dexie-Platform-2010Fall-03-移动式平台的重量与重心

第三章

移动式平台的重量与重心1第一节

概述2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。3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。4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。5平台重量分类及典型工况重量分类LWVLWhWfWmWr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6平台重量分类及典型工况7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8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、平台主体升降时的状态设计工况平台重量分类及典型工况9第二节

空平台重量的分析与估算10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。11空平台重量分类LWWhWfWmWr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12平台体钢料重量的估算LWWhWfWmWr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。13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。14LWWhWfWmWr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15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16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：设计平台：分项计算精确计算舾装重量排水量17LWWhWfWmWr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18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)19LWWhWfWmWr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。20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备是否有专门要求。21第三节

可变载荷估算22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23第四节

重力与浮力的平衡24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。25诺曼系数WhWfWmWr重量(LW)可变载荷(VL)+排水量诺曼系数法26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27诺曼系数N>1可变载荷差额排水量增量N28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。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。29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-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。30第五节

重心估算31平台重心位置的估算是一项重要的工作xGyG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xyzxOO32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。33重心高度估算WhWfWmWrzhGzfGzmGzrG?34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。35重心高度估算机电、钻井设备部分的重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36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37第六节

自升式平台的重量分类与组合38重量分类1.空载重量1.1结构钢料 1.1.1平台主体 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大钩391.2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 1.3.81211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401.4电器设备 1.4.1动力房 1.4.2可控硅装置 1.4.3主配电板及应急配电板 1.4.4变压器 1.4.5电缆及其固定装置 1.4.6电动机控制设备 1.4.7蓄电池 1.4.8电力分配箱及控制箱 1.4.9照明系统 1.4.10风扇 1.4.11助航仪器 1.4.12通信设备重量分类1.5升降装置 1.5.1电动机齿轮传动装置 1.5.2导向装置 1.5.3楔块系统41重量分类1.6舾装设备 1.6.1起重机 1.6.2海水塔及其升降机构 1.6.3锚设备 1.6.4系泊及拖缆设备 1.6.5救生设备 1.6.6门窗盖等关闭设备 1.6.7梯子 1.6.8栏杆 1.6.9舱室内的各种设备2.可变载荷2.1固体可变载荷 2.1.1泥浆材料(袋装或灌装) 2.1.2水泥(袋装或灌装) 2.1.3钻杆 2.1.4钻铤 2.1.5套管422.1固体可变载荷(续) 2.1.6放喷器组 2.1.7钻井工具 2.1.8钻井配件 2.1.9人员及其行李 2.1.10粮食及供应品 2.1.11试油设备(分离器、加热器、计量罐、燃烧管等) 2.1.12测井设备2.2液体可变载荷 2.2.1日用泥浆 2.2.2泥浆材料 2.2.3燃油 2.2.4滑油 2.2.5淡水 2.2.6钻井用水重量分类43重量分类3.预压载3.1压载水重量(液体可变载荷、预压工况)4.钻井载荷4.1大钩4.2转盘4.3立根盒5.特殊载荷5.1起重机吊重5.2直升机降落44重量组合拖航工况漂浮状态时平台的重量等于满载排水量，即：满载排水量=空载重量(重量项目1)+可变载荷(重量项目2)已知排水量便可从静水力曲线查得相应的吃水及其他浮性和稳性参数的数值。一般拖航和风暴拖航两种状况的可变载荷可以相等，也可以不相等(前者比后者大)。但应指出，拖航状况的可变载荷最好和升降状况的可变载荷相适应，否则，可变载荷超出了升降装置的举升能力，超出部分还得在举升主体前卸掉。45重量组合升降操纵对升降装置的主要要求是举升能力，即升降装置以一定的举升速度所能举起的主体最大重量。举升能力实际上受到齿轮齿条装置(主要是小齿轮)的动态强度的限制。举升能力和重量组合的关系是：举升能力=空载主体重量(重量项目1)+可变载荷(重量项目2)升降工况46重量组合在预压载时，压载舱将分批注入压载水，直到规定的压载量。升降装置支持能力=空载主体重量+可变载荷+预压载预压载如果预压载时可变载荷没有达到规定的数值，则欠缺部分需以同样重量的压载水来补充。为进行这种调节，预压载舱的舱容必须比规定的压载量大，并留有足够的裕度。在预压载状况，升降装置的支持能力和桩脚箱地基反力都将达到最大值，并可用下列式子计算出来：桩腿箱地基反力力=空载重量+可变载荷+预压载47重量组合满足钻井重量=空载重量+可变载荷+钻井载荷钻井工况这一工况的特点在于增加了钻井载荷，即48重量组合风暴状况平台重量=空载重量+可变载荷风暴工况49Excel重量分解表不同的工况应列出不同的表格

50第七节

半潜式平台重量与重心的估算51重量分类1.空载重量1.1钢料重量 1.1.1下体(W1) 1.1.2立柱(W2) 1.1.3桁撑(W3) 1.1.4甲板(W4~W7)

