海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)作業(yè)——自升式海洋平臺(tái)升降結(jié)構(gòu)

1、常見自升式海洋平臺(tái)升降結(jié)構(gòu)對(duì)比分析班級(jí)學(xué)號(hào)姓名目錄一、自升式平臺(tái)簡(jiǎn)介3二、現(xiàn)有常見升降結(jié)構(gòu)41、圓柱型樁腿一單環(huán)梁液壓升降裝置42、方殼型樁腿雙環(huán)梁液壓升降裝置63、桁架型樁腿一齒輪齒條升降裝置7三、升降系統(tǒng)的對(duì)比81、樁腿結(jié)構(gòu)形式對(duì)比82、觸底形式對(duì)比93、升降裝置對(duì)比104、動(dòng)力源對(duì)比11、自升式平臺(tái)簡(jiǎn)介自升式平臺(tái)是一種海上活動(dòng)式鉆井裝備，目前是我國(guó)海洋石油勘探中使用最多的一種鉆井平臺(tái)，由于其作業(yè)穩(wěn)定性好和定位能力強(qiáng)，在大陸架海域的油氣勘探開發(fā)中居極其重要的地位。自升式平臺(tái)主要由平臺(tái)主體、樁腿、升降鎖緊裝置、鉆井裝置（包括動(dòng)力設(shè)備和起重設(shè)備）以及生活樓（包括直升飛機(jī)平臺(tái)）等組成。平臺(tái)在工作

2、時(shí)用升降裝置將平臺(tái)主體提升到海面以上，使之免受海浪沖擊，依靠樁腿的支撐穩(wěn)定的站立在海底進(jìn)行鉆井作業(yè)。完成任務(wù)后，降下平臺(tái)主體到海面，拔起樁腿并將其升至拖航位置，即可拖航到下一個(gè)井位作業(yè)。因此，支撐升降系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對(duì)自升式海洋工作平臺(tái)的安全有著至關(guān)重要的作用。自升式平臺(tái)的工作狀態(tài)如圖一所示。目A拖航；B下樁：C壓載；0升船：E工作自升式平臺(tái)工作狀態(tài)圖一13二、現(xiàn)有常見升降結(jié)構(gòu)支撐升降系統(tǒng)作為自升式平臺(tái)中的核心部分，在平臺(tái)的設(shè)計(jì)建造中歷來受到高度重視，其性能的優(yōu)劣直接影響到平臺(tái)的安全和使用效果。最常用的升降裝置是齒輪齒條式和頂升液壓缸式。具體可見下表殼體樁腿是封閉型樁腿，其樁腿截面有圓形和方形兩種形

3、式；桁架式樁腿截面有三角形和四方形兩種形式。不同截面形狀的桁架式和殼體式樁腿與不同類型的升降驅(qū)動(dòng)方案相互組合，衍生出多種能夠?qū)崿F(xiàn)升降平臺(tái)功能的支撐升降系統(tǒng)類型。1、圓柱型樁腿一單環(huán)梁液壓升降裝置銷子、銷孔和項(xiàng)升液壓缸是一種升降裝置。系統(tǒng)原理圖如圖二。%】一環(huán)梁；2銷禮：3壞燮?。河谝灰耗蚋讌[K當(dāng)銷；7甲板;單環(huán)梁丸揮升降系統(tǒng)原理圖圖二每一樁腿有兩組液壓動(dòng)作的插銷和一組頂升液壓缸。當(dāng)裝在環(huán)梁上的一組環(huán)梁銷插入到樁腿的銷孔中時(shí)，一組頂升液壓缸的同步動(dòng)作即可使環(huán)梁及銷子帶動(dòng)樁腿（或平臺(tái)主體）升降一個(gè)節(jié)距，然后進(jìn)行換手：將鎖緊銷推入到樁腿的銷孔中，退出環(huán)梁銷，液壓缸和環(huán)梁復(fù)位，下一個(gè)工作循環(huán)開始。其升

4、樁和下樁如圖三。圖三2、方殼型樁腿雙環(huán)梁液壓升降裝置方殼型樁腿及雙環(huán)梁液壓升降裝置的設(shè)計(jì)是借鑒“五月花”號(hào)風(fēng)機(jī)安裝船的設(shè)計(jì)思想。該船支撐升降系統(tǒng)由樁腿及電力液壓升降裝置組成；升降原理與銷孔式液壓升降原理相同，優(yōu)于銷孔式的特點(diǎn)是箱型樁腿設(shè)計(jì)成齒孔式結(jié)構(gòu)，避免了再沿樁腿縱向開孔，提高了樁腿強(qiáng)度；而雙環(huán)梁液壓升降裝置相對(duì)于單環(huán)梁升降速度更快，效率更高；抓取動(dòng)作分別由雙環(huán)梁的主次抓取橫梁及主次抓取油缸實(shí)現(xiàn)：其采用4個(gè)主升降液壓缸帶動(dòng)的主環(huán)梁和4個(gè)次升降液壓缸帶動(dòng)的次環(huán)梁交替完成樁腿的升降運(yùn)動(dòng)，正常工作時(shí)，4個(gè)液壓缸處于支撐狀態(tài)，另4個(gè)處于提升或下降平臺(tái)狀態(tài)。其結(jié)構(gòu)如下圖四，下樁升樁步序如圖五。l-&#

