опорное кольцо 4 жестко скреплено со стенками цилиндрического ствола 1 полыми радиальными распорками 6. Составные части опорного узла (понтоны 5, распорки 6) и поддерживающие раскосы 3 - трубчатые элементы прямоугольного, круглого или иного поперечного сечения. Нижние концы поддерживающих раскосов 3 закреплены на стенке опорного кольца 4, например, сваркой. Кромки торцов поддерживающих раскосов 3, обращенные к вертикальному стволу 1, жестко соединены с обращенной к ним поверхностью, например, электросваркой. Торцам поддерживающих раскосов 3, обращенным к вертикальному стволу 1 и опорному кольцу 4, придана форма, повторяющая поверхность участков контактирующих с ними конструктивных элементов. Причем продольные оси поддерживающих раскосов 3 и радиальных распорок 6 лежат в одной вертикальной плоскости. В полостях поддерживающих раскосов 3 размещены дополнительные продольные балластные отсеки 7, полости которых симметричны относительно самой короткой образующей обечайки корпуса раскоса 3. Понтоны 5 опорного кольца 4, радиальные распорки 6, цилиндрический ствол 1 и полые поддерживающие раскосы 3 выполнены с возможностью регулирования их плавучести от положительной до отрицательной. При изготовлении вертикального ствола используют технологии, применяемые при строительстве корпусов подводных лодок. Остальные элементы конструкции проще, и технологии их изготовления не представляют особой сложности. Шарнирные соединения поддерживающих раскосов 3 с цилиндрическим стволом 1 выполнены разъемными. Шарниры 8 размещены на усиливающем кольцевом поясе 9, закрепленном на стенке цилиндрического ствола 1 на глубине, превышающей среднюю толщину ледяных полей на месте установки опорного кольца 4. Усиливающий кольцевой пояс 9 с проушинами 10, фиксируемыми на внешней поверхности вертикального ствола.

Производство и монтаж ледостойкого опорного блока морского инженерного сооружения осуществляют следующим образом.

Строительство монтажных единиц ведется в доке известными способами (фиг.3). Первая монтажная единица включает вертикальный ствол 1 и опорный узел 2. Опорный узел 2 выполняют в виде замкнутого многогранного кольца 4, грани которого составлены из отдельных понтонов 5, торцы которых жестко скреплены друг с другом, при этом опорное кольцо 4 жестко скрепляют с вертикальным стволом 1 радиальными распорками 6, выполненными в виде отдельных понтонов. В качестве остальных монтажных единиц использованы поддерживающие раскосы 3. Один торец каждого из раскосов 3 снабжают проушинами 11, выполненными с возможностью шарнирного скрепления с проушинами 10 вертикального ствола 1, а другой торец выполняют с возможностью плотного прилегания к соответствующему участку опорного кольца 4.

После окончания строительства составных частей опорного блока док заполняют водой, за счет собственных сил поддержания конструкции всплывают, и их выводят на акваторию с достаточной глубиной для стыковки (фиг.4). В процессе монтажа первую монтажную единицу притапливают с приданием продольной оси вертикального ствола вертикального положения и выводят его проушины 10 на уровень над поверхностью моря, обеспечивающий возможность шарнирного соединения с проушинами 11 поддерживающих раскосов 3 (фиг.5). Поддерживающие раскосы 3 перед монтажом балластируют с приданием им пространственного положения, обеспечивающего возможность шарнирного соединения их проушин 10 с проушинами 11 вертикального ствола 1, обеспечивая размещение раскосов на плаву при обращении их вверх длинной образующей (при этом положении проушины раскосов выступают над поверхностью воды).

Затем (фиг.5) путем балластировки понтонов 5 производят погружение, затем стыковку в шарнирных соединениях 8 цилиндрического ствола 1 и раскосов 3. После выполнения шарнирного соединения раскосов 3 с вертикальным стволом 1 откачивают балласт из понтонов 5 опорного кольца 4 и/или радиальных распорок 6 и и/или вертикального ствола 1, обеспечивая сближение свободных торцов раскосов 3 с обращенным к ним участком поверхности опорного кольца 4, и обеспечивают контактирование (поджатие) соответствующих торцов раскосов 3 с опорным кольцом 4 за счет подвсплытия первой монтажной единицы. Под действием силы тяжести раскосы 3 поворачиваются в шарнирах 8 и опускаются на штатные места (фиг.6). Скорость и объем принимаемого и откачиваемого балласта должны быть рассчитаны таким образом, чтобы раскосы 3 опустились на опорное кольцо 4 плавно. После подвсплытия опорного блока 2 и обсушки участков опорного кольца 4, скрепляемых с раскосами 3, жестко фиксируют раскосы с контактирующими с ними элементами конструкции, например, сваркой, обеспечивая жесткость всей конструкции опорного блока.

После жесткой фиксации раскосов 3 с контактирующими с ними элементами конструкции балластируют понтоны 5 собранной таким образом сборки с обеспечением ее транспортировки и опускания на подготовленный участок дна.

Понтоны 5 и раскосы 3 используются как для плавучести и балластировки при буксировке и как балластные или грузовые отсеки в эксплуатации. Опорный блок устанавливают на грунт своим опорным узлом 2. После окончания сборки опорного блока на него устанавливают платформу (известным образом) для технологического оборудования. При необходимости опорный блок путем откачки балласта всплывает и буксируется на ремонт или в другое место эксплуатации. Предложенная конструкция обеспечивает в сравнении с железобетонными конструкциями снижение затрат; возможность серийного строительства; уменьшение трудоемкости при установке опорного блока на месторождении, а также при снятии с грунта; высокую ремонтопригодность и возможность переоборудования в доке.