Analiza Quasi Static A a Unei Conducte Flexibile Submarine Cu Flotor Atasat

5/17/2018 Analiza Quasi Static A a Unei Conducte Flexibile Submarine Cu Flotor Atasat - sli...

http://slidepdf.com/reader/full/analiza-quasi-static-a-a-unei-conducte-flexibile-submarine-cu-

Universitatea “Dunărea de Jos” din GalaţiFacultatea de Mecanică

Programul de studii: Inginerie Mecanică

ANALIZA QUASISTTICA A UNEI CONDUCTE FLEXIBILESUBMARINE CU FLOTOR ATASAT

Proiect de Licenţă

Absolvent: Nicoară Ionuţ LucianÎndrumător: Conf. Dr. Ing. Tălmaciu Nicoleta

- Promoţia 2010 –



Universitatea “Dunărea de Jos” din GalaţiFacultatea de Mecanică

Programul de studii: Inginerie Mecanică

ANALIZA QUASISTTICA A UNEI CONDUCTE FLEXIBILESUBMARINE CU FLOTOR ATASAT

Proiect de Licenţă

Absolvent: Nicoară Ionuţ LucianÎndrumător: Conf. Dr. Ing. Tălmaciu Nicoleta

- Promoţia 2010 -



CAPITOLUL I

1. INTRODUCERE:

Conductele flexibile sunt o alternativa de preferat in locul obisnuitelor conducte din otel. De

multe ori, utilizarea comerciala a produselor petroliere depinde de folosirea conductelor flexibile. Un

exemplu este acela in care sunt utilizate nave de exploatare plutitoare in acest caz, conductele flexibile

urmaresc miscarea indusa de curentii marini si astfel rezista la actiunile mediului intr-un mod mult

mai adecvat.

Tendintele actuale, de untilizare a unor tehnologii cat mai ieftine, avand ca rezultat scaderea

pretului titeiului, impun cerinte inalte de proiectarea sistemelor de transfer titei.

Sistemele elastice de compensare off-shore sunt alcatuite din conducte flexibile de transfer

titei la tancul de stocaj.

Conductele flexibile sunt la ora actuala utilizate in mod curent in domeniul off-shore, dar nu

exista decat foarte putine reguli si norme care sa trateze in mod specific dimensionarea, fabricarea,

instalarea si utilizarea lor.

Fata de conductele rigide, conductele flexibile de transfer titei (risere flexibile) au o dezvoltare

relativ recenta. Cu toate ca au fost utilizate pentru prima data cu succes in timpul celui de al doilea

razboi mondial, aplicarea lor comerciala a demarat foarte greu.

Primul sistem de productie plutitor care a utilizat conducte flexibile pentru transferul titeiului

a fost “Balmoral” din Marea Nordului, in 1986.

Sistemul de riser flexibil (Grebe, 1997) este unul din cele mai noi sisteme de exploatare in

mare adanca fiind dezvoltat dupa ce legea privind Acordul Maritim (UNCLOS-III) a intrat in vigoare

in 1994.

Riserele flexibile sunt utilizate in general pentru extractia si transferul titeiului dar mai pot fi

utilizate si in sisteme de extractie a nodulilor de mangan precum si in sisteme subacvatice de

exploatare a nisipului.

O schema a unui sistem de extractie a nodulilor de mangan cu ajutorul riserului flexibil este

prezentata in fig urmatoare.



Fig 1.1.1 Vehicul minier subacvatic cu sistem riser flexibil

Principalele subsisteme ale unui riser flexibil sunt:- conducta flexibila;

- flotor sau mai multe flotoare;

- sistemele de cuplare la punctul de transfer dintre sistemul de extractie si riser si dintre riser si

tancul de stocaj.

Sistemul de riser flexibil conduce un fluid de la echipamentul subacvatic la oricare echipament

existent la suprafata marii incluzand platforma, sistemul de productie plutitor sau platforma de foraj.

Un vehicul minier subacvatic a fost proiectat si construit pentru a putea lucra pe nisipul moale

de pe fundul marii. Acesta este prezentat in fig 1.1.2.

Vehiculul pe senile are o curea de tractiune speciala cu dinti inglobati pentru a comprima

nisipul de pe fundul marii in timpul miscarii. Vehiculul de pe fundul marii are un brat manipulator cu

o freza care matura nisipul de pe fundul marii si o pompa care il distribuie catre nava mama cu

ajutorul uni riser flexibil.

Principalele dispozitive ale vehiculului pe senile sunt actionate hidraulic. Acesta contine

traductori pentru masurarea vectorului vitezei, a vitezei tamburului , a concentratiei de nisip , etc..., si

are un mecanism care controleaza viteza, refularea si alunecarea.



