Oglaševanje na portalu

Sistem stabilizacije vrtalne posode. Raziskovanje in raziskovalna dela na polici (geofizika). Elementi hidrogeološkega režima Stabilizacijski sistemi za vrtalne ladje Petrov Červjakov

Moderno tehnični napredek v območju informacijske tehnologije znatno širi taktične in tehnične zmogljivosti mobilnih objektov za različne namene. Pomembno vlogo v tem procesu igra reševanje problemov objektne orientacije in navigacije na novi kvalitativni ravni. Sistemi, ki rešujejo te težave na krovu, so združeni v informacijsko-nadzorne sisteme za orientacijo in navigacijo (CONS). Skupaj z optimizacijo regulacijskega dela KOH, generalna smer Njihov razvoj v zadnjih desetletjih je bil znatno povečanje natančnosti in zanesljivosti prepoznanih informacijskih parametrov za orientacijo in navigacijo, tj. izboljšanje informacijskega dela CON. Te okoliščine v veliki meri določajo povečanje učinkovitosti in varnosti delovanja mobilnih objektov.
Potreba po ustvarjanju KON kot kompleksov, v katerih je rezultat v veliki meri dosežen z zagotavljanjem redundance informacij, optimizacijo njihove obdelave, optimizacijo nadzornega dela, je posledica dejstva, da so samo konstruktivni in tehnični načini reševanja problemov orientacije in navigacije v trenutnem stanju. stopnje zahtev pogosto povzročajo izredne stroške, hitrost njihove realizacije pa je bistveno nižja od zahtevane hitrosti povečevanja informacijske podpore. Hkrati je drugo temeljno dejstvo pri razvoju KOH prehod na tehnologije, ki varčujejo z viri, kar omogoča znatno povečanje teže in velikosti opreme, zmanjšanje stroškov, porabo energije in povečanje zanesljivosti. Pri tem je ena glavnih rešitev miniaturizacija senzorjev, glede na inercialne sisteme, kar se najbolj jasno odraža v prehodu, kjer je to primerno, na mikromehanske inercialne zaznavne elemente. Hkrati se izboljšujejo tudi tehnologije obetavnih KOH makrosenzorjev, zlasti inercialnih občutljivih elementov in gravitacijsko-inercialnih merilnikov.
V večini primerov je informacijsko jedro sodobnega in prihodnjega CS navigacijski sistem, opremljen s satelitskim navigacijskim sistemom. Ta pristop se v največji meri kaže zlasti v sistemih za nadzor letalstva, katerih izkušnje pri oblikovanju so široko uporabljene v monografiji.

Relevantnost teme

Naloga izračuna koordinat premikajočega se predmeta je pomembna, ker Trenutno je potrebna visoka natančnost in zanesljivost položaja objekta. V zvezi s tem potekajo raziskave za izboljšanje navigacijskih sistemov in njihovo postavitev na novo, višjo raven.

Znanstveni pomen dela

Znanstveni pomen tega dela je v razvoju natančnejše metode za določanje koordinat premikajočega se predmeta in njegovo zadrževanje v določenem prostoru.

Praktična vrednost rezultatov dela

V teku dela naj bi po modeliranju z izboljšanimi metodami dobili bolj optimalno in zanesljivo metodo za določanje koordinat in držanje objekta v omejenem prostoru. Posplošena struktura KOH v obliki petih med seboj povezanih funkcionalnih modulov (slika 1):

Slika 1 - Posplošena struktura orientacijskih in navigacijskih kompleksov.

V dani strukturi informacijsko osnovo KON je kompleks sistemov primarnih informacijskih virov (PIS), ki merijo različne parametre gibanja in stanja objekta ter te podatke v analogni ali digitalni obliki posredujejo v računalniški kompleks (CC). Na sliki 1 je označeno: LASTNO - način vnosa in prikaza informacij. CK - sredstva za nadzor podsistemov KOH in nadzorovanega objekta. IU - krmilni aktuatorji.

Dinamično pozicioniranje

Sistemi dinamičnega pozicioniranja so odprli nove možnosti za intenziven razvoj morskih raziskav, katerih rezultati so potrebna znanstvena osnova za vse vrste rabe in razvoja Svetovnega oceana.
Glede na globino dela se trenutno uporabljata predvsem dva načina zadrževanja plovil v določenem položaju: sistemi za statično pozicioniranje (sistemi za držanje sidra) in sistemi za dinamično pozicioniranje.
Plovila z visoko mobilnostjo so nepogrešljiva pri izvajanju raziskovalnih del naftnih in plinskih polj na velikih površinah morja, ko so potrebne pogoste menjave delovnih območij. Na globinah nad 200 m ladje praviloma uporabljajo sisteme dinamičnega pozicioniranja, ki zagotavljajo dokaj hitro in enostavno namestitev na določeno točko, možnost zapustitve položaja ob poslabšanju hidrometeoroloških razmer in visoko natančnost zadrževanja plovila na mestu. Dinamično pozicioniranje se lahko izvede samodejno, polavtomatsko ali ročno z ukazi operaterja z nadzorne plošče sistema za dinamično pozicioniranje. V tujini imata vodilni položaj pri razvoju dinamičnih sistemov za določanje položaja Norveška in Francija. Takšen sistem je prvo ustvarilo francosko podjetje in ga leta 1964 namestilo na raziskovalno plovilo Terebel. V ZDA podjetje Honeywell razvija sisteme za dinamično pozicioniranje. Sistem tega podjetja je bil prvič nameščen na vrtalni ladji "Glomar Challenger", zgrajeni leta 1968. Izkušnje pri upravljanju teh sistemov na plovilih "Terebel" in "Glomar Challenger" so pokazale njihovo visoko učinkovitost. Plovila so bila obdržana na določeni točki pod vplivom vetra in toka z natančnostjo 3-6% globine.
"Eureka" je bila prva na svetu z avtomatskim nadzorom dinamičnega pozicioniranja plovila. Šlo je za delno potopno plovilo, ki ga je zgradilo naftno podjetje Shell za raziskovalno vrtanje in je začel delovati spomladi 1961. Z eno samo močjo motorja za vsakega od svojih 400 ton izpodriva je bil zelo uspešen pri odnašanju topovskih krogel do 150 m v morsko dno. V povprečju na dveh lokacijah na dan je izvrtal do devet v enem dnevu na globinah do 1200 g.
Ker gre za prvo operacijo sistema za dinamično določanje položaja, so prišli daleč. Stari analogni (enonitni sistemi) so nato postali digitalni računalniki z dvojno in nato trojno redundanco. Stopnje napak so se povečale od nekaj na mesec in več kot 20-odstotnih izpadov v prvem letu do današnjega povprečnega časa med napakami (MTBF) približno treh let za najboljše sisteme.
Razvijanje uspeha sistema dinamičnega pozicioniranja zahteva sredstva za preverjanje delovanja celotnega sistema od nadzora do odziva plovila okolju in sile motorja na telo. Popolna simulacija bo zagotovila zmogljivost sistema z uporabo matematična analiza preden je bila kakršna koli oprema kupljena. Nato je s pomočjo podrobnega simulatorja sistema mogoče spremeniti krmilne parametre sistema, karakteristike strojne opreme, zasnovo propelerja ali celo zasnovo ohišja, da dosežemo želeno zmogljivost v spreminjajočih se pogojih, pa tudi kot odgovor na nenadno odpoved komponent sistema .