1.1.5甲板以上结构1.2动力装置重量 1.2.1主发电装置(W8,W9) 1.2.2推进装置 1.2.3其它装置1.3固定设备重量 1.3.1管系(W10,W11) 1.3.2电器设备(W12) 1.3.3内部消防设备 1.3.4救生设备(W13) 1.3.5系泊定位系统521.3固定设备重量(续) 1.3.6钻探设备 1.3.7外部消防设备 1.3.8潜水设备(W14~W18) 1.3.9起重设备 1.3.10生活设施2.压载水2.1下体压载水舱2.2立柱下端压载水舱3.有效可变载荷3.1可移动设备载荷 3.1.1锚 3.1.2锚链索 3.1.3锚浮标及短索重量分类533.1可移动设备载荷(续)3.1.4钻管3.1.5钻铤3.1.6防喷管3.1.7隔水管3.2消耗品重量3.2.1套管3.2.2水泥3.2.3袋装材料3.2.4桶状材料3.2.5钻井用水3.2.6燃油3.2.7润滑油3.2.8引用水3.3钻台载荷及其它载荷3.3.1立根盒载荷3.3.2大钩载荷重量分类543.3钻台载荷及其它载荷(续)3.3.3转盘载荷3.3.4隔水管张力3.3.5导向绳张力3.3.6锚链张力3.3.7起重机载荷 重量分类55空载状况重量与重心位置的估算平台的结构型式主要结构构件的主要尺度平台空载重量重心距基线的高度母型数据回归公式设计数据56空载状况重量与重心位置的估算1977年以后18座平台主要尺度排水量平台空载重量平台空载重量估算57空载状况重量与重心位置的估算平台重心位置估算平台空载状况重心距基线高为主甲板距基线高主甲板指平台上层甲板58空载状况重量与重心位置的估算钢料的重量一艘船舶的主要结构尺寸可以按船级社的规范查到，但至今还没有可适用于半潜式平台设计的这样的规范。能够在初步设计阶段迅速估计钢料重量的方法只能是具有统计性质的经验公式。59空载状况重量与重心位置的估算钢料的重量下体钢料重量矩形横截面的下体具有一道纵舱壁和一系列横舱壁内部结构：横向强肋骨+纵向人员通道为作业状况吃水为下体的表面面积长宽深？60空载状况重量与重心位置的估算钢料的重量立柱钢料重量大直径的管状构件，内部由水平平台分隔环形加强筋、纵向骨材-防止屈曲立柱高度立柱直径61空载状况重量与重心位置的估算钢料的重量桁撑钢料重量小直径的管状构件内部有加强筋-防止屈曲立柱高度立柱直径62空载状况重量与重心位置的估算钢料的重量甲板钢料重量格框型箱型甲板结构型式格框型甲板主要由承载甲板及其余甲板所组成。主要承载甲板由强力的纵向桁材与横向桁材支持，其余甲板则主要承受局部载荷(如各种甲板室、各种各样的设备等)。另一端延伸到立柱的斜撑也给以一些帮助。箱型甲板主要包括具有双层底的下甲板结构(骨架在双层底内)、一层或更多层的中间甲板以及一层主甲板(主甲板指平台的上层甲板)。主要的分隔由从下甲板一直延伸到主甲板的纵向与横向舱壁构成。63空载状况重量与重心位置的估算钢料的重量甲板钢料重量格框型甲板高度(2-3.5m)主要承载甲板的面积(3600-4800m2)64空载状况重量与重心位置的估算钢料的重量甲板钢料重量箱型主甲板其余甲板舱壁主甲板的面积其余甲板的总面积箱型甲板高65空载状况重量与重心位置的估算钢料的重量甲板以上结构钢料重量甲板室直升机平台各种基座66空载状况重量与重心位置的估算动力装置重量主柴油机发电机组及其附属装置本项重量包括带有公共底座的主柴油发电机以及为主机服务的附属项目，如冷却水、燃油、润滑油等系统，排气系统以及机舱地面格架与花钢板等等。所论重量都限于主机舱范围之内者。67空载状况重量与重心位置的估算动力装置重量主柴油机发电机组及其附属装置最大持续功率(250-4650kW)主机重量每分钟转速(600,720,900,1200)机舱内主机组的总功率其余重量68空载状况重量与重心位置的估算动力装置重量推进装置推进装置常规的船舶推进装置（还缺乏足够的重量数据）完全采用推力器隧道推力器全向推力器69空载状况重量与重心位置的估算动力装置重量其他机械装置锅炉空气压缩机与海洋生态学有关的装置5%动力装置重量70空载状况重量与重心位置的估算固定设备重量本类重量在空载重量中占有重要比例。对重量进行分项时应分得较细数据库71空载状况重量与重心位置的估算固定设备重量管系管子泵伐管配件管座流量率泵与阀的数量管系的总体布置管系的余度72空载状况重量与重心位置的估算固定设备重量管系压载与舱底水管系压载系统的容量燃油及润滑油转输管系燃油及润滑油的容量73空载状况重量与重心位置的估算固定设备重量管系淡水冷却管系：30-150t通气管及测深管:80-200t排水量20000t左右的平台200t排水量>20000t的平台其余管系:通风60-150t压缩空气~10t74空载状况重量与重心位置的估算固定设备重量电气设备主柴油发电机组总功率(kW)75空载状况重量与重心位置的估算固定设备重量内部消防设备>=2台独立驱动的消防泵60-140t25000-30000t的平台76空载状况重量与重心位置的估算固定设备重量救生设备艇的容量，20-60人77空载状况重量与重心位置的估算固定设备重量系泊定位系统多点系泊系统动力定位系统动力装置与电气设备系泊绞车与锚机导向器78空载状况重量与重心位置的估算固定设备重量系泊定位系统锚架：30-40t基座：8%绞车或锚机重量4%导向器重量制造厂提供资料79空载状况重量与重心位置的估算固定设备重量钻探设备组成比较复杂、包含项目甚多作业水深500-1500m钻井深度6000-9000m1250-1600t80空载状况重量与重心位置