Оценка безопасности выполнения динамического позиционирования бурового судна методами математического моделирования

• Автор: Барахта, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.22.19
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Мурманск
• Количество страниц: 202 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Анализ структуры, принципов работы систем динамического позиционирования и области их применения

1.1. Проблемы освоения углеводородов на арктических шельфах

1.2. Комплекс технических средств систем динамического позиционирования

1.3. Структура систем динамического позиционирования

1.4. Движительно-рулевые комплексы системы динамического позиционирования

1.5. Показатели качества функционирования судовых динамических систем

управления
Глава 2. Математическое моделирование работы движительно-рулевого комплекса (ДРК) бурового судна
2.1. Общая характеристика средств управления ДРК бурового судна
2.2. Математическое моделирование работы ПВК бурового судна
при прямолинейном движении
2.3. Математическое моделирование работы ПВК бурового судна
при произвольном движении
2.4. Математическое моделирование работы НПУ бурового судна
2.5. Определение равнодействующей тяги средств управления
ДРК бурового судна
Глава 3. Построение математической модели внешних воздействий
3.1. Общий вид модели
3.2. Гидродинамические усилия
3.2.1. Гидродинамические усилия корпуса судна
3.2.2. Программная реализация расчета гидродинамических
коэ ф фициентов
3.2.3. Расчет гидродинамических параметров и усилий
3.2.4. Гидродинамические усилия, возникающие
на буровом инструменте
3.3. Усилия на руле .’
3.4. Аэродинамические воздействия
3.4.1. Аэродинамические воздействия на корпус судна
3.4.2. Аэродинамические воздействия на буровую вышку
3.5. Воздействия на судно морского волнения
3.5.1. Постоянные составляющие воздействия
от регулярного волнения
3.5.2. Переменные составляющие воздействия
от регулярного волнения
3.5.3. Составляющие воздействия на судно
от нерегулярного волнения
Глава 4. Оценка безопасности функционирования бурового судна
4.1. Общие уравнения позиционного равновесия судна
4.2. Постановка задачи по выбору усилий активных средств управления
4.2.1. Упрощения задачи
4.2.1.1. ОдноНПУ + одна ПВК
4.2.1.2. ОдноНПУ + однаПВК
4.2.1.3. ОдноНПУ + одна ПВК
4.2.1.4. Одно НПУ + одна ПВК
4.2.2. Оптимизационный подход
4.3. Расчет нагрузок на исполняющие устройства ДП
с помощью радиальных диаграмм предельного ветра
4.3.1. Группа движителей
4.3.2. Группа движителей
4.3.3. Группа движителей
4.4. Итоговые оценки безопасности функционирования судна
4.5. Сравнительные оценки расчетов и экспериментальных данных
4.5.1. Расчет равнодействующих сил и вращающего момента
с помощью опытных данных
Заключение
Литература
Приложение 1. Данные натурного эксперимента
Приложение 2, Данные внедрения результатов диссертационной работы

Введение
Актуальность темы, Обеспечение безопасности всех операций, связанных с разведкой, добычей и транспортировкой углеводородов в акваториях Мирового океана продолжает оставаться насущной проблемой. Сложность технической оснащенности, трудоемкость процесса управления специализированными судами, используемыми при проведении исследований и освоении природных запасов морских шельфов, диктуют необходимость совершенствования судовых систем управления.
При анализе работы бурового судна, позиционирующего в заданной точке, главное внимание исследователя вызывают воздействия со стороны внешних факторов и их отработка судовой системой динамического позиционирования (ДП). Воздействие внешних факторов специфично и связано с наличием на борту бурового оборудования. В первую очередь к нему отнесем буровую вышку (надводное оборудование) и буровую колонну (подводное оборудование). Первая изменяет ветровое воздействие на судно, вторая - воздействие течения. Работа систем динамического позиционирования также специфична и не всегда прозрачна для судоводителя. Опыт работы с системой приобретается не сразу и требует вдумчивого анализа эксплуатационных случаев, требующих человеческого вмешательства, на что способен не каждый судоводитель. Техническая документация разработчиков проекта судна с системами ДП обычно содержит радиальные диаграммы скоростей ветра, при которых возможно удержание судна с помощью его движительно-рулевого комплекса. Однако, как показывает практика эксплуатации буровых судов, предельные значения скоростей ветра, при которых возможна безаварийная работа бурового судна, существенно меньше устанавливаемых технической документацией разработчиков проекта систем динамического позиционирования. Поэтому оценка безопасности выполнения динамического позиционирования бурового судна является актуальной проблемой.
Свою специфику имеют также движители, которые работают при удержании бурового судна на точке: носовые подруливающие устройства (НПУ)

- электрогидравлическим приводом (поворот колонки в диапазоне 0 - 360°);
- насадкой;
- двигателем постоянного тока (вращение гребного винта).
При работе в системе ДП ПВК имеют следующие технические характеристики:
- время разворота колонок от 0 до 360° не более 30 с;
- точность установки колонки в заданное положение и её отклонение от заданного положения не более ± 2 %;
- точность установки числа оборотов гребного винта и их отклонения от установленного значения не более ± 2%.
Основные технические характеристики ПВК представлены в табл
Таблица
Тип ПВК Ш 1602/4500
Мощность приводного двигателя, кВт
Максимальный момент на приводном валу, кН-м 1 14,3/13
Скорость вращения приводного вала, с'1 16,66/17
Максимальный момент на приводном валу при вращении в противоположную сторону, кН м 4
Скорость вращения гребного винта, с'1 4,32/4
Передаточное отношение 3,857:1
Тип системы управления Аквапилот
Скорость управления Бесступенчатая
Угол перекладки 0-360°
Время перекладки, с ;
Отстояние оси винта ПВК от ДП, м ±4
Профиль насадки ИЭМВ
Отстояние оси привода ПВК от плоскости мидель-шпангоута, м 36