Nadzorni sistemi

Sistemi za dinamično določanje položaja v bistvu zavzamejo položaj plovila glede na ciljni položaj in usmerjajo moč različnih motorjev, da popravijo morebitne napake položaja. Brez kakršne koli modulacije oprijema in zagotavljanja »mrtve cone« se bo sistem nenehno pretirano prilagajal. Verjetno najenostavnejši praktični sistem je sestavljen iz ukaza za potisk in moment, ki je sorazmeren (P) z vsoto lokacije in smeri napake:

Diagram sistemskih osi je prikazan na sliki 4.1, z izhodiščem koordinat S iz zemeljskih osi v sistemu, ki še vedno vstopa v vodno površino.


Slika 2 - Dinamično pozicioniranje sistemskih osi.

Matematični model

Za dinamično pozicioniranje plavajoče konstrukcije niso zanimiva le horizontalna gibanja nizkofrekvenčnih valov (K = 1), vpliva (K = 2) in odklona (K = 6). Pogonski motor mora uravnotežiti in sprejemati valove, tokove in vetrne obremenitve. Poleg tega xŬ in Xf počasi spreminjata strukturo. Kar je ostalo, je bilo visokofrekvenčno gibanje valov, ki je bilo integrirano ali filtrirano.
Splošno obliko treh nelinearno sklopljenih (Eulerjevih) enačb gibanja v vodoravni ravnini na valovih, zibanju in nihanju plovila z dinamičnim pozicioniranjem - z osmi sistema določa formula:


Relativna vodna hitrost in smer:




Slika 3 – Simulacija močnega čelnega in bočnega vetra.

Optimalna ocena stanja

Pred načrtovanjem sistema dinamičnega pozicioniranja je potrebno izračunati oceno hrupa. To se običajno naredi z nanosom polnila na ocenjeno Kalmanovo stanje in označeno z Xl, Xh, Xc1, Xw.
Slika 4 - Blok diagram sistema za dinamično pozicioniranje

Metode za določanje koordinat objektov

Metoda psevdo daljinomera.

Bistvo metode psevdo daljinomera je določiti razdalje med navigacijskimi sateliti in potrošnikom ter nato izračunati koordinate potrošnika. Za izračun treh koordinat porabnika z metodo psevdo daljinomera je potrebno poznati razdalje med porabnikom in vsaj tremi navigacijskimi sateliti. Te razdalje so izmerjene med faznimi središči oddajne antene navigacijskega satelita in sprejemno anteno porabnika.
Izmerjena razdalja med i-tim navigacijskim satelitom in potrošnikom se imenuje psevdo doseg do i-tega satelita. Tudi psevdodoseg je na splošno izračunana vrednost in se izračuna kot zmnožek hitrosti širjenja elektromagnetnih nihanj in časa, v katerem satelitski signal na poti satelit-potrošnik doseže potrošnika. Ta čas se meri v opremi. Izmerjeni psevdo doseg do i-tega navigacijskega satelita je določen s formulo:
PRi = c x ti
kjer je PR izmerjeni psevdo doseg do i-tega navigacijskega satelita, km;
ti je čas širjenja signala vzdolž poti "i-ti satelit - potrošnik" v času navigacijskih določitev, s;
c-hitrost širjenja elektromagnetnega valovanja v prostoru, km/s.

Enačbo (1) lahko zapišemo preko koordinat i-tega satelita in koordinat potrošnika z uporabo formule:

kjer je PR izmerjeni psevdo doseg do i-tega navigacijskega satelita, km;
(Xi, yi, zi) - koordinate i-tega satelita;
(X, y, z) - koordinate potrošnika.

Diferencialna metoda.

Diferencialna metoda določanja koordinat se uporablja za izboljšanje natančnosti navigacijskih določitev, ki se izvajajo v potrošniški opremi. Diferencialna metoda temelji na poznavanju koordinat referenčne točke ali sistema referenčnih točk, iz katerih je mogoče izračunati popravke za določitev psevdo dosegov navigacijskih satelitov. Če se ti popravki upoštevajo v potrošniški opremi, se lahko natančnost izračunov, zlasti koordinat, poveča več desetkrat.
Oprema, ki je vključena v zemeljski funkcionalni dodatek, je sestavljena iz kontrolnih in korekcijskih postaj, VHF kanala za prenos podatkov v skladu s sliko 5. Vgrajen navigacijski GNSS sprejemnik in VHF signalni sprejemnik, nameščen na krovu premikajočega se objekta.


Slika 5 - Kontrolna in korekcijska postaja

Razlika med izračunanim in izmerjenim psevdo dosegom je popravek psevdo dosega ustreznega navigacijskega satelita. Upoštevanje te razlike v opremi potrošnika omogoča povečanje natančnosti navigacijskih določitev. V praktičnih sistemih se hitrost spremembe popravkov psevdo-razpona prenese na potrošnika, s pomočjo katerega se izračunajo popravljeni psevdo-razponi.