Un cablu special cu armatura speciala de otel poarta intreaga incarcatura a vehiculului in

timpul lansarii si retragerii. Cablul are conductori din cupru si fibre optice pentru transmiterea puterii

si respectiv transmiterea informatiilor.

In timpul lansarii flotorii sunt atasati la o distanta optima care ofera posibilitatea obtinerii

configuratiei S a riserului flexibil. Cablul si furtunul se apropie dupa un anumit interval si astfel se

asigura comportarea lor ca un tot unitar.

In momentul ajungerii la fundul marii, operatiile de minare pot incepe doar dupa obtinerea

profilului S a riserului.

Fig 1.1.2. Sistem de exploatare a nisipului cu riser flexibil

O conducta flexibila este o structura compozita, construita din cateva straturi, fiecare dintre

ele avand o functie specifica.

Corpul conductei include un ansamblu de straturi de materiale care formeaza un tub sub

presiune. Structura conductei permite schimbari de directie mari fara o crestere importanta a



eforturilor din coturi. In mod normal, corpul conductei este construit ca o structura compozita

cuprinzand straturi metalice si polimerice.

Fiecare strat are un rol specific prevenind fie spargerea, fie fisurarea sau explozia, totodata

permitand un anumit grad de libertate intre ele. Straturile metalice sunt facute din sarme din otel inox

sau carbon, imbinate perfect, aceste sarme fiind de grosimi variabile si rasucite in spirala sub unghiuri

diferite, in functie de utilizarea conductei.

Un desen schematic este prezentat in figura 1.1.3.:

Fig 1.1.3. Structura conductei flexibile

1. Carcasa (previne distrugerea datorita presiunii hidrostatice externe)

2. Strat de presiune interna

3. Armura intermediara de presiune (rezista la presiune interna si externa in ambele sensuri)

4. Armura de rezistenta (care asigura rezistenta la solicitarile axiale si torsiune)

5. Strat izolator (protejeaza impotriva pierderii de caldura)

6. Strat exterior (protejeaza impotriva apei de mare si distrugerilor mecanice)



Fig 1.1.4 Structura conductei flexibile

Datorita flexibilitatii, raspunsul conductei in mediul indus de miscarea valurilor este guvernat

de un set hidro-elastic complex de ecuatii diferentiale.

O parte importanta in proiectarea conductelor flexibile este armatura de capat. Scopul

armaturii de capat este in principal acela de a conecta unitati separate de conducta, dar combina de

asemenea si partea terminala a diferitelor straturi ale conductei flexibile. Sistemul de cuplare contine

o intaritura de capat si o armatura de capat.

Intaritura de capat este instalata pentru a preveni deteriorarile cauzate de concentrarile de eforturi la

conectare. Intaritura este proiectata pentru a optimiza distributia curburii de la riserul flexibil la nava

si pentru a minimiza fortele de sustinere la nava.

Sistemul de riser flexibil conduce un fluid de la echipamentul subacvatic la oricare

echipament existent la suprafata marii incluzand platforma, sistemul de productie plutitor sau

platforma de foraj.

Cel mai des folosit riser pentru sistemul de productie este acela in care conductele de curgere

flexibile sunt instalate de la fundul marii catre suprafata acesteia. Dispozitivul flexibil este atasat de

axul principal la suprafata inaintea instalarii sau mai tarziu direct la dispozitivul de conectare sub-

acvatica. Capatul de sus al riserului flexibil este suspendat de o extensie a vasului de suprafata.

Sistemul de riser flexibil, angajat in facilitatea exploatarii in marea adanca, poate avea mai

multe configuratii:


http://slidepdf.com/reader/full/analiza-quasi-static-a-a-unei-conducte-flexibile-submarine-cu

Fig 1.1.5: Configuratii diferite ale sistemului de riser flexibil

Fig 1.1.6: aranjamente de tuburi de ghidare actionate de la distanta



Fig 1.1.7: Configuratia riserului flexibil si aranjamentul din interiorul navei


http://slidepdf.com/reader/full/analiza-quasi-static-a-a-unei-conducte-flexibile-submarine-cu-f

2. TIPURI DE CONFIGURATII ALE RISERELOR:

2.1.Configuratia unui Riser simplu (fara flotori atasati sau greutati atasate):

Cea mai simpla configuratie facand legatura directa intre nava si fundul marii unde conducta

flexibila este conectata la diferite tipuri de echipamente subacvatice.

Fig 1.2.1 Riser simplu.

