بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تحلیل به آب اندازی سکوی ثابت نوع شابلونی به روش عددی
چکیده
به آب اندازی پایه سکوی شابلونی (جکت) یکی از مراحل مهم نصب سکو است. اگر این مرحله به درستی انجام نشود ممکن است خسارات سنگین وارد شود و حتی جکت از دست برود. در این مقاله به کمک نرم افزار sacs عملیات به آب اندازی یک جکت نمونه مورد تحلیل قرار گرفته است. بدین منظور جکت مورد نظر در نرم افزار مدلسازی شده و آنالیز استاتیکی جهت کنترل نسبت تنش صورت گرفت. در این روند معیارهای تحلیل به آب اندازی و مشخصات لانچ بارج و تریم و آبخور جهت ورودی به برنامه استخراج گردید. در آنالیز به آب اندازی با توجه به مشخصات بارج و ضرایب هیدرودینامیکی جکت تاریخچه زمانی حرکت جکت و بارج که شامل تغییر مکان، سرعت و شتاب است مورد بررسی قرار گرفت. فاصله حداقل خط بستر نیز کنترل گردید. همچنین نمایش گرافیکی موقعیت جکت و بارج در گام های مختلف تحلیل انجام شد. نتایج تحلیل نشان داد که با انتخاب مناسب ضرایب هیدرودینامیکی شامل ضرایب درگ و جرم اضافه و زاویه تریم و آبخور بارج در نظر گرفته شده می توان آنالیز به آب اندازی را در شرایط مناسب و در حالت کمینه تنشهای سکو و بارج انجام داد.
کلمات کلیدی: سکوی شابلونی، به آب آندازی، مدلسازی عددی، ضرایب هیدرودینامیکی، زاویه تریم، آبخور
مقدمه
استفاده از سکوهای نوع شابلونیدر آبهای نسبتاً کمعمق، عموماً انتخابی بهینه و اقتصادی است. یک سکوی شابلونی متشکل از پایه، شمعها، سازه عرشه و دیگر تجهیزات ضروری است. اغلب اجزای مذکور، توسط بارج به محل نصب سکو منتقل می گردند. اندازه سکوی شابلونی به کاربری سکو و نوع عرشه، ابعاد پایه ها و نیروهای محیطی بستگی دارد. برای کنترل پایداری، آنالیزهای مختلف از جمله آنالیز درجا، دینامیکی، بارگیری، حمل، بلند کردن، به آب اندازی و خستگی، باید صورت گیرد.[1] انتخاب روش به آب اندازی بستگی به ابعاد و وزن پایه و موجود بودن جرثقیل و یا بارج مناسب می تواند به یکی از روشهای سر دادن از روی بارج تحت اثر وزن ویا بلند کردن آن توسط جرثقیل و قرار دادن داخل آب انجام شود. با این وجود، برای سکوهای بزرگ بعلت سنگین بودن و داشتن ابعاد بزرگ، اغلب، استفاده از جرثقیل مقدور نیست و باید سکو را با سُردادن از روی بارج به آب انداخت .[2] در مرحله به آب اندازی سکو عوامل و نیروهای مختلف خارجی و داخلی تاثیر گذار است. آنالیز به آب اندازی به عواملی نظیر شرایط محیطی، مشخصات لانچ بارج، بالاست، زاویه تریم و غیره وابسته است .[3] با انتخاب شرایط محیطی مناسب عوامل خارجی را تا حد زیادی میتوان کاهش داد.[4]
در عمل به آب اندازی پایه با ترکیبی از حرکات لغزشی از روی بارج به داخل آب انجام می شود. سپس سکو در آب غوطه ور می شود. در این روش پایه توسط بازو های چرخش انتهای بارج به آب انداخته می شودو تا زمان رسیدن به حالت تعادل شناوری مسیر مشخصی را طی می کند. یکی از مراحل مهم در طراحی سکوی شابلونی روش نصب آن است که با توجه به آن تنش اضافی بر بعضی المانهای سکو وارد می گردد. این تنشهای اضافی می تواند در آرایش، انتخاب نوع اعضا و ابعاد و جنس آنها تاثیر گذار باشد. با توجه به روش نصب به آب دازیان به روش سُردادن از روی بارج برای ساخت پایه سکو لازم است که سازه ای در میان دو پایه اصلی به نام خرپای به آب اندازی1 ساخته شود. بار اصلی سازه در عملیات حمل و نصب بر روی این قسمت وارد می گردد . این سازه به شکل مکعب مستطیل بوده که در میان پایه سکو قرار میگیرد و وجه های دیگر پایه به آن متصل میگردند. در واقع محل تماس پایه با ریل لغزش2 روی همین خرپای به آب اندازی است و این قسمت باراصلی پایه سکو را تحمل و به ریل لغزش منتقل میسازد. هنگامیکه جکت به درون آب انداخته می شود روی این خرپا حرکت میکند و به درون آب می افتد.[5]
به موازات افزایش آبخوروتریم، بارهای واردبه سکو کاهش می یابند. در طول فرایند به آب اندازی فاصله بین پایه سکو و بستر دریا باید مورد بررسی قرار گیرد. این فاصله به حجم و موقعیت مخازن شناور و شرایط به آب اندازی بارج وابسته است. زاویه چرخش بیش از حد منجر به در معرض خطر قرار گرفتن سکو و بارج می گردد. . مهم ترین و حیاتی ترین مرحله در فرایند به آب اندازی زمانی است که جدا یش سکو از روی بارج صورت می گیرد.