Zaključek

Izvedene študije, katerih rezultati so predstavljeni v delu, omogočajo rešitev perečega problema oblikovanja matematičnega modela plovila, opremljenega s SDP, v zgodnjih fazah načrtovanja raziskav. Najpomembnejši rezultati vključujejo naslednje:
1. Analitični opisi hidroaerodinamičnih značilnosti plovila.
2. model nespremenjenega dela sistema za dinamično pozicioniranje plovila, ki omogoča:
- zagotavljati preverjanje veljavnosti predhodnih odločb;
- Prispevati k oblikovanju potrebne baze podatkov za avtomatizacijo in kopičenje projektiranja Osebna izkušnja oblikovalec;
- Služiti kot osnova za razvoj programske opreme za avtomatiziran sistem za raziskovalno načrtovanje PSD;
- Izboljšati proces razvoja PSD, zmanjšati stroške dela in čas načrtovanja;
- Povečanje učinkovitosti razvitega modela.
3. Glavni algoritem za nadzor dinamičnega pozicioniranja, ki določa glavne računalniške operacije računalniške naprave.
4. Funkcionalni in temeljni diagram PSD, ki določa potrebne funkcionalne elemente sistema in naravo medsebojnih povezav med njimi.
5. Zahteve za merilni podsistem PSD na splošno in posebej za števce, ki določajo sestavo in strukturo funkcionalnega diagrama merilnega podsistema.
6. Metodologija za oblikovanje matematičnega modela nespremenljivega dela sistema dinamičnega pozicioniranja plovila v fazi projektiranja raziskave.


Slika 6 - Simulacija plovila
(animacija: 124 KB, 3 sličice, zakasnitev 3 s, ponovitev sličic 4-krat)

Z uporabo razvite metodologije je simulacija plovila, opremljenega s SDP. Rezultati simulacije so praktično potrdili pravilnost metodologije. Izvedene študije so prepričljivo pokazale resnično možnost oblikovanja matematičnega modela posode, opremljene s sistemom za nadzor tlaka, v pogojih nepopolnih in netočnih informacij, ko nadzorni objekt dejansko še ne obstaja, informacije o sistemu pa so minimalne.

Opomba

Pri pisanju tega eseja diplomsko delo magisterij še ni opravljen. Datum končnega zaključka dela: 1. december 2011. Celotno besedilo dela in gradiva na temo dela lahko dobite pri avtorju ali njegovem mentorju po navedenem datumu.

Bibliografija

  1. Zgradba in principi delovanja sistemov za dinamično pozicioniranje

VRTALNO PLOVILO (a. drilling vessel; n. Bohrschiff; f. navire de forage; i. barso perforador) je plavajoča konstrukcija za vrtanje vrtin na morju, opremljena s sredinsko režo v trupu, nad katero je nameščena, in sistem za držanje plovila nad ustjem vrtine.

V Atlantskem oceanu se je leta 1968 prvič začelo vrtati z vrtalno ladjo (z ameriške ladje Glomar Challenger). Sodobne vrtalne ladje (sl.) so praviloma samovozne, z neomejenim območjem plovbe. Izpodriv vrtalne ladje je 6-30 tisoč ton, nosilnost 3-8 tisoč ton, moč elektrarne, ki zagotavlja vrtalne operacije, pozicioniranje in pogon plovila, je do 16 MW, hitrost do 15 vozlov, rezerva avtonomija je 3 mesece. Vrtalna ladja uporablja stabilizatorje vrtanja, ki omogočajo vrtanje vrtin v razmerah morja 5-6; v primeru večjih valov se vrtanje ustavi in ​​ladja je v viharnem položaju z odmikom od vrtine (oddaljenost do 6-8% globine morja) ali pa se vrtalna kolona odklopi od glave vrtine. Za zadrževanje vrtalne posode na določeni točki vrtanja v mejah, ki jih dovoljuje togost vrtalne verige, se uporabljata 2 sistema pozicioniranja: statična (z uporabo sidranja posode) in dinamična stabilizacija (z uporabo propelerjev in potisnih motorjev).

Sidrni sistem se uporablja za vrtanje plovil v globinah morja do 300 m; vključuje kable in verige, posebna sidra, težka 9-13,5 ton (8-12 kosov), sidrne vitle s silo 2 MN, opremljene z nadzorno in merilno opremo. Sidra se postavljajo in odstranjujejo s pomožnih plovil. Za povečanje manevriranja in skrajšanje časa dela pri zapuščanju vrtalne točke se uporablja t.i. sidrni sistemi za krožno orientacijo plovila (posebej vgrajena kupola v središču trupa plovila s ploščadjo, na katero je nameščena celotna sidrna naprava, vključno z vitli). Ohranjanje vrtalnega plovila v položaju z uporabo dinamičnega stabilizacijskega sistema se uporablja za plovila katerega koli razreda na globinah morja nad 200 m in se izvaja samodejno (ali ročno) s pomočjo merilnih, informacijsko-ukaznih in pogonsko-krmilnih kompleksov.

Merilni kompleks vključuje naprave akustičnega sistema, ki se uporabljajo za stabilizacijo posode v načinu vrtanja, ko se posoda pripelje do vrtine, da se določi položaj dvižnega stolpca glede na glavo vrtine. Delovanje akustičnega sistema temelji na snemanju impulzov, ki jih pošiljajo signali na dnu, ki se nahajajo v bližini ustja vrtine, in njihovem sprejemu s hidrofoni pod dnom plovila. Inklinometer se uporablja kot rezervni sistem. Informacijski in poveljniški kompleks vključuje 2 računalnika, ki hkrati prejemata informacije o položaju plovila in stanju okolja; v tem primeru eden od njih deluje v ukaznem načinu in krmili motorje, drugi (rezervni) deluje samodejno (če prvi odpove). Pogonski in krmilni kompleks vključuje glavne pogonske enote plovila, potisnike in njihov krmilni sistem. Vzdolžne potisne sile na ladjo ustvarjajo propelerji z nastavljivim korakom, prečne pa posebne propelerje z nastavljivim korakom, nameščene v prečnih tunelih v trupu ladje. Spreminjanje velikosti in smeri omejevalnikov se izvede z nastavitvijo koraka vijakov na ukaz računalnika ali ročno z nadzorne plošče pogonskega sistema.

Vrtalna posoda je opremljena tudi z nadzorno ploščo, ki je namenjena nadzoru položaja posode in dvižnega stebra v načinu samodejne stabilizacije ter daljinsko ročno upravljanje pri postavljanju posode v položaj. Vrsta plovila za vrtanje - tako imenovani. Umbilikalne posode, zasnovane predvsem za geotehnično vrtanje na globini 200 metrov v morskih globinah do 600 metrov. Opremljeni so z dinamičnim stabilizacijskim sistemom in gibljivim popkom, zaradi česar so zahteve za premik posode glede na ustja vrtine manj stroge kot pri uporabi vrtalnih cevi.