Fig 1.2.2 Riser simplu.2.2.Configuratia Lazy-S (Riser in forma de S):



Are un flotor atasat sub suprafata libera a apei. Se poate folosii in cele mai grele conditii de

mediu. Utilizarea acestui tip de riser induce dezavantajul unui unghi destul de mare (θ=20grade) de

inclinare a riserului fata de verticala, in capatul superior de prindere.

Tensiunile sunt mai mici decat la riserul simplu.

Fig 1.2.3 Riserul in forma de S.

Fig 1.2.4 Riserul in forma de S.

2.3.Configuratia Lazy-wave (Riserul in forma de val):

Este prevazut cu mai multi flotori atasati, distribuiti pe o anumita lungime, spatiul dintre acestia

pastrandu-se constant.



Fig 1.2.5 Riserul in forma de val.

Fig 1.2.6 Riserul in forma de val.

2.4.Configuratia Steep-S (Riser in forma de S abrupt):

Este prevazut cu un flotor atasat , iar portiunea de la flotor si conectaorul de la fundul marii estevertical.



Fig 1.2.7 Riserul in forma de S abrupt.

Fig 1.2.8 Riserul in forma de S abrupt.

2.5.Configuratia Steep-wave(configuratia abrupta in forma de val):

Este prevazut cu mai multi flotori atasati, portiunea dintre flotor si fundul marii fiind verticala.



Fig 1.2.9 Riser in forma de val abrupt.

Fig 1.2.10 Riser in forma de val abrupt.2.6.Configuratia plian wave:



Fig 1.2.11

2.7.Configuratia Camel S:

Fig 1.2.12

2.8.Conficguratia fixed S:



Fig 1.2.13

Analiza completă, statică şi dinamică, a riserului marin flexibil scufundat este posibilă după ce

prin analiza statică se precizează forma optimă de echilibru static. Luînd forma statică optimă ca

stare initială se poate face apoi analiza dinamică.

Analiza quasistatică reprezintă o primă evaluare a comportării dinamice a firului scufundat cu

care este aproximat riserul flexibil şi în proiectarea curentă se admite satisfăcătoare.

Cu ajutorul analizei quasistatice se pot obţine:

- precizarea formei optime medii a sistemului, respectiv acea formă în raport cu care formele

de maximă şi minimă solicitare statică asigură menţinerea tensiunii în capătul de prindere la plutitor

(capătul superior al firului) în limite admisibile, şi, de asemenea asigură mentinerea curburii (sau razei

de curbură) în limite admisibile.

- precizarea stării iniţiale (formă de echilibru optimă - poziţia medie) pentru analiza dinamică

a firului scufundat.

Analiza quasistatica a conductei flexibile scufundate s-a facut folosind programul de analiza

cu element finit ABAQUS .

CAPITOLUL II



DETERMINAREA CONFIGURATIEI STATICE A RISERULUI MARINFLEXIBIL

CONSIDERATII GENERALE:

In proiectarea configuratiei statice si dinamice a riserului marin flexibil acesta se poate asimila cu

un fir scufundat.

Firul este un corp care se caracterizeaza prin urmatoarele proprietati:

- Este flexibil, putand lua orice forma fara a opune rezistenta. Dezavantajul acestei proprietatieste acela ca firul poate fi intins, dar nu poate fi comprimat sau supus la incovoiere;

-Este inextensibil, neputandu-se alungi oricat de mare ar fi forta de intinderela care este supus;

-Este torsionabil, adica nu se opune cand i se aplica un moment de rasucire. Acestea pot fi privite

ca ipoteze simplificatoare pentru ca in realitate firele sunt tratate ca (cabluri, lanturi, curele de

transmisie, etc...), ele neideplinind propietatile de mai sus fiind intr-o anumita masura extensibile,

avand o oarecare rigiditate, ceea ce sa se opuna schimbarii de forma...

Ipotezele ca firul este flexibil si torsionabil au drept consecinta faptul ca in orice sectiune a sa

cablul are torsorul format numai din forta rezultanta, momentul fiind nul. Principalele probleme

pe care le urmareste statica firelor este stabilirea formei de echilibru a firului si determinarea

eforturilor din firele supuse actiunii unei forte exterioare.

DETERMINAREA CONFIGURATIEI DE ECHILIBRU A RISERULUI

MARIN FLEXIBIL

1.1.ECUATIILE DIFERENTIALE ALE CONFIGURATIEI DE ECHILIBRU:



Pentru a determina configuratia statica a unui fir scufundat se scriu ecuatiile de echilibru

pentru un element de fir ds actionat de tensiunile de la capete, greutatea proprie in apa si fortele

hidrodinamice.

