FPSO改造项目的轻型化直升机甲板设计

梁 晶，梁姝婷，万 莉，李甲旺，魏亚菲

(天津修船技术研究所，天津 300456)

FPSO改造项目的轻型化直升机甲板设计

梁 晶，梁姝婷，万 莉，李甲旺，魏亚菲

(天津修船技术研究所，天津 300456)

以30万t深水浮式生产储油船(FPSO)的改造为依托项目，对FPSO生活模块系统的直升机甲板轻型化设计。文章根据FPSO改造需求，采用铝质材料代替传统的钢制材料，以S-76A++型号的直升机为例，按规范设计了铝制轻型化直升机甲板，并建立有限元模型，对不同着落位置、梁格跨度和螺栓布置进行强度分析，在满足单次起飞要求及甲板轻型化要求情况下，确定最终甲板结构形式。

FPSO；直升机甲板；铝质；轻型化

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

在海洋油气资源开采设备中，浮式生产储油系统(FPSO)占据重要位置，它具有较强抗风浪能力，同时可重复使用、风险小、经济效益好，是边际油田和中、深海油田开采中的研究热点[1]。直升机平台作为FPSO的附属结构，是直升机可安全降落和起飞的场所。

随着海洋科技的不断发展，对直升机甲板结构和人工成本的要求逐渐加强，甲板的轻型化成为当前的研究趋势。把FPSO生活模块系统的直升机甲板进行轻型产业化，采用铝质直升机平台结构。铝制直升机甲板具有质量轻、抗腐蚀和在车间建造现场组装诸多优点[2]。

本文依托30万t深水FPSO生活模块系统研发及产业化项目，结合FPSO使用期间停放直升机的数量和型号，确定直升机甲板的尺寸之后，便要考虑直升机甲板的重量与结构。本文选取S-76A++直升机为例，通过对不同着落位置、梁格跨度和螺栓连接形式下直升机甲板的强度校核，在保证强度的情况下尽量减低成本。FPSO生活模块系统模型图如图1所示。

图1 FPSO生活模块系统模型图

1 设计参数

1.1直升机参数

以S-76A++直升机为例，参数见表1。

表1 直升机起落架参数

1.2材料参数

直升机甲板材质采用铝合金6082-T6，其参数详情见表2。

表2 铝合金材料参数

1.3设计工况

按《海上移动平台入级规范》[3]选取碰撞工况和存放工况进行计算，具体载荷组合情况见表3。

表3 设计工况

经过计算分析，2个后轮受力没有交集，各轮受力不受其他轮的干扰影响。对于碰撞工况，可认为载荷均布在2个后轮，故只针对1个轮进行计算。对于存放工况，可认为载荷作用在3个轮上，按照质量配比计算分析，前轮对甲板载荷最大。

2 有限元模型建立

运用有限元软件来建立直升机甲板面的局部有限元模型，如图2。

直升机甲板采用卡子螺栓固定在支撑结构的工字梁上，载荷按设计工况予以施加。

图2 甲板面有限元模型

3 静力计算分析

3.1不同着落位置影响

结构构件的设计应按其受力最不利的直升机着地位置考虑，轮印着落位置分为图3的3种情况。

图3 轮印着落位置

梁格跨度2 m，螺栓交叉约束，经静力计算后，碰撞工况下3种着落位置最大应力见图4、图5、图6。

图4 碰撞工况着落1应力图

图5 碰撞工况着落2应力图

图6 碰撞工况着落3应力图

碰撞工况下，着落1最大应力为172.457 MPa；着落2为178.916 MPa；着落3为116.845 MPa。结果表明，碰撞工况3种情况满足强度要求。

图7 存放工况着落2应力图

对存放工况，只选取着落2进行计算，最大应力图见图7。结果表明，存放工况满足强度要求。

3.2不同梁格跨度的影响

根据3种型号的直升机前后轮和后轮间距初步判断，梁格跨度可取：1 m、2 m、3 m。经计算着落2结果，图8为螺栓交叉时3种不同梁格跨度应力变化曲线图。

图8 不同梁格跨度应力曲线

3.3不同螺栓位置的影响

3种形式约束的螺栓分布为满螺栓、交叉螺栓、间隔螺栓3种，如图9所示。

图9 螺栓分布图

梁格跨度取2 m，经计算，图10为3个着落位置不同螺栓布置的应力变化曲线图。

图10 不同螺栓分布应力变化曲线

4 结束语

本文主要研究内容是针对FPSO改造项目，按规范设计了铝制轻型化直升机甲板，并建立有限元模型，对不同着落位置、梁格跨度和螺栓布置进行分析，在满足结构强度要求情况下，结果表明：3种着落位置，着落2相对较危险，随后计算都以着落2为例；同种着落位置和螺栓约束，跨度越大，应力呈逐步增加趋势；同种着落位置和梁格跨度，螺栓约束越多，应力呈减小趋势，交叉螺栓与满螺栓形式应力相差不大。

考虑到各类型直升机的轮间距，直升机甲板结构采用梯形截面，梁格跨度定为2 m，螺栓交叉约束。

面对如何更大幅度利用可持续发展海洋能源的挑战，海工设备的研发与创新就尤为重要。生活楼模块生产专业化，轻型化直升机甲板结构重量减轻、易于安装操作，对实现FPSO关键系统国产化设计、制造具有战略性意义。

[1] 袁中立，李春. FPSO的现状与关键技术[J].石油工程建设,2015,31(6): 24-29.

[2] 张坛龙，高学静，王寿军. 半潜式起重平台的直升机平台结构设计及强度分析[J].船舶,2013,24(3): 48-49.

[3] 中国船级社.海上移动平台入级规范[M].北京：人民交通出版社，2012.

梁 晶(1981-)，女，辽宁锦州人，工程师，大学本科，主要从事船舶与海洋工程技术工作。

P75

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.05.015

2017-03-10