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1、海洋平台设计原理解德 版权所有2010 1,第三章 移动式平台的重量与重心,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 2,第一节 概 述,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 3,半潜式平台漂浮在海上时，重力和浮力一定要平衡。要保证它有足够的安全和良好的作业性能，应使它准确地处于设计状态。这样就必须算出它的重量和重心。,在坐底式平台和自升式平台的坐底或坐底稳定性计算中，平台的重量重心也是决定性的因素。,在一般移动式平台的各个设计阶段中，重量和重心的计算始终是工作的重点，是其他各项计算的基础。,在不同的设计阶段，重量重心的估算或计算方法和要求也是不同的。,海洋平台设计原理解德 版权所有2010
2、4,平衡条件,移动式平台平衡于水中的必要条件是:,平 台 排 水 量,平台 各部分 重量,海 水 重 度,各 部分 排水 体积,附 体 系 数,重力等于浮力； (2) 重力与浮力在同一铅垂线上。,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 5,平衡条件,重心 位置,排水 体积 形心 位置,移动式平台平衡于水中的必要条件是:,重力等于浮力； (2) 重力与浮力在同一铅垂线上。,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 6,平台重量分类及典型工况,重量分类,LW,VL,Wh,Wf,Wm,Wr,平台体钢料重量,舾装重量,机电设备重量,钻井设备重量,空平台重量,活动载荷,排水量,海洋平台设计原理解德 版权所
3、有2010 7,平台重量分类及典型工况,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 8,平台重量分类及典型工况,在编制重量重心计算书时，应给出各种工况下的重量重心。,各类移动式平台的操作工况是各不相同的。海上移动平台入级与建造规范给出了各类平台的设计工况,设计工况,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 9,迁航工况,平台在海上移动的状态,坐底式,自升式,半潜式,沉浮工况,漂浮状态与坐底状态之间的转换,近/远距离,一般/风暴,作业工况,坐底,自存工况,坐底,极端环境条件下，停止作业，调整或放弃部分载荷以保证平台安全的状态,在规定的环境条件下进行正常钻井作业时的状态,升降工况,桩腿、平台主体升降时的
4、状态,设计工况,平台重量分类及典型工况,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 10,第二节 空平台重量的分析与估算,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 11,空平台重量估算的重要性,空平台重量占整个平台排水量的很大一部分，且项目繁多，很难准确估算。,如果估算与实际重量相差过大，就会影响平台的技术性能，甚至导致设计的失败。,在初步设计时要特别注意。,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 12,空平台重量分类,LW,Wh,Wf,Wm,Wr,平台体钢料重量,舾装重量,机电设备重量,钻井设备重量,空平台重量,自升式,升降装置重量,半潜式,运动补偿装置重量,海洋平台设计原理解德 版权所有2010
5、 13,平台体钢料重量的估算,LW,Wh,Wf,Wm,Wr,平台体钢料重量,舾装重量,机电设备重量,钻井设备重量,空平台重量,平台体钢料重量所占比重较大，因此准确估算这部分重量对决定平台排水量很重要。,要指出的是在不同的设计阶段，应根据收集的资料而选取适当的估算方法。,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 14,平台体钢料重量的估算,粗略估算方法,初步设计阶段，如果有良好的母型平台资料，可用百分数法来估算,母型平台：,设计平台：,钢料重量,排水量,在构造型式及设备基本相同的情况下，上述方法基本可靠。,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 15,LW,Wh,Wf,Wm,Wr,平台体钢料重量,
6、舾装重量,机电设备重量,钻井设备重量,空平台重量,舾装设备重量占空平台重量的相当部分，应予以重视。,舾装部分重量的特点：名目繁多、各自独立、规律性差，重量难以估准。,舾装重量的分析与估算,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 16,舾装重量的分析与估算,(1) 发展变化快 (2) 标准不同，重量差别大(消防设备、隔火材料等)。 (3) 影响因素多(主尺度、平台工作人数等）,锚泊设备 消防设备 管系 油漆,舱室木作 家俱 卫生设施 救生设施,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 17,舾装重量的分析与估算,粗略估算,初步设计阶段，如果有良好的母型平台资料，可用百分数法来估算,母型平台：,设计
7、平台：,分项计算,精确计算,舾装重量,排水量,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 18,LW,Wh,Wf,Wm,Wr,平台体钢料重量,舾装重量,机电设备重量,钻井设备重量,空平台重量,机电设备重量这里主要指非自航平台的机电设备重量。,机电设备重量的分析与估算,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 19,机电设备重量的分析与估算,在锅炉、发电机组等选定后，从产品目录上可以查得它们的重量。,在初始设计阶段，可以根据母型平台的资料，分析比较其所设计平台的钻井能力、压载能力的情况取一数值。,在初始设计阶段，可以根据母型平台的资料，逐项进行比较，相同的照抄、不同的修正、没有的删去。(比较可靠),海
8、洋平台设计原理解德 版权所有2010 20,LW,Wh,Wf,Wm,Wr,平台体钢料重量,舾装重量,机电设备重量,钻井设备重量,空平台重量,这部分重量一般由负责钻井工艺设备的技术人员给出。,钻井设备重量的分析与估算,钻井设备重量主要包括钻机、井架、泥浆设备采用的柴油机、交流发电机、可控硅整流控制直流发电机。,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 21,钻井设备重量的分析与估算,一般在设计任务书中，业主已经给出了这些设备的型号，根据设计任务书查相应的产品目录就可以确定主要设备的重量。,如果业主没有明确给出钻井设备的型号，则可以根据要求的钻井能力，参照钻井能力相近的平台估算。但要注意业主对这些设