La riserele flexibile se pune condiţia ca in punctul de prindere al firului la tancul de stocaj

(capătul superior) sa se realizeze un unghi cat mai mic cu verticala.

Fig 2.2.1 Schema încărcării elementul de fir ds:

Din conditiile de echilibru pentru un element de fir,ds, se obtin ecuatiile diferenţiale de

echilibru:



dT

dsp f

T

EA

d

ds

p

T

f

T

T

EA

dS

ds

T

EA

dx

ds

T

EA

dT

ds

T

EA

t

n

sin

sin

cos

sin

θ

θ θ

θ

θ

1

1

1

1

1

(2.2.1)

Sistemul de ecuatii diferentiale de echilibru a fost definit în sistemul global de axe de

coordonate xOz.

Notatii:

- s - arcul de curbă pentru un punct curent măsurat din punctul O, pentru firul inextensibil

- S - arcul de curbă pentru un punct curent, pentru riserul elastic

- p - greutatea în apă a firului(riserului), pe unitatea de lungime

- x, z - coordonatele punctului curent

- T - tensiunea în punctul curent- θ - unghiul format cu axa Ox de versorul tangentei în punctul curent

- E - modulul de elasticitate al riserului

- A - aria sectiunii transversale

- f t , f n - componentele tangentială si normală (pe unitatea de lungime) ale fortei hidrodinamice

Cele două componente ale fortei hidrodinamice au expresiile:

f D c v z v z

f D c v z v z

n n

t t

1

2

1

2

ρ θ θ

ρ θ θ

( ) sin ( ) sin

( ) cos ( ) cos(2.2.2)

în care s-au notat:

- ρ - masa specificá a apei

- D - diametrul exterior al riserului- cn ,ct - coeficientii rezistentei hidrodinamice ( pentru riser-furtun circular ct≅ 0, cn≅ 1 )

- v(z) - viteza curentului pentru cota z a punctului curent pe riser :



v z H H z gw

1

2

2

ω ω

exp pentru curentul din val, în care: (2.2.3)

- Hw este înaltimea de val ,

- ω este pulsatia circulara a valului,

- g este acceleratia gravitatională.

Dacă în zonă exista si curent geografic submarin c (z), acesta se va adauga curentului din val.

Solutia sistemului de ecuatii diferentiale neliniare (2.2.1) se obtine prin integrare numerică cu conditii

bilocale (la capete) si ajustarea unora dintre variabile. S-a optat pentru un procedeu care necesita un

timp de calcul redus cu asigurarea unei bune convergente. Alegandu-se pasul retelei h, sistemul

(2.2.1), prin diferente finite se aduce la forma :

T T h p

hp

T c

f

T

T

EA

x x hT

EA

z z hT

EA

S S hT

EA

j j j

j j j

h jn

j

j

j j j

j

j j j

j

j j j

1 1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

sin

cos

cos

sin

θ

θ θ θ

θ

θ

(2.2.4



Sistemul (2.2.4) se rezolva iterativ, incepand din capatul O, cu ajustarea variabilelor θo, To, B

si pentru situatia in care firul are varful pe fundul marii. Integrarea se face in cazul conditii in punctele

O (de la fundul mării) si A (legatura la stutul racord al geamandurii tancului de stocaj, sau punctul de

legare la plutitor pentru sisteme de ancorare) (Fig 2.2.2) si reinitializarea calculului în punctele în care

sunt flotori. Ajustarea fortei portante B este impusa când cota zB a flotorului este dată.

Fig 2.2.2 -Riser în formă de S

Conditii în cap ă tul O:

xO=0; zO=0; SO=0θO= χ θi ( 0 < χ< 1 ) în care θI este o mărime impusă

To=Toh cosθO ( Toh= cp Toi ; 0 < cp ≤ 1 ) (2.2.5)

în care Toh reprezinta componenta orizontală a tensiunii To.

Marimile θO si Toh sunt ajustabile astfel încât să poata fi îndeplinite conditiile din capătul O. θi si TOi

se iau egale cu π/2, respectiv tensiunea admisibilă în firul scufundat.

Conditii în cap ă tul A:Pot fi doua seturi de conditii:



x=xO ; z=zO , pentru s=L

sau

θ = θmin ; z=zA , în care θ min este impus. (2.2.6)

Analiza statica s-a facut cu un program ce calcul realizat in limbaj MATLAB de catre colegiidin promotia anterioara. Forma de echilibru s-a ales ca varianta optima din punctul de vedere al

formei, al tensiunilor pe element de discretizare, al lungimilor celor doua zone ale conductei flexibile.Varianta optima a fost aleasa in urma analizei statice facute in lucrarea [1].