5、177;femtE2-主抓恵缸；3出抓取弧捉壞熱6主號(hào)舉:7次起升缸：呂一甲板；A凰鞄;取環(huán)架支撐升薛系統(tǒng)姑構(gòu)圖I一步序H扶起升迥港塞桿伸圧.歡齬取油缸盤次耳樂空攤上升一個(gè)節(jié)距步序羨找抓取缸活虜桿的栓夾賽.主擁取汕包活鄴稈枚縮松開步序去撫起升缸活塞桿收堀.撫抓槪油缸、機(jī)環(huán)梁良樁豊下降一個(gè)節(jié)距.I歩:主起升缸活塞杠枚疇，主抓取制31、主肝舉及征躍下降一個(gè)節(jié)距.F樁步序圖歩序杓主麗虹活事桿收培.主抓取油融、主環(huán)般總璉驅(qū)臨貳下降一個(gè)悟柜升樁步序圖歩希I主起升嚴(yán)潔藉桿勒快，主環(huán)景®疏58匕丹一孑節(jié)距*岳腦：壬起升缸牯菇桿曲畏.主抓取袖垃矗1：珂筆空裁上升一個(gè)節(jié)距*歩序h執(zhí)執(zhí)血油任活塞桿憚怪決

6、留+次起升缸話農(nóng)桿忡快.撫抓取注、氏環(huán)聲及攤創(chuàng)上升一r節(jié)距*._；步序錄4:抓取缸話塞桿伸悅夾緊，次抓取油仕活塞杯鹽松開*；歩序2：主抓璇怔話魯桿神悅先離，次辦収油虹活塞軒恢褫開.步序4】次窓升虹活鑒桿收軸.歡抓取油俎攻眈壞嬖空康F睦一卒節(jié)距.涉呢5：找植取虹活共桿伸検喪漿.主擁電幗缸蔣鑿桿牧堀松開.圖五3、桁架型樁腿一齒輪齒條升降裝置圖六為F&G公司設(shè)計(jì)的三角形桁架樁腿齒輪齒條支撐升降系統(tǒng)FAO支捋升降疥絨圖六該型支撐升降系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于MODII、SUPERMODII、JU2000等系列自升式平臺(tái)上，是目前主流的結(jié)構(gòu)形式。其整體結(jié)構(gòu)主要包括固樁架1、升降裝置2、桁架樁腿3、鎖緊裝置4

7、與導(dǎo)向5等，驅(qū)動(dòng)方式為電機(jī)驅(qū)動(dòng)。齒條沿樁腿弦桿對(duì)立鋪設(shè)，即附設(shè)于同一根弦桿的兩側(cè)，使齒輪動(dòng)作時(shí)由于壓力角和4摩擦力引起的水平分力可以互相抵消。升降裝置上安裝有小齒輪，小齒輪與齒條嚙合并由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速齒輪箱驅(qū)動(dòng)。在平臺(tái)主體漂浮于水面的狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)齒輪可以實(shí)現(xiàn)升降樁腿，當(dāng)樁靴觸底時(shí)，驅(qū)動(dòng)齒輪則可實(shí)現(xiàn)平臺(tái)主體升降。升降裝置的上面和下面各設(shè)有緩沖墊（橡膠緩沖器），以緩和力的沖擊作用，改善平臺(tái)主體、升降裝置及樁腿等的受力狀況。三、升降系統(tǒng)的對(duì)比1、樁腿結(jié)構(gòu)形式對(duì)比殼體式樁腿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性大，制造容易，相對(duì)桁架式樁腿占船體面積小，但其受風(fēng)浪面積大，一般適用于海面60米以內(nèi)淺水海域。如果工作水深再增加，用殼

8、體式樁腿已經(jīng)不夠經(jīng)濟(jì)，主要原因是波浪力隨樁腿尺度增加而大大增大，樁腿重量也大大增加，但也有的殼體式樁腿工作水深達(dá)90m甚至115m。對(duì)于殼體結(jié)構(gòu)樁腿，銷孔式和齒孔式升降原理是一樣的，但齒孔式樁腿可以避免在結(jié)構(gòu)上開孔，提高樁腿的強(qiáng)度。相比而言，桁架式樁腿由于透空，受風(fēng)面積小，樁腿上的波浪力和海流力也大大減少，可減小船體重量，提高甲板有效載荷。但桁架式樁腿的公差非常小，樁腿這樣大的部件在建造中要保持在這些小機(jī)械零件公差的范圍內(nèi)，制造就很困難，且材料強(qiáng)度要求和造價(jià)都非常高，適用于60米以上深水海域。新一代自升式平臺(tái)桁架樁腿多采用超高強(qiáng)度鋼，大壁厚小管徑壁厚比的主弦管與支撐管，以減小水阻力與波浪載荷。