Glavni namen stabilizacijskih sistemov BS je preprečiti njegove horizontalne premike od ustja vrtine do vrednosti, ki so višje od dovoljenih, da se prepreči zlom ohišja in vrtalnih cevi. Hkrati nekatere vrste stabilizacijskih sistemov s pravilno tehnologijo njihove uporabe zagotavljajo tudi občutno zmanjšanje naklona BS.

Vpliv vrste in parametrov stabilizacijskega sistema plovila na njegovo kotaljenje in zanašanje

Glavni namen stabilizacijskih sistemov BS je preprečiti njegove horizontalne premike od ustja vrtine do vrednosti, ki so višje od dopustnih, da bi se izognili
okvare ohišja in vrtalnih cevi. Obenem zagotavljajo tudi nekatere vrste stabilizacijskih sistemov s pravilno tehnologijo njihove uporabe
znatno zmanjšanje nagiba BS.

Stabilizacija BS s pomočjo sidrnih pilotov popolnoma odpravi njeno zanašanje in zmanjša naklon. Vendar pa je področje učinkovite uporabe zasidranih pilotov
omejena z globino vode do 8 m in valovitostjo morja do 3 točke.
Sidrni sistem ima največjo zadrževalno zmogljivost, ko sila kabla deluje vodoravno na sidro. Ugotovljeno je bilo, da če kot
Ko je obremenitev uporabljena za več kot 12° od horizontale, se nosilnost sidra znatno zmanjša. Če predpostavimo, da je sidrni kabel podaljšan pri
ravna črta, potem mora biti njegova dolžina za pridobitev takega kota naklona 4,8-kratna globina vode na mestu vrtanja.

Vendar poševno usmerjenega kabla ni mogoče vleči v ravno črto; pod vplivom gravitacije se vedno povesi in to zmanjša
kot naklona pri približevanju sidru. Zato je priporočljivo vzeti dolžino sidrnega kabla, vrženega v vodo, v mirnem vremenu, če ni močnega
tokovi in ​​nihanja nivoja vode so 3-4 krat večji od globine vodnega območja, pri delu v neugodnih vremenskih razmerah pa 2-3 krat. Za povečanje
zadrževalno silo in izboljšanje lastnosti blaženja udarcev sidrnega sistema je priporočljivo obesiti posebno
med sidro in kabel naložite ali namestite težko verigo dolžine 2-3 m.
Sila nenadnih obremenitev vetra in valov se porabi predvsem za zmanjšanje povešanja sidrnega kabla. Hkrati z zmanjšanjem povešenosti kabla se poveča njegova natezna sila, kar ustvari moment, ki preprečuje nagibanje plovila. Tako dolga sidrna vrv ublaži nenadne obremenitve in zmanjša nagibanje, naklon in dvig ladje.

Ladijski stabilizatorji

Delovanje stabilizatorjev nihanja ladje temelji na tem, da ustvarijo stabilizacijski moment šele, ko nastopi odklonski moment, tj. ko je ladja
je že dobil kotni naklon, ki se razlikuje od njegove vrednosti v mirni vodi. Zato stabilizatorji ne morejo popolnoma odpraviti nagiba. Kljub temu
Dušilniki prevračanja delno kompenzirajo moteči trenutek, ko se ladja prevrne, zaradi česar se njena amplituda, hitrost in pospešek zmanjšajo. to
blagodejno vpliva na delovanje ladijskih mehanizmov in počutje ljudi na ladji.

Po principu krmiljenja delovanja se stabilizatorji višine delijo na pasivne in aktivne. Pasivni nimajo umetnega nadzora stabilizacijskega navora
in ne potrebujejo posebnih virov energije. Aktivni blažilniki spreminjajo stabilizacijski moment s posebnimi
mehanizmi. Stranske in končne kobilice, krmiljena stranska krmila, pasivni in aktivni žiroskopi za umirjanje in
cisterne.

Stranske in končne kobilice so dolge plošče, nameščene na trup BS pod vodno črto. Kobilice ustvarjajo dodaten upor med zasukom in nagibom ter prispevajo k
znatno zmanjšanje amplitude nihanj (stranska in končna kobilica ne vplivata na obdobje kotaljenja). Uporaba stranskih kobilic racionalnega območja vodi do
zmanjšanje amplitude vrtenja hitro premikajočega se plovila za 20 - 30% (z velikimi površinami kobilice do 50%). Strukturno so kobilice
najpreprostejši pasivni sedativi. Vendar njihova uporaba povzroči nekaj izgube hitrosti plovila.

Krmilna bočna krmila so majhna podaljšana krila, ki štrlijo z obeh strani plovila in so opremljena z mehanizmi, ki zagotavljajo
vrtenje, iztegovanje iz telesa in čiščenje znotraj njega. Takšna krmila uvrščamo med aktivne stabilizatorje. Posebej učinkovita so stranska krmilna krmila
delujejo pri visokih hitrostih ladje, kar za nekajkrat zmanjša amplitudo zasuka. Zahvaljujoč temu se hitrost plovila v razburkanem morju poveča, kljub
dejstvo, da podaljšana krmila povečajo upor pri njegovem gibanju v mirni vodi.

Delovanje žiroskopskega dušilnika nagiba temelji na dejstvu, da masivni žiroskop pri hitrem vrtenju prepreči spremembo smeri
vrtilna os v prostoru. Žiroskopski blažilniki so pasivni ali aktivni. Enako so učinkoviti pri zmanjševanju gibanja med premikanjem plovila in med plavanjem.
Slabosti žiroskopskih stabilizatorjev vključujejo veliko težo, neprijetno lokacijo, visoke stroške, zapletenost naprave v
delovanje, zrahljanje povezav ohišja in nevarnost znatne poškodbe le-tega v primeru nesreče žiroskopa. Kot je razvidno iz izvedene projektne študije
Ameriški strokovnjaki v zvezi s plovilom tipa AGOR-3 (izpodriv -1400 ton) bi morala biti masa giroskopskega stabilizatorja približno 70 ton, za to
postavitev bo zahtevala površino s prostornino -145 m3, poraba energije pa bo 260 kW, tj. 35% celotne moči ladijske elektrarne.