Capatul de la fundul marii:

Θo=640

Flotor :Θo=760

xB=14,09 m

zB=41,6 m

L1=44 m

B=800 kgf

Capatul superior:TA=283,8 kgf

ΘA=660

XA= 72,4 m

ZA= 60,08 m

L2=102 m

Forma de echilibru static a zonei cuprinsa intre fundul marii si flotorθo X Z S

64.0000 0 0 0

64.8401 0.8513 1.8098 2.0000

65.6450 1.6772 3.6313 4.0000

66.4143 2.4785 5.4638 6.0000

67.1498 3.2562 7.3063 8.000067.8533 4.0113 9.1583 10.0000

68.5265 4.7446 11.0191 12.0000



69.1709 5.4569 12.8879 14.0000

69.7880 6.1490 14.7643 16.0000

70.3793 6.8218 16.6478 18.0000

70.9460 7.4759 18.5378 20.0000

71.4895 8.1120 20.4339 22.0000

72.0109 8.7309 22.3358 24.0000

72.5114 9.3332 24.2429 26.0000

72.9919 9.9194 26.1551 28.0000

73.4536 10.4903 28.0719 30.0000

73.8972 11.0462 29.9931 32.0000

74.3238 11.5879 31.9183 34.0000

74.7341 12.1158 33.8474 36.000075.1289 12.6304 35.7801 38.0000

75.5089 13.1321 37.7161 40.0000

75.8750 13.6215 39.6553 42.0000

76.2276 14.0989 41.5975 44.0000

forma de echilibru static a zonei cuprinsa intre flotor si tancul de stocaj

θ X Z S

41.6500 14.0989 41.5975 44.0000

322.2066 15.6670 40.3599 46.0000

325.9605 17.3210 39.2356 48.0000

329.9922 19.0500 38.2303 50.0000

334.2985 20.8496 37.3576 52.0000

338.8672 22.7129 36.6309 54.0000



343.6751 24.6305 36.0629 56.0000

348.6873 26.5905 35.6646 58.0000

353.8569 28.5783 35.4443 60.0000

359.1269 30.5780 35.4075 62.0000

364.4327 32.5725 35.5556 64.0000

369.7068 34.5449 35.8864 66.0000

374.8831 36.4795 36.3937 68.0000

379.9017 38.3624 37.0682 70.0000

384.7126 40.1820 37.8981 72.0000

389.2777 41.9299 38.8702 74.0000

393.5714 43.6001 39.9703 76.0000

397.5799 45.1894 41.1845 78.0000401.2995 46.6966 42.4991 80.0000

404.7349 48.1224 43.9017 82.0000

407.8965 49.4687 45.3807 84.0000

410.7988 50.7384 46.9259 86.0000

413.4587 51.9351 48.5284 88.0000

415.8943 53.0626 50.1803 90.0000

418.1238 54.1251 51.8748 92.0000

420.1650 55.1265 53.6060 94.0000

422.0347 56.0710 55.3689 96.0000

423.7488 56.9623 57.1593 98.0000

425.3219 57.8042 58.9735 100.0000

426.7674 58.6001 60.8083 102.0000

In urma analizei statice, s-a obtinut forma de echilibru care indeplineste cerintele proiectarii

referitoare la:

-lungimea maxima a conductei

-departarea capatului de prindere la tancul de stocaj fata de platform

-tensiunile maxim admise pe fiecare element si la capetele de prindere

-unghiurile pe care conducta le face cu fundul marii si verticala in punctual de pindere la plutitor.

Forma de echilibru static al conductei reprezinta punctul de plecare (datele de intrare) in analiza

quasistatica.



CAPITOLUL III

1. ANALIZA QUASISTATICA

Analiza completa, statica si dinamica, a riserului marin flexibil scufundat este posibila dupa ce

prin analiza statica se precizeaza forma optima de echilibru static.

Luand forma statica optima ca stare initiala se poate face apoi analiza dinamica.

Analiza quasistatica reprezinta o prima evaluare a comportarii dinamice a firului scufundat cu

care este aproximat riserul flexibil si in proiectarea curenta se admite satisfacatoare.

Cu ajutorul analizei quasistatice se pot obtine :



- precizarea formei optime medii a sistemului, respectiv acea forma in raport cu care formele de

maxima si minima solicitare statica asigura mentinerea tensiunii în capatul de prindere la plutitor

( capatul superior al firului ) in limite admisibile, si, de asemenea asigura mentinerea curburii ( sau

razei de curbura ) in limite admisibile.

-precizarea starii initiale ( forma de echilibru optima - pozitia medie ) pentru analiza dinamica a

firului scufundat.