9、备是否有专门要求。,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 22,第三节 可变载荷估算,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 23,人员及行李,体重65Kg/人+物品65Kg/人,食品及淡水,食品2.5Kg-4.5Kg/天人,淡水50Kg-100Kg/天人,燃油、润滑油以及钻井用水,舱的大小和布置,钻井材料,压载水,备品、供应品,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 24,第四节 重力与浮力的平衡,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 25,排水量的初步估算,移动式平台的特点是：为了布置钻井设备和各种用途的舱室，需要大量的甲板面积。,(1) 根据布置要求的面积和空间，确定平台所需的最小主
10、尺度，勾画总布置草图。,(2) 对布置地位进行核算，估算各部分重量。,(3) 根据重力与浮力平衡条件，确定排水量等要素。,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 26,诺曼系数,Wh,Wf,Wm,Wr,重量(LW),可变载荷(VL),+,排水量,诺曼系数法,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 27,诺曼系数,重量和浮力平衡要求,则排水量的变化,诺曼系数,钢料,舾装,机电,钻井,可变,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 28,诺曼系数,N1,可变载荷差额,排水量增量,N,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 29,诺曼系数,某钻井平台在托航状态的排水量根据外形尺寸估算为21000吨。
11、该状态下的可变载荷为2300吨，而估算得到的空平台重量为19700吨。这样总重量 LW+VL=19700吨+2300吨=22000吨。 总重量比排水量大了1000吨(22000吨-21000吨)。 要保持平台的吃水不变，就必须加大平台的外形尺寸，以增加排水量达到重力与浮力平衡。 我们通过前面的分析已经知道，平台的重量与外形尺度有关，它随着外形尺度增加而增加。因而排水量不能简单地加大1000吨。 究竟需要增加多少？诺曼系数的概念有助于我们对此问题的认识。,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 30,排水量裕量,原因,(1) 估算误差-平台上各种重量项目成百上千，往往会有遗漏。,(2) 设备增加
12、-在设计和建造中，业主提出增加设备和装置。,(3) 代用品-建造中有时会采用重量不同的代用品。,方法,设计者的经验；资料的收集情况。,(1) 取空平台重量的百分数。,(2) 分别在每个重量分量中增加一定的裕量。,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 31,第五节 重心估算,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 32,平台重心位置的估算是一项重要的工作,xG,yG,和,平台的稳性,zG,纵倾,横倾,平台的海上运动性能,平台的浮态,x,y,z,x,O,O,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 33,如果一艘半潜式平台的重心在设计时估算偏低，在使用时就必须减少甲板载荷，以保证稳性满足规范。这样
13、就必须增加供应船的往返次数，并降低平台的作业能力。,因此，在设计中对平台重心高度的估算与控制应特别注意。,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 34,重心高度估算,Wh,Wf,Wm,Wr,zhG,zfG,zmG,zrG,?,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 35,重心高度估算,平台钢料部分的重心高度,平台下体(沉垫)的重心高比例于下体高，参照母型平台。,根据总布置图近似地取围壁、油漆的重心在其面积的形心处。,立柱、甲板(箱形)类似。,舾装部分的重心高度,救生艇起重设备等可根据产品资料或参照母型平台确定。,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 36,重心高度估算,机电、钻井设备部分的重
14、心高度,根据具体设备的资料确定。 参照母型平台或其它平台资料。 根据施工图纸逐项计算。,可变载荷的重心高度估算,根据各个项目的重量在平台上的位置进行估算。,人员：甲板以上1m。 油水：装载情况，舱的形状,例如,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 37,重心平面位置,空平台部分,重心纵向位置比例于平台长度,重心横向位置比例于平台宽度,平台重量一般左右对称，故yG=0,可变载荷部分,根据总布置图上的位置确定,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 38,第六节 自升式平台的重量分类与组合,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 39,重量分类,1. 空载重量,1.1 结构钢料 1.1.1 平台
15、主体 1.1.2 桩腿与桩脚箱(或沉垫) (可移动) 1.1.3 上层建筑 1.1.4 飞机平台 1.1.5 钻台(可移动),1.2 钻井设备 1.2.1 井架 1.2.2 井架的上底座与下底座(可移动) 1.2.3 底座的移动装置 1.2.4 提升绞车 1.2.5 转盘 1.2.6 天车 1.2.7 游动滑车 1.2.8 水龙头 1.2.9 大钩,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 40,1.2 钻井设备(续) 1.2.10 泥浆循环系统 1.2.11 散装材料储罐 1.2.12 注水泥装置 1.2.13 测井装置 1.2.14 钻井设备,1.3 动力装置 1.3.1 柴油发电机组 1.3.2 应急柴油发电机组 1.3.3 空气压缩机组 1.3.4 锅炉 1.3.5 制氮装置 1.3.6 污水处理装置 1.3.7 各种泵及管系 1.3.8 1211及CO2灭火站 1.3.9 油柜与水柜 1.3.10 冷冻机组及冷库 1.3.11 空调系统 1.3.12 通风系统,重量分类,海洋平台设计原理解德 版权所有2010 41,1.4 电器设备 1.4.1 动力房 1.4.2 可控硅装置 1.4.3 主配电板