Rezervoarji za pomiritev so pasivni ali aktivni. Strukturno so ti dušilci posebni komunikacijski rezervoarji s
voda, ki teče vanje in se nahaja ob straneh ladje. Načelo delovanja takšne lopute je, da pri črpanju izlije vodo iz rezervoarja
ena stran v rezervoar druge zaostaja za nagibom plovila. To ustvari stabilizacijski moment, ki preprečuje nagib plovila.
Aktivni mirovalni rezervoarji zagotavljajo skoraj popolno umiritev valovanja ladje pri vseh razmerjih med njegovo periodo in periodo valov
(tj. z nepravilnim vznemirjenjem). Učinkovito delujejo, medtem ko se ladja premika in plava, vendar zahtevajo zapleteno in drago opremo (črpalko ali puhalo,
krmilne naprave), dodatna poraba energije za njegov pogon. Na primer, moč motorja črpalke aktivnih rezervoarjev, nameščenih na
raziskovalno plovilo "Meteor" (Nemčija), enako 110 kW.

Pasivni mirovalni rezervoarji so neučinkoviti v neenakomernih razmerah na morju, njihova učinkovitost pa je odvisna od obremenitve ladje. Istočasno
Najpogosteje uporabljen stabilizacijski sistem za zmanjšanje nagibanja na raziskovalnih plovilih je stabilizacijski sistem tipa Flume, ki temelji na
princip delovanja pasivnih umirjevalnih rezervoarjev. Glavni elementi sistema Flume so trije rezervoarji: dva stranska in en srednji, povezani med seboj
s kanali in opremljeni s prezračevalnimi ventili. Približno do polovice svoje višine so rezervoarji in kanali napolnjeni z vodo.
Načelo delovanja sistema je naslednje: voda teče iz srednjega rezervoarja v stranski rezervoar ali obratno, tako da je nivo vode
srednji rezervoar je ostal konstanten, ko se je ladja nagnila. Tekoča voda ustvarja obnovitveni moment, ki duši zvitek.
S spreminjanjem količine vode v rezervoarjih se lahko poveča ali zmanjša metacentrična višina, kar je še posebej pomembno pri vrtalnih ladjah. BS ima pomen
metacentrična višina med vrtanjem lahko niha do 30 - 50 %, odvisno od porabe zalog goriva in predvsem od tega, kje
vrtalnik se nahaja v vodnjaku ali na krovu ladje.

Za sistem Flume so značilni preprostost in visoka učinkovitost, nizki začetni in obratovalni stroški, relativno majhna velikost in
teža (0,7 - 3% prostornine), možnost uporabe goriva kot delovne tekočine. V normalnih razmerah, po navedbah podjetja Matson,
zmanjša amplitudo valjanja za 75 - 80%, v pogojih blizu resonance pa do 90%. Pri testiranju sistema na modelu je bilo doseženo zmanjšanje
amplitudo zvitka za 2-3 krat. Učinek uporabe sistema Flume je bil tako pomemben, da namestitev stranskih kobilic ni bistveno vplivala na zmanjšanje nagiba modela.

Vpliv razmerja glavnih dimenzij plovila na parametre njegovega naklona

Da bi zmanjšali nagibanje in dviganje, je priporočljivo načrtovati ladje, katerih dolžina bi bila večja od valovne dolžine, pri kateri
zagotoviti vrtanje (z valom 4 točk je valovna dolžina 25 - 40 m, 5 točk - 40 - 75 m). Na mestu vrtanja naj bi BS
nastavi nos na val. Vendar pa se lahko med postopkom vrtanja vrtine smer vetrnega vala spremeni glede na

141 večkrat. In ker je težko spremeniti položaj posode na vodnjaku sinhrono s spremembo smeri valovanja, lahko posoda konča v položaju
deska na valu. Ob tem se močno poveča zanos in zmanjša stabilnost plovila, t.j. njeni koti zvijanja se povečajo zaradi nagibnih obremenitev.
Povečanje stabilnosti ladje se doseže z znižanjem njenega težišča. Vendar pa se hkrati delovni in življenjski pogoji ljudi poslabšajo, saj na krovu
kotaljenje postane hitrejše, siloviteje in težje.
Za izboljšanje življenjskih pogojev na ladji je treba podaljšati čas njenega valjanja. Kot izhaja iz izraza, je to mogoče storiti z zmanjšanjem
metacentrična višina posode ali povečanje njene širine. Zmanjšanje metacentrične višine ladij dosežemo z izostritvijo obrisov v podvodnem delu
trupa in predvsem s povečanjem težišča plovila. Slednje izboljšuje življenjske razmere na ladji, a jih, kot že rečeno, zmanjšuje
stabilno.

S povečanjem širine BS se poveča stabilnost plovila in izboljšajo bivalni pogoji na njem. Glede na način delovanja plovila (parkiranje na mestu vrtanja
predstavlja 85-90% celotnega časa), širino njegovega telesa je mogoče povečati na poljubno zahtevano velikost. Skupaj s tem naj oblika in širina telesa ne
ustvarjajo velik upor pri gibanju plovila skozi vodo s hitrostjo 10-14 vozlov.

Posledično z različnimi učinki sprememb metacentrične višine plovila na njegovo stabilnost in bivalne pogoje ter širine na stabilnost in
Hitrost BS mora biti zasnovana tako, da je ob zadostni stabilnosti čas kotaljenja največji. Delo ugotavlja, da amplituda kota plavajoče vrtalne naprave med vrtanjem ne sme biti večja od 5 - 7 ° s periodo desetin sekund.

Običajno je relativna metacentrična višina (razmerje med metacentrično višino in največjo širino trupa) za tovorne in potniške ladje pri
polni premik je približno 0,05; za raziskovalna plovila (RV) doseže 0,082. Čas valjanja enotrupnega raziskovalnega plovila širine 1
2 m (povprečna vrednost širine specializiranih plovil za geološke in geofizikalne raziskave police), izračunana po formuli pri
navedena vrednost relativne metacentrične višine je le 9,4-10,3 s, kar očitno ni dovolj za normalne življenjske razmere na ladji
ljudi.

Zgoraj navedeno kaže, da so ukrepi za zmanjšanje nagiba BS z izbiro njegovega težišča, oblike obrisov in dimenzij trupa omejeni.
velikega pomena in niso dovolj učinkoviti v razmerah valov, ki se nenehno spreminjajo po moči in smeri.