Analiza quasistatica a conductei flexibile scufundate s-a facut folosind programul de analiza cu

element finit ABAQUS .

2. PASII ANALIZEI:

2.1. Am deschis Abaqus si am ales crearea unui model nou (create a new model database).



2.2. In fereastra din stanga Model, am dat dublu click pe Parts.



2.3.In casuta Create part am selectat urmatoarele:

a. 2D Planar

b. Deformable

c. Wire

d. Approximate size=200

2.4.Forma de echilibru static.

Geometria conductei prezentata mai jos s-a realizat conform analizei statice prezentate in

Capitolul II.



2.5. Am dat dublu click pe Profiles pentru determinarea profilului, alegand Pipe,

introducand apoi valorile specificate.



2.6. Am dat dublu click pe Materials.

a. am denumit materialul

b. am selectat Mechanical → Elasticity → Elastic



am definit modulul de elasticitate si coeficientul lui Poisson.

2.7.Am dat dublu click pe Sections.

a. am selectati pentru caterogie Beam, si pentru tip Beam

b. am selectat profilul si materialul creat anterior



2.8. Am expandat modulul Parts si am dat dublu click pe

Section Assignments.



a. am selectat geometria din viewport

b. am selectat apoi sectiunea creata anterior

2.9.Am expandati modulul Assembly si am dat dublu click pe Instances si am selectat

Independend(mesh on instance).



2.10. Sub modulul expandat Assembly, am dat dublu click pe Sets.

a. am numit setul “incastrare”

b. am selectat punctul de jos al geometriei

c. am creat inca un set numit “incarcare”

d. am selectat punctul de sus al geometriei.



2.11. Pentru crearea conditiilor de contur, am dat click pe BC, alegand Mechanical :

Symmetry/Antisymmetry/Encastre.

-se alege setul “ incastrare” cu optiunea ENCASTRE.



2.12. Am dat dublu click pe Steps.

a. am numit pasul ” aplicarea incarcarii”, procedura General si am selectat Static, General

b. am descris pasul



2.13. Pentru aplicarea incarcarii, am dat dublu click pe BC , selectand Mechanical,

Displacement/Rotation, iar apoi am selectat setul “incarcare”, introducand valoarile:



2.14. Am trecut in modulul Mesh.

a. in menu bar, am dat click pe Seed→ egde by number, am selectat regiunea si am introdus

numarul de elemente

b. click pe assign element type

c. click pe mesh part instance



2.15. Pentru stabilirea orientarii conductei, am trecut in modulul “Property” si am dat click

pe “Assign Beam Orientation”.



2.16. Pentru crearea Jobului , am dat dublu click pe JOBS, si am optat pentru o analiza

completa.

din menu bar, click pe data check→Job-1

din Job manager, apasati results pentru rezultatele analizei



CAPITOUL IV

1. REZULTATELE SIMULARII NUMERICE:

1.1. Rezultatele simularii numerice pentru conducta flexibila scufundata.



Caracteristici conducta:

Simbol UM Valoare

DIAMETRUL EXTERIOR D m 0.1934

GREUTATEA IN AER PE METRU PA daN/m 33,9

GREUTATEA IN AER CU TITEI, PE METRU PT daN/m 48,4GREUTATEA IN APA CU TITEI, PE METRU P daN/m 18,4

COORDONATELE PUNCTULUI DE PRINDERE

LA TANCUL DE STOCAJ ZA m 60,00

a) Rezultate obtinute

Pentru analiza quasistatica am utilizat toate cele patru directii de orientare, notate:A, B, C, D, corespunzatoare pozitiilor extreme pe care poate sa le ia capatul superior al conductei in

urma miscarii tancului de stocaj pe valuri.

Vom folosi deplasarile urmatoare:

10 [m] pe directia X si 7[m] pe directia Y.



Varianta A:Cazul A al analizei corespunde deplasarii capatului superior cu:

- 10 m la dreapta pe orizontala;

- 7 m in sus pe verticala.



Pozitia de echilibru static:

Deformata:



Pozitia de echilibru static si deformata:



Eforturile pe fiecare element de discretizare:



Depalsari pe directia X:



Deplasari pe directia Y:



Directia B:Cazul B al analizei corespunde deplasarii capatului superior cu:

- 10 m la dreapta pe orizontala;

- 7 m in jos pe verticala.




Deformata:



Deplasari pe directia X:



Directia C:

Cazul C al analizei corespunde deplasarii capatului superior cu:- 10 m stanga pe orizontala;





Deformata:



Directia D:

Cazul D al analizei corespunde deplasarii capatului superior cu:- 10 m stanga pe orizontala;





Deforata:



Din analiza quasistatica se obtine intr-o prima aproximatie informatii referitoare la

comportarea dinamica a conductei flexibile.

