樁腿耦合緩沖器國產化應用及應力應變監測

李新超，李懷亮，阮志豪，王南海(.海洋石油工程股份有限公司，天津 30045；

2.能威(天津)海洋工程技術有限公司，天津 300392)

隨著海上浮托安裝技術的發展，不同規格形式的樁腿耦合緩沖器(Leg Mating Unit，簡稱LMU)已經廣泛應用于各種固定式和浮式平臺的組塊整體安裝[1-2]。LMU主要用于浮托安裝過程中緩沖組塊與平臺基礎結構之間的垂直與水平碰撞，減少組塊與平臺基礎結構對強度的要求，是浮托安裝技術中不可缺少的關鍵技術，對于大型組塊整體安裝起到至關重要的作用[3-4]。

1 LMU國產化示范應用結構設計

LMU國產化示范應用目標項目為中國南海西部海域文昌9-2/9-3中心平臺，其基礎結構形式為8腿導管架。根據組塊結構形式以及組塊浮托安裝受力特點，在導管架每個主腿上方均設計1個LMU(共8個)，8個編號位置的LMU結構尺寸完全相同,文昌9-2/9-3中心平臺LMU編號及結構設計示意圖如圖1所示。

圖1 文昌9-2/9-3中心平臺LMU編號及結構設計

根據文昌項目設計要求，LMU總體設計方案由海工公司安裝分公司完成，文昌LMU緩沖組件(垂向彈性體和橫向彈性體)，由衡橡科技股份有限公司負責設計和制造，鋼結構部分，由海工公司特種設備分公司負責建造以及總裝，從而實現文昌LMU整體組件的國產化要求。

2 LMU鋼結構應力應變監測

為保證LMU國產化示范應用順利實施，對LMU結構進行整體壓縮性能試驗和海上測試試驗，對其關鍵鋼結構部位進行了應力應變監測，確保LMU結構的完整性。

在每個測點布置應變花，并使用應變信號采集系統，檢測出每個測點所有應變片的應變值，然后計算出所有測點位置的主應力，使用材料力學第四強度理論對LMU鋼結構強度進行校核[5]。

試驗中使用兩種應變花的布置方案：45°三向應變花、90°雙向應變花，詳見圖2。

圖2 單個測點應變花布置示意圖

根據不同試驗工況的特點，鋼結構的許用應力系數選取有所不同。LMU鋼結構許用應力見表1。

表1 LMU鋼結構許用應力

2.1 LMU整體壓縮性能試驗

選用編號為A3的LMU作為試驗的對象，監測位置主要分為2部分：接收器上緣外側鋼結構、外套筒底部鋼結構。測點布置情況如圖3所示。

1)接收器：每60°布置一個測點，共6個測點，每個測點布置45°三向應變花。

2)外套筒底部：每60°布置一個測點，共6個測點，每個測點布置90°雙向應變花。

圖3 LMU整體壓縮試驗方式

編號A3的LMU垂向設計載荷為1 650 t，考慮放大系數為1.3，即垂向試驗載荷使用2 145 t。試驗過程中，使用壓力試驗機逐步加載，然后卸載，反復進行6次，并且在每次檢測之前將應變計變形平衡清零。LMU最大應力出現在第一次試驗中，其校核結果見表2。

表2 LMU整體壓縮試驗應力監測校核結果

2.2 LMU海上測試試驗

完成LMU整體壓縮試驗后，進行其海上測試試驗。選用導管架外4腿處LMU(A1、B1、A4和B4)作為本次試驗的對象，監測位置為：外套筒上緣外側鋼結構、外套筒底部鋼結構。測點布置情況如下。

1)外套筒上緣：每60°布置一個測點，共24個測點，每個測點布置90°雙向應變花。

2)外套筒底部：每60°布置一個測點，共24個測點，每個測點布置90°雙向應變花。

LMU海上測試試驗的方式如下：將8個LMU組件在陸地整體組裝完成，運輸到導管架安裝現場；參考圖1所示LMU編號，將對應編號的LMU安裝并焊接到文昌導管架對應主腿上方；開始組塊浮托法安裝作業，同步監測上述4個試驗對象在對接整個過程中的外套筒測點應力應變，海上測試方式詳見圖4。

圖4 LMU海上測試試驗方式

統計LMU海上測試試驗所有測點的應力計算結果，并計算出最大等效應力。校核上述試驗對象外套筒測點位置的強度，其結果見表5。

表5 LMU海上測試試驗應力監測校核結果

3 結束語

綜上所述，國內已完全掌握了LMU的設計、制造及試驗技術，具備國產化能力。LMU緩沖彈性件(垂向橡膠和橫向橡膠)性能滿足設計要求，應力應變監測結果顯示，鋼結構應力均小于其許用應力，滿足結構強度設計要求。

該項技術的成功研發和應用，意味著LMU的設計及關鍵彈性復合材料部件制作，不會再受國外專業公司的掣肘。該項技術具有持續推廣應用前景和非常顯著的經濟和社會效益，為開發海上油氣田采用浮托技術安裝奠定了堅實的基礎。

[1]范模，易叢，白雪平，等.大型組塊浮托安裝關鍵技術研究及在我國的應用進展[J].中國海上油氣，2013，25(6)：98-100.

[2]王樹青，陳曉慧，李敏一.海洋平臺浮托安裝分析及其關鍵技術[J]. 中國海洋大學學報，2014，41(718)：189-196.

[3]房小明，郝軍，魏行超.南堡35-2油田中心平臺應用浮托法安裝新工藝實踐[J].中國海上油氣，2006，18(2)：126-129.

[4]劉東玉，郭鋼，徐興平.海洋平臺浮裝就位技術研究[J].中國海洋平臺，2004，19(6)：50-53.

[5]孫訓方，方孝淑，關來泰.材料力學(I)[M].4版.北京:高等教育出版社，2002.