Metode za zmanjšanje amplitude in moči valov, ki vplivajo na ladjo

Najbolj mobilne naprave, ki varujejo BS pred velikimi valovi, so valobrani ali valobrani. Njihovo delovanje temelji na dejstvu, da ko se oddaljite
od gladine do globine morja sila valov slabi po zakonu hx = h / e5,5(x/X)0′8,
kjer sta h in hx višina vetrovnega vala na površini morja oziroma na globini x od površine; X je valovna dolžina.
Izračuni kažejo, da 75 % energije morskega vala pade na njegovo površinsko plast, katere globina je 10 % valovne dolžine; v globinah morja,
enaka polovici valovne dolžine, vetrovnih valov praktično ni.

Običajno so valobrani cilindrični kontejnerji s pozitivnim vzgonom, ki so med seboj zgibno povezani ali postavljeni v mrežo.
lupina je nameščena v več vrstah okoli plovila ali na morski strani in pritrjena s sidri.

Za učinkovito delovanje valobranov morajo biti osi cilindričnih rezervoarjev pod vodno gladino, kjer je energija valov največja. V ta namen se izračuna
del vsake posode je napolnjen z morsko vodo, preostali del pa s stisnjenim zrakom. Učinkovitost valobrana se poveča z večanjem premera
cilindrične posode. Eksperimentalno so strokovnjaki iz vrtalnih podjetij v Angliji z uporabo valobranov zmanjšali amplitudo valov z 9 na 1,5 m.

Če želite zožiti rezultate iskanja, lahko svojo poizvedbo izboljšate tako, da določite polja za iskanje. Seznam polj je predstavljen zgoraj. Na primer:

Iščete lahko po več poljih hkrati:

Logični operatorji

Privzeti operater je IN.
Operater IN pomeni, da se mora dokument ujemati z vsemi elementi v skupini:

razvoj raziskav

Operater ALI pomeni, da se mora dokument ujemati z eno od vrednosti v skupini:

študija ALI razvoj

Operater NE izključuje dokumente, ki vsebujejo ta element:

študija NE razvoj

Vrsta iskanja

Pri pisanju poizvedbe lahko določite način iskanja besedne zveze. Podprte so štiri metode: iskanje z upoštevanjem morfologije, brez morfologije, iskanje po predponi, iskanje po frazi.
Privzeto se iskanje izvaja ob upoštevanju morfologije.
Če želite iskati brez morfologije, preprosto postavite znak "dolar" pred besede v frazi:

$ študija $ razvoj

Za iskanje predpone morate za poizvedbo dodati zvezdico:

študija *

Če želite iskati frazo, morate poizvedbo dati v dvojne narekovaje:

" raziskave in razvoj "

Iskanje po sopomenkah

Če želite v rezultate iskanja vključiti sinonime besede, morate vnesti zgoščeno oznako " # " pred besedo ali pred izrazom v oklepaju.
Če se uporabi za eno besedo, bodo zanjo najdeni do trije sinonimi.
Ko se uporablja za izraz v oklepaju, bo vsaki besedi dodan sinonim, če je bil najden.
Ni združljivo z iskanjem brez morfologije, iskanjem po predponah ali iskanjem po frazah.

# študija

Združevanje v skupine

Če želite združiti iskalne izraze, morate uporabiti oklepaje. To vam omogoča nadzor logične logike zahteve.
Na primer, morate vložiti zahtevo: poiščite dokumente, katerih avtor je Ivanov ali Petrov, naslov pa vsebuje besede raziskave ali razvoj:

Približno iskanje besed

Za približno iskanje morate postaviti tildo " ~ " na koncu besede iz fraze. Na primer:

brom ~

Pri iskanju bodo najdene besede, kot so "brom", "rum", "industrial" itd.
Dodatno lahko določite največji znesek možna urejanja: 0, 1 ali 2. Na primer:

brom ~1

Privzeto sta dovoljeni 2 urejanji.

Kriterij bližine

Če želite iskati po kriteriju bližine, morate postaviti tildo " ~ " na koncu besedne zveze. Na primer, če želite poiskati dokumente z besedami raziskave in razvoj znotraj 2 besed, uporabite naslednjo poizvedbo:

" razvoj raziskav "~2

Relevantnost izrazov

Če želite spremeniti ustreznost posameznih izrazov v iskanju, uporabite znak " ^ « na koncu izraza, ki mu sledi stopnja pomembnosti tega izraza glede na druge.
Višja kot je raven, bolj ustrezen je izraz.
Na primer, v tem izrazu je beseda "raziskava" štirikrat pomembnejša od besede "razvoj":

študija ^4 razvoj

Privzeto je raven 1. Veljavne vrednosti so pozitivno realno število.

Iskanje znotraj intervala

Če želite označiti interval, v katerem naj bo vrednost polja, navedite mejne vrednosti v oklepaju, ločene z operatorjem TO.
Izvedeno bo leksikografsko razvrščanje.

Takšna poizvedba bo vrnila rezultate z avtorjem, ki se začne z Ivanov in konča s Petrov, vendar Ivanov in Petrov ne bosta vključena v rezultat.
Če želite vključiti vrednost v obseg, uporabite oglate oklepaje. Če želite izključiti vrednost, uporabite zavite oklepaje.

Oddaljenost območij vrtanja od obalnih baz, zapletenost in nizka hitrost vleke ter nizka avtonomija zmanjšujejo učinkovitost uporabe polpotopnih vrtalnih ploščadi. . Zato za iskanje in raziskovalno vrtanje na oddaljenih območjih uporabljajo ladje za vrtanje. (Slika 11).

Glavni način delovanja vrtalnih ladij je vrtanje vrtine (85-90% celotnega časa delovanja plovila). Zato sta oblika trupa in razmerje glavnih dimenzij določena z zahtevami stabilnosti in zagotavljanjem parkiranja z najmanjšimi možnimi premiki. Hkrati mora oblika trupa ustrezati hitrosti plovila 10-14 vozlov ali več. Funkcija za vrtalne ladje - majhno razmerje med snopom in ugrezom 3-4.

riž. 11- Zasidrana vrtalna ladja.

Poleg tega obstaja težnja, da se to razmerje zmanjša (za plovila "Pelican", "Saipem II" itd.), Kar je mogoče razložiti s širitvijo delovnih območij in zahtevami po povečani sposobnosti za plovbo. Izbira glavnih dimenzij plovila je odvisna od zahtevane nosilnosti, ki je določena z ocenjeno globino vrtine in avtonomijo plovila.