S-a facut analiza tinand cont de deplasarile capatului de prindere la tancul de stocaj, deplasari induse

de comportarea navei sub actiunea valurilor.

Din analiza meteorologica si a comportarii Marii Negre in zonele in care exista platforme de

extractie, a rezultat ca deplasarile pe verticala si orizontala a navei sunt in limitele de 7 metri pe

verticala respectiv 10 metri pe orizontala.

Din aceste considente au rezultat 4 cazuri de analiza: A, B, C, D.

A: deplasare pe orizontala la dreapta 10 metri deplasare pe

verticala in sus 7 metri

B: deplasare pe orizontala la dreapta 10 metri deplasare

pe verticala in jos 7 metri

C: deplasare pe orizontala la stanga 10 metri

deplasare pe verticala in jos 7 metri



D: deplasare pe orizontala la stanga 10 metri

deplasare pe verticala in sus 7 metri

Pentru fiecare dintre cazurile analizate a rezultat o noua pozitie a conductei care ar reprezenta

din analiza dinamica din pozitia extrema.

Deplasarile nodurilor:

Pe zona cuprinsa intre fundul marii si flotor, deplasarile sunt foarte mici;

pe zona cuprinsa intre flotor si tancul de stocaj, deplasarile sunt mai mari, deci practic la solicitarile

dinamice, miscarea se produce numai pe zona superioara iar partea de jos ramane aproape nemiscata.in acest fel se elimina riscul producerii de avarii in punctul de cuplare cu sistemul de extractie.

Tensiunile rezultate, sunt in limitele admise.

Analiza s-a facut netinand cont de curentii submarini.

CAPITOLUL V.CONCLUZII:

Conductele flexibile sunt o alternativa de preferat in locul obisnuitelor conducte din otel. De

multe ori, utilizarea comerciala a produselor petroliere depinde de folosirea conductelor flexibile.

Tendintele actuale , de untilizare a unor tehnologii cat mai ieftine , avand ca rezultat scaderea pretuluititeiului , impun cerinte inalte de proiectarea sistemelor de transfer titei.

Sistemele elastice de compensare off-shore sunt alcatuite din conducte flexibile de transfer

titei la tancul de stocaj.

Conductele flexibile sunt la ora actuala utilizate in mod curent in domeniul off-shore , dar nu

exista decat foarte putine reguli si norme care sa trateze in mod specific dimensionarea , fabricarea ,

instalarea si utilizarea lor.

Analiza completă ,statică si dinamică , a riserului marin flexibil scufundat este posibilă după ce prin

analiza statică se precizează forma optimă de echilibru static . Luand forma statică optimă ca stare

initială se poate face apoi analiza dinamică.



Analiza quasistatică reprezintă o primă evaluare a comportării dinamice a firului scufundat cu

care este aproximat riserul flexibil si în proiectarea curentă se admite satisfăcătoare.

Cu ajutorul analizei quasistatice se pot obtine :

- precizarea formei optime medii a sistemului , respectiv acea formă în raport cu care formele de

maximă si minimă solicitare statică asigură mentinerea tensiunii în capătul de prindere la plutitor

( capătul superior al firului ) în limite admisibile , si,de asemenea asigură mentinerea curburii ( sau

razei de curbură ) în limite admisibile.

- precizarea stării initiale ( forma de echilibru optimă - pozitia medie ) pentru analiza dinamică a

firului scufundat.

In urma analizei statice, s-a obtinut forma de echilibru care indeplineste cerintele proiectarii

referitoare la:

-lungimea maxima a conductei

-departarea capatului de prindere la tancul de stocaj fata de platform

-tensiunile maxim admise pe fiecare element si la capetele de prindere

-unghiurile pe care conducta le face cu fundul marii si verticala in punctual de pindere la plutitor.

Forma de echilibru static al conductei reprezinta punctul de plecare (datele de intrare) in

analiza quasistatica. Analiza quasistatica a conductei flexibile scufundate s-a facut folosind programul

de analiza cu element finit ABAQUS .

Din analiza quasistatica se obtine intr-o prima aproximatie informatii referitoare la

comportarea dinamica a conductei flexibile.

s-a facut analiza tinand cont de deplasarile capatului de prindere la tancul de stocaj, deplasari induse

de coportarea navei sub actiunea valurilor.

Din analiza meteorologica si a comportarii Marii Negre in zonele in care exista platforme de

extractie, a rezultat ca deplasarile pe verticala si orizontala a navei sunt in limitele de 7 metri pe

verticala respectiv 10 metri pe orizontala.