تحلیل به آب انداختن سکو از روی بارج بسیار پیچیده است. هدف از تحلیل به آب اندازی تعریف روشی برای انتقال سکو از روی بارج به آب با امن ترین و آرام ترین حالت ممکن است. بنابراین مفهوم اصلی در تحلیل به آب اندازی بر پیش بینی رفتار دینامکی سکو و بارج متمرکز است ودر نهایت منجر به کمینه کردن تنشهای سکو و بارج می شود.
در این تحقیق از نرم افزار SACS برای تحلیل به آب اندازی سکو استفاده گردیده است. این نرم افزار جهت تحلیل و طراحی سکو های شابلونی، شامل بخش پایه سکو و عرشه ها بکار می رود. عملیات به آب آندازی در واقع به نحوه به آب اندازی پایه سکو در دریا، تحت زاویه خاص و تریم بارج اطلاق می گردد. در عمل به آب اندازی، پایه با ترکیبی از حرکات لغزشی از روی بارج به داخل آب انجام می شود. سپس سکو در آب غوطه ور می شود. تحلیل به آب اندازی سکو شامل تاریخچه زمانی تغییر مکان، سرعت و شتاب حرکات سکو و بارج است. پیش بینی حرکات ناشی از عملیات به آب اندازی و نیروهای وارده به سکو در فضای سه بعدی، علاوه بر وابستگی آن به مشخصات سکو به مشخصه های هیدرو دینامیکی بارج نیز ارتباط دارد .[6]
فازهای به آب اندازی
در طی آنالیز به آب اندازی، برنامه به آب اندازی پنج فاز حرکتی مختلف برای این عملیات متصور شده است. برای هر فاز، حرکت سکو و بارج در مراحل زمانی مختلف به شرح ذیل است:
فازاول: لغزش سکو روی بارج توسط وینچ ها فاز دوم: حرکت سکو به علت لغزش تحت وزن خود دراثرشیب به وجود آمده روی بارج تا نزدیکی بازوی چرخشی
فاز سوم: حرکت سکو به علت لغزش توسط وینچ ها روی بازوی چرخش فازچهارم: لغزش سکوروی بازوی چرخش ناشی از وزن خود (ثقلی) فازپنجم: جدایش سکو از روی بارج توسط چرخش بازوها
آنالیز به آب اندازی با استفاده ازمعادله حرکت سکو و بارج، موقعیت، سرعت و شتاب سازه در هر زمان را محاسبه می کند.
جزئیات جکت مدلسازی شده
سکومورد بررسی شش پایه بوده که با شش شمع اصلی حمایت می گردد. اشکال 1 و 2 نماهای صفحه ای سکو و شکل3 نمای ایزومتریک آنرا نشان می دهد.
عمق آب: 72.2 متر زیر LAT
شیب پایه ها در نمای ردیف A و ردیف 2 عمودی و ردیف 1 و 3 و ردیف B مورب به ترتیب1:14.5 و1:10است.
فاصله پایه ها: 16.0 و 27.50 متر (در محل اتصال عرشه به جکت) است.