V praksi vrtanja raziskovalnih vrtin na morju se široko uporabljajo samohodna in nesamohodna plovila z enim in več trupom. Od sredine 50-ih do konca 70-ih so za vrtanje uporabljali samo plovila s sidri in sidrnimi stabilizacijskimi sistemi, njihov delež v floti plavajočih vrtalnih ploščadi je znašal 20-24 %; Področje uporabe vrtalnih ladij s sistemom za stabilizacijo sidra je omejeno na morske globine do 300 m.

Nove možnosti pri razvoju obalnih polj so se odprle leta 1970 z ustvarjanjem dinamičnega sistema za določanje položaja, katerega uporaba je omogočila postavitev številnih rekordov glede globine raziskanih vodnih območij. Od takrat se je svetovna flota plovil za globokomorsko vrtanje relativno hitro povečala.

Primeri tujih plovil z dinamičnim stabilizacijskim sistemom so "Pelican" (do globine morja 350 m), "Sedko-445" (do 1070 m), "Discoverer Seven Seas" (do 2440 m), "Pelerin". " (do 1000 m prve in do 3000 m druge generacije), "Glomar Challenger" (do 6000 m, dejansko je osvojil globino morja 7044 m), "Sedko-471" (do 8235 m).

Plovila za vrtanje na lastni pogon Obstajajo enotrupni in dvotrupni (katamarani). Domače proizvodne organizacije uporabljajo predvsem enodelne. To je posledica nižjih stroškov kapitala za njihovo proizvodnjo, saj so bili ustvarjeni na podlagi že pripravljenih konstrukcij trupov za ribiška plovila.

Vrtalne ladje z enim trupom tipa "Diorit", "Diabase", "Charoit", "Kimberlite", ki delujejo na proizvodnih ekspedicijah VMNPO "Soyuzmorinzhgeologiya", so opremljene s sidrnim stabilizacijskim sistemom, vretenastimi vrtalnimi napravami in tehnološko opremo. za izvedbo inženirsko-geoloških raziskav v globinah vode od 15 do 100 m.

Izkušnje z vrtanjem teh ladij so razkrile številne pomanjkljivosti njihove zasnove, med katerimi so glavne nezanesljiv stabilizacijski sistem na vrtini, majhnost mesta vrtanja in omejeno število sedežev zaradi uporabe serijskih trupov ribiških ladij. , nezmožnost prenosa zahtevane osne obremenitve na dno vrtine pri vrtanju z vretenastimi napravami brez kompenzatorjev za navpične premike svedra, nezmožnost izvedbe kompleksa geotehničnih raziskav vrtine in izbire monolitov z vdolbino zaradi uporabe edina vrsta vrtin, ki jih je mogoče izvajati s temi posodami, je presometrija.

Tehnološki kompleks vsakega plovila je sestavljen iz vrtalne naprave, sistema za izvajanje geotehnoloških raziskav vrtine (statično sondiranje in vzorčenje) in enote za prodor dna. Uporaba vrtalnega vodnika (dvižnega stebra) na teh plovilih ni predvidena. Pogon glavnih vrtalnih mehanizmov je hidravličen, dvižne operacije so mehanizirane.

Trenutno v Rusiji ni specializiranih plovil za vrtanje raziskovalnih vrtin na morskih globinah nad 300 m.

Obetavnejša vrsta plovila za vrtanje raziskovalnih vrtin so katamarani. V primerjavi z enotrupnimi plovili enakega izpodriva imajo številne prednosti: večjo stabilnost (amplituda nagibanja katamarana je 2-3 krat manjša kot pri enotrupnih plovilih), kar omogoča delo v boljših pogojih. v težkem morju (koeficient delovnega časa je več dvotrupnih plovil kot enotrupnih vsaj za 25%)); bolj priročna oblika za delo in bistveno večja (50%) uporabna površina palube (ker se uporablja medtrupni prostor), kar omogoča namestitev potrebne količine težke vrtalne opreme na palubo; plitek ugrez in visoka manevrska sposobnost (vsak trup je opremljen z vodilnim vijakom), kar olajša njihovo uporabo v razmerah plitve vode. Stroški izdelave enotrupnega plovila s primerljivo delovno površino palube so 20 - 30 % višji od stroškov katamaranskega plovila.

riž. 12- Vrtalna ladja "Katamaran".

Ameriško podjetje Reading in Bates sta zgradila vrtalno ladjo Catamaran, sestavljeno iz dveh bark, pritrjenih skupaj z devetimi tramovi (slika 12). Dolžina plovila je 79,25 m, širina 38,1 m Lahko vrta vrtine do 6000 m globoko na kateri koli globini morja. Plovilo je opremljeno z: vrtalno ploščadjo višine 43,25 m z dvižno silo 4500 kN; rotor; dvobobenski vitel, ki ga poganjata dva dizelska motorja; dve črpalki za blato, ki ju poganjata dva druga dizelska motorja; enota za cementiranje; rezervoarji za raztopino gline; osem sidrnih vitlov z električnim pogonom iz dveh dizel generatorjev izmenični tok moč 350 kW; bivalnih prostorov za 110 oseb.

Od katamaranskih vrtalnih plovil z bistveno manjšimi geometrijskimi in energetskimi parametri je treba opozoriti na domače katamarane "Geolog-1" in "Geolog Primorja", katerih tehnične značilnosti so navedene spodaj.

"Geolog-1" "Geolog Primorja"

Prostornina, t.................................. 330 791

Dolžina, m.................................. 24 35.1

Širina, m.................................. 14 18.2

Ugrez brez obremenitve, m................... 1,5 3,26

Višina nadvodja, m ​​1,7 4,47

Moč dizelskih generatorjev,

glavna................................... 2x106,7 2x225

pomožni.................... 2x50 2x50

Hitrost potovanja, vozli.................. 8 9

Sposobnost za plovbo, točke...... 6 8

Delovni pogoji:

oddaljenost od obale, km......... Do 3 Do 360

najmanjša globina

rya, m............................................. 2 5

razburkano morje, točke............ 3 4

Najmanjša globina morja, pri kateri je možno vrtanje s katamarana, je določena z njegovim ugrezom, največja - z dolžino sidrnih kablov. Možne globine za vrtanje vrtin so odvisne od vrste vrtalnih ploščadi, nameščenih na katamaranih.

