FPSO改造項目的輕型化直升機甲板設計

梁 晶，梁姝婷，萬 莉，李甲旺，魏亞菲

(天津修船技術研究所，天津 300456)

FPSO改造項目的輕型化直升機甲板設計

梁 晶，梁姝婷，萬 莉，李甲旺，魏亞菲

(天津修船技術研究所，天津 300456)

以30萬t深水浮式生產(chǎn)儲油船(FPSO)的改造為依托項目，對FPSO生活模塊系統(tǒng)的直升機甲板輕型化設計。文章根據(jù)FPSO改造需求，采用鋁質(zhì)材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼制材料，以S-76A++型號的直升機為例，按規(guī)范設計了鋁制輕型化直升機甲板，并建立有限元模型，對不同著落位置、梁格跨度和螺栓布置進行強度分析，在滿足單次起飛要求及甲板輕型化要求情況下，確定最終甲板結構形式。

FPSO；直升機甲板；鋁質(zhì)；輕型化

Abstract:Based on the reconstruction of 300 thousand tons of deep water FPSO project,lightweight design should be done to the helicopter deck of the life module.According to the reconstructive FPSO requirements,aluminum materials are used to replace traditional steel materials.Taking the example for S-76A++helicopter,a model of aluminum helicopter deck is established.The finite element strength of the helicopter deck is calculated and compared under different landing locations,beam distances and bolt types,with conclusion confirmed by software,which shows that the aluminum helicopter deck can satisfy the strength of S-76A++ landing and lightweight requirement.

Keywords：FPSO;helicopter deck;aluminum;lightweight

在海洋油氣資源開采設備中，浮式生產(chǎn)儲油系統(tǒng)(FPSO)占據(jù)重要位置，它具有較強抗風浪能力，同時可重復使用、風險小、經(jīng)濟效益好，是邊際油田和中、深海油田開采中的研究熱點[1]。直升機平臺作為FPSO的附屬結構，是直升機可安全降落和起飛的場所。

隨著海洋科技的不斷發(fā)展，對直升機甲板結構和人工成本的要求逐漸加強，甲板的輕型化成為當前的研究趨勢。把FPSO生活模塊系統(tǒng)的直升機甲板進行輕型產(chǎn)業(yè)化，采用鋁質(zhì)直升機平臺結構。鋁制直升機甲板具有質(zhì)量輕、抗腐蝕和在車間建造現(xiàn)場組裝諸多優(yōu)點[2]。

本文依托30萬t深水FPSO生活模塊系統(tǒng)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目，結合FPSO使用期間停放直升機的數(shù)量和型號，確定直升機甲板的尺寸之后，便要考慮直升機甲板的重量與結構。本文選取S-76A++直升機為例，通過對不同著落位置、梁格跨度和螺栓連接形式下直升機甲板的強度校核，在保證強度的情況下盡量減低成本。FPSO生活模塊系統(tǒng)模型圖如圖1所示。

圖1 FPSO生活模塊系統(tǒng)模型圖

1 設計參數(shù)

1.1直升機參數(shù)

以S-76A++直升機為例，參數(shù)見表1。

表1 直升機起落架參數(shù)

1.2材料參數(shù)

直升機甲板材質(zhì)采用鋁合金6082-T6，其參數(shù)詳情見表2。

表2 鋁合金材料參數(shù)

1.3設計工況

按《海上移動平臺入級規(guī)范》[3]選取碰撞工況和存放工況進行計算，具體載荷組合情況見表3。

表3 設計工況

經(jīng)過計算分析，2個后輪受力沒有交集，各輪受力不受其他輪的干擾影響。對于碰撞工況，可認為載荷均布在2個后輪，故只針對1個輪進行計算。對于存放工況，可認為載荷作用在3個輪上，按照質(zhì)量配比計算分析，前輪對甲板載荷最大。

2 有限元模型建立

運用有限元軟件來建立直升機甲板面的局部有限元模型，如圖2。

直升機甲板采用卡子螺栓固定在支撐結構的工字梁上，載荷按設計工況予以施加。

圖2 甲板面有限元模型

3 靜力計算分析

3.1不同著落位置影響

結構構件的設計應按其受力最不利的直升機著地位置考慮，輪印著落位置分為圖3的3種情況。

圖3 輪印著落位置

梁格跨度2 m，螺栓交叉約束，經(jīng)靜力計算后，碰撞工況下3種著落位置最大應力見圖4、圖5、圖6。

圖4 碰撞工況著落1應力圖

圖5 碰撞工況著落2應力圖

圖6 碰撞工況著落3應力圖

碰撞工況下，著落1最大應力為172.457 MPa；著落2為178.916 MPa；著落3為116.845 MPa。結果表明，碰撞工況3種情況滿足強度要求。

圖7 存放工況著落2應力圖

對存放工況，只選取著落2進行計算，最大應力圖見圖7。結果表明，存放工況滿足強度要求。

3.2不同梁格跨度的影響

根據(jù)3種型號的直升機前后輪和后輪間距初步判斷，梁格跨度可取：1 m、2 m、3 m。經(jīng)計算著落2結果，圖8為螺栓交叉時3種不同梁格跨度應力變化曲線圖。

圖8 不同梁格跨度應力曲線

3.3不同螺栓位置的影響

3種形式約束的螺栓分布為滿螺栓、交叉螺栓、間隔螺栓3種，如圖9所示。

圖9 螺栓分布圖

梁格跨度取2 m，經(jīng)計算，圖10為3個著落位置不同螺栓布置的應力變化曲線圖。

圖10 不同螺栓分布應力變化曲線

4 結束語

本文主要研究內(nèi)容是針對FPSO改造項目，按規(guī)范設計了鋁制輕型化直升機甲板，并建立有限元模型，對不同著落位置、梁格跨度和螺栓布置進行分析，在滿足結構強度要求情況下，結果表明：3種著落位置，著落2相對較危險，隨后計算都以著落2為例；同種著落位置和螺栓約束，跨度越大，應力呈逐步增加趨勢；同種著落位置和梁格跨度，螺栓約束越多，應力呈減小趨勢，交叉螺栓與滿螺栓形式應力相差不大。

考慮到各類型直升機的輪間距，直升機甲板結構采用梯形截面，梁格跨度定為2 m，螺栓交叉約束。

面對如何更大幅度利用可持續(xù)發(fā)展海洋能源的挑戰(zhàn)，海工設備的研發(fā)與創(chuàng)新就尤為重要。生活樓模塊生產(chǎn)專業(yè)化，輕型化直升機甲板結構重量減輕、易于安裝操作，對實現(xiàn)FPSO關鍵系統(tǒng)國產(chǎn)化設計、制造具有戰(zhàn)略性意義。

[1] 袁中立，李春. FPSO的現(xiàn)狀與關鍵技術[J].石油工程建設,2015,31(6): 24-29.

[2] 張壇龍，高學靜，王壽軍. 半潛式起重平臺的直升機平臺結構設計及強度分析[J].船舶,2013,24(3): 48-49.

[3] 中國船級社.海上移動平臺入級規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2012.

梁 晶(1981-)，女，遼寧錦州人，工程師，大學本科，主要從事船舶與海洋工程技術工作。

P75

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.05.015

2017-03-10