سایر ملحقات: ضربه گیربارج در تمام پایه ها و محل قرار گیری قایق در ردیف1
بارگذاری
در این بخش توصیف بارها و موارد بار پایه، به منظور شبیه سازی بارهای ثقلی درنظر گرفته شده است. بارهای در نظر گرفته شده، از آنالیز شناوری بدست آمده است. جداول 1 تا 3 این بارها را نشان می دهد.
معیارهای آنالیز که به عنوان پایه در طراحی سازه در نظر گرفته شده اند شامل عمق آب آرام برای آنالیز به آب اندازی LAT= 72.2 Mجریان 0.4m / s در سطح آب بوده اند. آنالیز به آب اندازی انجام شده در دوحالت مختلف زیر بررسی شده است: شرایط نرمال شرایط تصادفی(در نظر گرفتن بروز آب گرفتگی در یکی از مخزن های شناوری). در این حالت، برای همه پایه ها و 2 مخزن شناوری موارد آسیب دیده در نظر گرفته شده است (هر یک به طور جداگانه از یکدیگر).
و موارد زیر کنترل گردیده است
شرایط عمیق ترین شیرجه مورد حداکثر شتاب انتقالی مورد سرعت حداکثر مورد حداکثر شتاب زاویه ای تغییر مرکز ثقل ± 0.5 متر طولی و ±0.3 متر جانبی تغییر وزن در خشکی سکو ± 2.5% بارج استفاده شده برای شرایط خلیج فارس لانچ بارج ابوذر 110 به مشخصات در نظر گرفته شده است (شکل :(4
طول کلی لانچ بارج 110 متر، عرض آن30متر و ارتفاع آن 7.5 متر است. پارامترهای دیگر شکل 4 بشرح ذیل است:
L2=13.8 m و L1 = 12.8m و L = 83.4m و D = 7.5m
ارتفاع ریل 2.569 مترو موقعیت بازوی چرخش 97.2 متر و ارتفاع بازوی چرخش 1.652 متر است. حداقل آبخور وسط لانچ بارج4.0 متر در نظر گرفته شده است. برای زاویه تریمθ = 3.5º ،آبخور وسط کشتی 4 مترداریم:
پارامترهای به آب اندازی
ضریب درگ برای اعضای لوله پایه سکو 5) 0.70٪ افزایش برای آند در نظر گرفته شده است).
ضریب درگ برای جریان طبیعی برای صفحات متصل به پایه سکو 2.0 ، در نظر گرفته شده است.
ضریب جرم اضافه شده برای اعضای لوله ای پایه سکو 1.0 در نظر گرفته شده است.
ضریب اصطکاک دینامیکی 0.1 و ضریب اصطکاک استاتیکی 0.2 در نظر گرفته شده است.
فاصله ریل های به آب اندازی 16.48 متر در نظر گرفته شده است.
در ابتدا ضریب دینامیکی 0.1 (به عنوان اساس طراحی) و زاویه تریم بارج 2.5°و 3° منظورو وضعیت سکو مورد بررسـی قـرار گرفتـه اسـت. سپس سکو با وینچ کشیده شده و تحت فشار قرار گرفته است. بررسی اولیه نشان می دهد که حتی در حالت اوج، سرعت سکو بـا توجـه بـه وزن خود کمتر از سرعت وینچ است. از این رو، ضریب دینامیکی به 0.08 کاهش یافته است و زاویه تریم 3.5° در نظرگرفته شده است.
نتایج
انجام آنالیز استاتیک برای بررسی اعضا و گره ها انجام شد. بر اساس این آنالیزها نسبت تنش عضو حـداکثر 0.690 (بـرای عضـو (L004 – 328 درخرپای به آب اندازی و نسبت تنش حداکثر 0.834 درگره پایه (گره ( 499L اتفاق می افتد. همچنین نتـایج نشـان می دهد که اعضا وگره های سکو در نظر گرفته شده برای بارهای القا شده در طول به آب انـدازی کـافی هسـتند. نتـایج آنـالیز بـه آب اندازی در جدول 4 آمده است:
برآورد تاریخچه زمانی حرکات سکو و بارج حامل در طول عملیات شامل تاریخچه زمانی حرکت جکت و بارج که شامل تغییر مکان، سرعت و شتاب است در شش درجه آزادی محاسبه و در اشکال 5 تا 7 آمده است.