Katamaran "Geologist-1" (slika 13) je bil zgrajen posebej za inženirske in geološke raziskave v obalnih vodah Črnega morja.

Katamaran je opremljen z: napravo UGB-50M z električnim pogonom za vrtanje vrtin do 30 m globoko skozi skale z uporabo udarne, jedrne in polžne metode; podvodna penetracijska in karotažna postaja PSPK-69 za preučevanje fizikalnih in mehanskih lastnosti mehkih tal in določanje litološke zgradbe morskega dna; seizmično-akustična postaja "Grunt" za kontinuirano profiliranje z namenom pridobivanja informacij o litološki zgradbi morskega dna v celotnem območju med referenčnimi vrtinami. Na raziskovalni točki je "Geologist-1" zavarovan s štirimi sidri, pri globinah morja do 7 m pa še z dvema sidrnima pilotoma dolžine 8 m.

Nesamohodni plavajoči vrtalni stroji Izdelujejo se na osnovi plovil brez lastnega pogona (barže, gumenjaki, čolni), lesenih splavov ali kovinskih pontonov, katamaranov in trimaranov, izdelanih posebej za vrtanje.

Od plovil brez lastnega pogona se najpogosteje uporabljajo barže. Med različnimi vrstami bark niso vse primerne za vrtanje na morju. Najprimernejši tip je barka za suhi tovor z loputami, ki se odpirajo na dnu, tako da je vrtalno napravo mogoče namestiti na sredino barke. Pred začetkom del se barka naloži z balastom, da se zagotovi večja stabilnost.

Včasih se za vrtanje uporabljajo dve barki istega tipa, povezani s prečnimi nosilci. Katamaran se oblikuje z režo med barkami, v kateri se nahaja vodnjak. Spajanje bark omogoča uporabo težkih vrtalnih ploščadi in vrtanje v neugodnih hidrodinamičnih razmerah morja.

Splavi za vrtanje so najlažje dostopni za izdelavo. Težki splavi so globoko v vodi. To poveča njihovo stabilnost, vendar poveča ugrez in ne izključuje možnosti, da opremo preplavi že majhen val. Sčasoma rafti izgubijo svoj vzgon, njihova življenjska doba pa je relativno kratka.

Vrtalni kovinski pontoni so glede na premik razdeljeni na lahke s površino 30-40 m2 in težke s površino 60-70 m2. Stabilnost pontona je nizka in se uporabljajo predvsem v zaprtih vodnih območjih z valovi morja do 2 točki.

V Rusiji se pri vrtanju na polici daljnovzhodnih morij pogosto uporabljajo katamarani tipa Amur in trimarani tipa Primorets, ki so plovila majhne velikosti z navigacijsko omejitvijo morskih valov do 5. Prvi so nesamohodni. Slednji se lahko samostojno premikajo s hitrostjo do 4 vozle v mirnem vremenu na kratkih razdaljah znotraj raziskanega zaliva. Uvrščamo pa jih tudi med nesamovozne, saj pogoji delovanja v veliki večini primerov zahtevajo uporabo pomožnih plovil za njihovo vleko. Navedene katamarane in trimarane je razvil SKV Dalmorgeologiya JSC za vrtanje raziskovalnih vrtin določenih parametrov z uporabo udarnih in rotacijskih metod in imajo naslednje tehnične lastnosti:

Katamaran Trimaran

"Amur" "Primorec"

Dolžina, m.................................. 13,6 18,60

Širina, m......................... 9,0 11,80

Višina stranice, m........................ 1,5 1,85

Ugrez, m.................................. 0,8 0,95

Prostornina, t.................. 40 65

Število in teža (kg) sider......... 4x150 4x250

Dvižna sila vrtanja

zavijanje stolpa, kN.................. 200 300

Parametri vodnjaka, m:

globina vode......................... 25 50

globina po skalah 25 50

Največji premer za

ohišje ............ 0,146/0,166 0,219/0,243

riž. 14- Plavajoče vrtalne naprave Dalmorgeologiya JSC:

A- PBU "Amur": 1 - sidrni vitel, 2 - rezanje, 3 - vrtalna vlečenja, 4 - vrtalna naprava; b- PBU "Primorets": 1 - nadgradnja, 2 - vrtalna naprava, 3 - vrtalna vlečenja, 4 - potovalni vitel, 5 - vibrator, 6 - rotator

Trimaran "Primorets" je MODU s tremi trupi serijskih ladij, povezanih z ravnim mostom iz valjanega jekla (slika 14, b). Pogonski motor in krmilni mehanizem sta nameščena v srednjem trupu, premaknjena zadaj glede na stranske. Dizelski generator in izplakovalna črpalka sta nameščena v dveh vzporednih stranskih trupih trimarana. Na palubi v zadnjem delu naprave je nadgradnja gospodinjskih in servisnih prostorov, v premcu je vrtalna oprema, ki vsebuje vrtalno napeljavo v obliki črke L, vitel za udarno vrtanje, opremo za prijemanje in vitel za dviganje cevi, rotator in vibrator.

Krovi ploščadi Amur in Primorets imajo izreze v obliki črke U za odmik ploščadi od vrtine brez odstranjevanja zaščitnih cevi med nevihto, slabo vidljivostjo ali popravilom in nato približevanje vrtini za nadaljevanje vrtanja. Nepotopljivost in stabilnost teh naprav se ohranita, ko je kateri koli oddelek poplavljen.

Katamaran "Amur" je PDU z dvema vzporednima trupoma serijskih ribiških čolnov za rakovice, ki sta na vrhu povezana z ravnim mostom iz valjanega jekla, ki tvorita skupno palubo (slika 14, A). Napajalna in pomožna oprema naprave je nameščena v trupih katamarana, kar je povečalo delovno površino. Krov je opremljen z vrtalno ploščadjo v obliki črke A, vitlom za udarno vrtanje, vibratorjem, zaščitnimi cevmi, delovnimi orodji, prostorom za krmiljenje in štirimi sidrnimi vitli.

Glavni: 2. [74-77], 3.

Dodaj: 7.

Kontrolna vprašanja:

1. Čemu so BS namenjene in do kakšnih globin?

2. Zasnova plovila za vrtanje.

3. Posebna značilnost pri oblikovanju SSDR iz BS.

4. Za kaj se uporabljajo BS?

5. Kakšne so prednosti BS?