Din aceste considente au rezultat 4 cazuri de analiza: A, B, C, D.

A: deplasare pe orizontala la dreapta 10 metri deplasare pe

verticala in sus 7 metri



B: deplasare pe orizontala la dreapta 10 metri deplasare

pe verticala in jos 7 metri

C: deplasare pe orizontala la stanga 10 metri

deplasare pe verticala in jos 7 metri

D: deplasare pe orizontala la stanga 10 metri

deplasare pe verticala in sus 7 metri

Pentru fiecare dintre cazurile analizate a rezultat o noua pozitie a conductei care ar reprezenta

din analiza dinamica din pozitia extrema.

Deplasarile nodurilor:Pe zona cuprinsa intre fundul marii si flotor, deplasarile sunt foarte mici; pe zona cuprinsa

intre flotor si tancul de stocaj, deplasarile sunt mai mari, deci practic la solicitarile dinamice, miscarea

se produce numai pe zona superioara iar partea de jos ramane aproape nemiscata. In acest fel se

elimina riscul producerii de avarii in punctul de cuplare cu sistemul de extractie.

Tensiunile rezultate, sunt in limitele admise.

Analiza s-a facut netinand cont de curentii submarini.

Bibliografie

[1] Proiect Licenta Sava M. C. “Determinarea configuratiei de echilibru a conductei

flexibile de transfer tite Φ 19 intre platforma marina si tancul de stocaj”, Universitatea “Dunarea

de Jos”, Galati, 2009.

[2] Talmaciu, N. “Cercetari si contributiiin mecanica firelor scufundate » , Teza de doctorat,

Universitatea « Dunarea de Jos » din Galati,1998

[3] Strat I. “Mecanica tehnica cu aplicatii”, Editura fundatiei Universitare “Dunarea de Jos”

Galati, 2007

[4] Matulea, I., Popa, V., Strat, I., Talmaciu, N., Rusu, E., Crudu, L., “Mecanica- Metode

Numerice- Mecanica firelor aplicata in tehnologia marina “, Universitatea Galati 1988, 100 pag.

[5] Talmaciu N., Boazu D. “ Vibratii mecanice”, Editura EVRIKA, Brãila, 2000, ISBN973-

8052-46-7 (145 pagini);

[6] Matulea, I., Nastase, A., Talmaciu, N.,”Dunarea de Jos” University Galati, Slamnoiu, G.

Naval Research Center, Constanta, Romania, Goncalves-Coelho, A.M., The New University of

Lisbon, Portugal „On the equilibrium configuration of mooring/towing lines”, Applied Ocean

Research, pp. 81-91, Volume 39, No.2, April 2008, ISSN 0141-1187, doi10.1016/j.apor.2008.06.002



[7] Matulea, I., Talmaciu, N., „A mathematical model of static equilibrium configuration for

mooring/towing lines” Analele Universitatii din Galati, Fascicula X, Apllied Mechanics, ISSN 1221-

4612, 2001, pag. 13-22

[8] Talmaciu, N., Matulea, I. „Aspects of static analysis of marine flexible risers” Analele

Unuversitatii “DUNAREA DE JOS” din Galati, Fascicula X, Apllied Mechanics, ISSN 1221-4612-

1998, pag.11-14

[9] Matulea, I., Talmaciu, N., „A mathematical model of static equilibrium configuration for

mooring/towing lines” Analele Universitatii din Galati, Fascicula X, Apllied Mechanics, ISSN 1221-

4612, 2001, pag. 13-22

[10] Matulea, I., Talmaciu, N. „Static and Dynamic analysis of flexible system for

hydrocarbure transfer” Fifth International Conference on Marine Science and Technology, 9-11

November 2000, Varna, Bulgaria, pp. 43-47[11] Matulea, I., Talmaciu, N., Rusu, E "Aspecte privind optimizarea sistemului flexibil de

transfer titei la tancul de stocaj". Sesiunea Stiintifica "Prezent si Perspective", I.P.G. Ploiesti, 1992,

pp.371-374.

[12] Talmaciu, N., Matulea, I., Rusu, E. „Analiza quasistatica a firelor scufundate cu un flotor

atasat” A XXVIII-a Sesiune de Comunicari Stiintifice cu participare Internationala a Academiei

Tehnice Militare, Octombrie 1999, Bucuresti, pag. 221- 226

[13] Cursuri de Analiza cu element finit.

Analiza Quasi Static A a Unei Conducte Flexibile Submarine Cu Flotor Atasat

Documents

Transcript of Analiza Quasi Static A a Unei Conducte Flexibile Submarine Cu Flotor Atasat