海洋工程中滑靴改造技术的应用范文

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摘要：滑靴是连接上部海洋结构物与滑道之间的一种钢结构，其主要作用是辅助完成上部结构物的拖拉装船，一旦项目完工，滑靴即被遗弃。一般一个项目需要多个滑靴，这样将会造成大量资源的浪费。如果根据所建结构受力的特点，对滑靴进行改造并重复利用，不仅可以缩短项目工期，而且节约大量人力和经济资源。本文依托QHD32-6CEPI导管架建造项目，改造以往使用过的滑靴，使用ANSYS软件进行强度校核，结果满足项目建造拖拉要求，此改造方法可为今后类似项目起到借鉴作用。

关键词：滑靴；导管架；ANSYS；改造设计

目前海洋石油开发多采用桩基式固定平台结构，即导管架和上部组块模式，作为能够提供钻井、采油、生活供应等各种用途的大型复杂结构体是海洋油气开发的基础性设施，是保证海洋石油获取的关键。而装船工况是桩基式平台导管架安装分析的重要组成部分。在滑移装船工况中起到重要作用的滑靴是必不可少的部分，其作用是上承组块或导管架，下接滑道，待上部结构物建造完工，使用拖拉设备沿滑道将结构物滑移装船。滑靴一般分为连续式滑靴和非连续式滑靴，连续式滑靴多用于大型导管架卧式建造滑移装船时使用，非连续滑靴一般在导管架立式建造或组块建造时使用。一个项目使用的滑靴有多个，等项目完工后，滑靴即被丢弃，根据滑靴的结构特点，完全可以进行局部改造再次重复利用，这样不仅节约了设计时间，建造工期，而且经济效益明显。本文依托QHD32-6项目CEPI导管架的建造，改造其它项目使用过的滑靴，并对改造的滑靴进行强度分析，对今后类似项目起到借鉴作用。QHD32-6项目CEPI导管架有12根导管（12根无倾角），四层水平片。导管架垂直高度为27.8m，底部尺寸为44m×64m，重量约2842t。

1滑靴改造设计

1.1改造说明

根据滑靴受力特点，原滑靴顶盖尺寸较小，根据导管架导管腿直径增大盖板尺寸，并在其下面增加筋板。图1为改造后的滑靴，左侧为托点改造，右侧为滑靴连接部分，顶部为滑靴盖板改造。滑靴尺寸：长l=12000mm，宽b=1060mm，高h=3600mm；改造后基本尺寸不变；改造前滑靴重量约70t，改造后重量约96t，增加26t。共需改造四个滑靴，钢材需求约104t（图2）。

2工况分析

根据详设文件提供的导管架装船拖拉工况的支反力，取装船拖拉最大支反力见表1。由表1可知，B3腿处的装船工况为最危险工况，只对其进行校核，考虑1.5倍安全系数。

3基于ANSYS的计算分析

本节描述了该改造后滑靴的有限元分析，采用ANSYS软件。

3.1滑靴顶部强度校核

（1）有限元模型。模型采用SHELL63单元，SHELL63每个节点具有6个自由度：也就是节点坐标系下、方向的三个平动自由度和绕轴的三个旋转自由度，单元大小ESIZE=45mm。分析中使用的单位：长度：mm；力：N。材料属性：弹性模量=201×103N/mm2；泊松比=0.3；密度=7.85×10-6kg/mm3；屈服强度Fy=355MPa。运输框架有限元模型见图3。（2）受力与加载。有限元分析中，导管架支反力转换为压力施加于立柱上，根据表1最大支反力1401.6t，施加载荷为1401.6t×1.5/2=1057.95t（取安全系数1.5，对称约束，取一半载荷），滑靴底部所有节点固定x、y、z（竖直）方向自由度。由于滑靴结构对称，因此ANSYS中建立一半模型，施加对称约束，见图4。（3）计算结果分析。计算得到滑靴的VonMises应力云图如图5，计算结果显示，改造后的滑靴，最危险工况下，滑靴最大应力为157.79MPa，小于许用应力（F=0.6×Fy=0.6×355=213MPa）。因此，滑靴改造后可用于本导管架。

3.2拖点校核

由于导管架在拖拉过程时，托点在滑靴克服与滑道的静摩擦时受力最大，此时托点与滑靴连接处可假定静止，因此提取托点以及滑靴部分结构作为研究对象，使用ANSYS建模进行局部强度分析。（1）有限元模型。模型采用solid95单元，solid95是3-D8节点实体单元：该单元由20个节点定义而成，每个节点有三个自由度：节点x，y和z方向的位移。该单元具有空间的任意方向。分析中使用的单位：长度：mm；力：N；材料属性：弹性模量=201×103N/mm2；泊松比=0.3；密度=7.85×10-6kg/mm3；屈服强度Fy=355MPa。约束拖点有限元模型见图6。（2）工况。有限元分析中，拖拉载荷施加在拖点孔与卸扣接触半圆处（取安全系数1.5），根据详设提供的装船分析报告，CEPI导管架总吨位为2842t（含10%重量不确定系数），考虑摩擦系数0.2，施加载荷为2842×0.5×0.2×1.5×0.5=213.1t。根绝拖点对称特点，建立一半拖点，在对称面上施加对称约束，在拖点底部和滑靴截面上固定约束x、y、z（竖直）方向自由度，见图7。（3）分析结果。计算得到拖点的VonMises应力云图如图8，计算结果显示，改造后的拖点，最危险工况下，滑靴最大应力为211.335MPa，小于许用应力（F=0.6×Fy=0.6×355=213MPa）。因此，拖点可适用于本导管架的拖拉装船。综上所述，本文依托CEPI导管架项目，根据原滑靴结构以及导管腿大小，对原滑靴进行改造，合理设置计算工况，使用ANSYS软件进行强度校核，结果改造的滑靴以及托点均满足强度要求，说明改造设计方法可行，可为今后类似项目起到借鉴作用。

参考文献：

[1]龚曙光，谢桂兰，邱爱红，等.ANSYS工程应用实例解析[M].北京，机械工业出版社，2003.

作者：赵子坤 白鹤 吴强 王羲威 单位：海洋石油工程有限公司