9、對(duì)比結(jié)果如表工作水深結(jié)構(gòu)外載荷加工制造重量成本桁架式260m復(fù)雜小困難小高殼體式W60m簡(jiǎn)單大容易大低表2、觸底形式對(duì)比樁腿底部的結(jié)構(gòu)可以采用插樁型、箱型、沉墊型等，如圖七所示。插樁型樁腿直接插入海底，用樁腿支撐整個(gè)船體，站立在海上作業(yè)，它適用于海底土壤較硬的海域。箱型樁靴可以增大海底支承面積，提高承壓能力，兼顧了海底軟硬地基的可能性，減少樁腿插入海底的深度；減小樁腿插入海底深度的意義不僅在于減小所需樁腿長(zhǎng)度，更重要的是提高了插樁和拔樁作業(yè)的安全性，尤其是對(duì)軟性地基土的情況；樁靴中設(shè)有噴沖裝置，有利于拔樁作業(yè)；樁靴的平面形狀有圓形、方形、多角形等。沉墊型樁腿下部帶整體沉墊，船體用沉墊坐在海上作

10、業(yè)，沉墊能有效地傳遞并分配樁腿載荷，它適于海底較平坦且海底土壤承載力較低的情況；沉墊和船體的重量保證船體的抗傾和抗滑穩(wěn)性，且增大接觸面積，從而提高了船體穩(wěn)定性，但其相對(duì)易發(fā)生漂移。(a)插樁型(b)箱電©機(jī)墊型樁腿觸底形式圖七3、升降裝置對(duì)比安裝在樁腿和平臺(tái)主體交接處的升降裝置在驅(qū)動(dòng)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)樁腿和平臺(tái)主體的相對(duì)上下運(yùn)動(dòng)。此外，升降裝置驅(qū)動(dòng)電機(jī)制動(dòng)器工作時(shí)也可以把平臺(tái)主體固定于樁腿某一位置，此時(shí)垂直方向上的力主要由升降裝置承受，水平方向上的力則由固樁裝置傳遞給平臺(tái)主體。齒輪齒條式升降裝置升降速度快，且可連續(xù)升降；控制簡(jiǎn)單，操作性能良好，并有平穩(wěn)地連續(xù)運(yùn)動(dòng)的能力，只要加大驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)力

11、，升降的速度就能提高；同步性能好，可直接依靠齒輪齒條微動(dòng)將平臺(tái)調(diào)平，適合于移位比較頻繁的平臺(tái)。但是它需要龐大而復(fù)雜的變速機(jī)構(gòu)、體積大，對(duì)齒輪和樁腿上的齒條材料和制造工藝要求高，造價(jià)高，它常用于深水自升式平臺(tái)。頂升液壓缸升降裝置的工作是間斷的，每次只能升降一個(gè)節(jié)距，每節(jié)距1m左右，升降時(shí)需要倒手，操作比較麻煩，升降速度較齒輪齒條式慢，對(duì)液壓閥件要求較高，制造成本也可能較高。但它不需要復(fù)雜的變速機(jī)構(gòu)，體積小，且能吸震，工作平穩(wěn)、可靠。由于采用了銷子和銷孔的配合，對(duì)樁腿的制造工藝要求較低。升降時(shí)銷子和銷孔之間不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)和摩擦力的問題，它常用于較淺水深的自升式平臺(tái)。對(duì)比結(jié)果如圖八。升降裝置升障裝置對(duì)比圖圖八4、動(dòng)力源對(duì)比升降裝置的動(dòng)力源有三種形式：液壓缸驅(qū)動(dòng)，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。其中液壓缸用于銷孔（齒孔）式升降裝置中，而液壓馬達(dá)、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)多用于齒輪齒條升降裝置中。而液壓馬達(dá)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)又根據(jù)驅(qū)動(dòng)部件轉(zhuǎn)速的不同分為高速方案和低速方案兩種情況。優(yōu)缺點(diǎn)如圖九。*潅圧缸驅(qū)動(dòng)優(yōu)勢(shì)：液缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單力檔謝立按翌全可靠.不d；上下粧腿環(huán)舉結(jié)構(gòu)狡龐大用鋼董器'操作系統(tǒng)復(fù)朵*瑟速方案液IK馬達(dá)驅(qū)旣速方鬟*變就方崇冊(cè)勢(shì)：繼樂馬達(dá)輕水，升降超動(dòng)連擺"漲壓待動(dòng)