Экспериментальные исследования по оценке глобальных ледовых нагрузок в районе ШГКМ

1. Конференция RAO / CIS Offshore 2007 Круглый стол 1: Шельф Баренцева моря Санкт-Петербург, Россия 11–13 сентября 2007 г. RAO / CIS Offshore 2007 Round 1: Barents Offshore Area Saint-Petersburg, Russia September 11–13, 2007 Экспериментальные исследования по оценке глобальных ледовых нагрузок в районе ШГКМ Experimental Studies for Assessment of Global Ice Loads in the Region of Shtokman Gas Condensate Field Ю.П.Гудошников, О.Я.Тимофеев, А.В.Чернов, Н.А. Крупина ГУ «Арктический и антарктический НИИ» Yury Gudoshnikov, Oleg Timofeyev, Alexey Chernov, Nina Krupina Arctic and Antarctic Research Institute

2. Способы расчета глобальных ледовых нагрузокMethods for global ice loads calculations • Теоретические методы (нормативные документы, авторские методики, разработанные ведущими специалистами и пр.)Theoretical methods (normative documents, approaches, developed by leading specialists etc.) • Модельные эксперименты в ледовых бассейнахTests in ice tanks • Натурные экспериментыFull–scale tests

3. Общий подход General approach F– действующая сила – вектор, включающий три силы и три момента /exciting force, vector including three forces and three moments; M – обобщенная матрица масс судна / generalized mass matrix of the ship; A – матрица присоединенных масс / added mass matrix; B – матрица коэффициентов демпфирования / damping coefficient matrix; C – матрица коэффициентов восстанавливающих сил и моментов /restoring forces and moments coefficient matrix; – вектор линейных и угловых перемещений /vector of linear and angular displacements.

4. Схема проведения экспериментаPlan of the test • Определение районов монтажа элементов системыи анализ вибраций корпусных конструкций в выбранных районахDefinition of areas of equipment installation and analysis of the hull structure’s vibration within selected areas • Определение морфометрических и физико-механических параметров выбранного ледяного образованияDefinition of morphometric and physico-mechanical parameter of the ice feature • Взаимодействие судна с ледяным образованием, в процессе которого фиксируются кинематические параметрыInteraction of the ship with the ice feature during which kinematics parameters are fixed • Анализ результатови определение глобальной силы, действующей на судноAnalysis of the results and calculation of global force affecting the ship Разработка методики расчета глобальныхледовых нагрузок на гидротехнические сооруженияDevelopment of the methodology of calculation of global ice loads on structure

5. MOTAN – система, разработанная CHC NRCCMOTAN – System developed by CHC NRCC

6. Компоненты многофункциональной измерительной системыComponents of multi-functional measuring system Датчики / Sensors Инклинометры, акселерометры Angular sensors (inclinometers), accelerometers Тензодатчики Strain gauges

7. Схема размещения измерительного оборудованияScheme of equipment’s arrangement 1 – носовой район установки тензодатчиков (ТД); 2 – район установки ТД для оценки ледового сжатия; 3 – район установки ТД для оценки общей прочности корпуса судна; 4 – кормовой район установки ТД; 5 – носовые инклинометры; 6 – кормовые инклинометры; 7 – место установки регистрирующей аппаратуры и GPS-приемника 1 – bow region of strain gauges (SG) installation; 2 – SG for ice compression estimation; 3 – SG for hull’s overall strength estimation; 4 – stern region of SG installation; 5 – bow inclinometers and accelerometers; 6 – stern inclinometers and accelerometers; 7 – place with registering equipment and GPS-antenna

8. Эксперименты на НЭС «М. Сомов»в 2006–07 гг. Full–scale tests on RV “Mikhail Somov” in 2006–2007 Основные предположения / General assumptions • Глобальная сила приложена в точке пересечения носового перпендикуляра с ватерлинией судна в направлении перпендикулярном линии форштевняGlobal force is applied in the point of crossing bow perpendicular with a waterline of the ship in a direction perpendicular to stem • Дифферент судна вызван только вертикальной силой PzThe trim of the ship is caused by vertical force Pz only • Динамические составляющие взаимодействия не учитываютсяDynamic components of the interaction are not taken into account

9. Решение двумерной задачиSolution of two–dimensional problem где L– длина судна между перпендикулярамим;D – водоизмещение судна, т;H0 – продольная метацентрическая высота, м;  – угол дифферента, рад.; T – осадка судна на мидель-шпангоуте, м; k=12;  – коэффициент общей полноты;  – коэффициент полноты ватерлинии whereL– ship length between perpendiculars, m; D – ship displacement, t;H0 – longitudinal metacentric height, m;  – trim angle, radians; T – midship draft, m; k=12;  – block coefficient;  – waterplane coefficient

10. Пример записи изменения угла дифферента в процессе взаимодействия судна со льдомExample of record of change of a trim angle during interaction of a ship with ice Trim angle (deg.) Time (sec) 950 kN 920 kN 1400 kN 1400 kN

11. Ледокол «Капитан Николаев»Icebreaker “Kapitan Nikolaev” • Буксирная лебедка 590 кН Hauling winch 590 кН • Ледопроходимость:Icebreaking capability: • 2,25 м со скоростью 1 узел;2.25 m with a speed of 1 knot; • 1,7 м со скоростью 2,4 узла.1.7 m with a speed of 2.4 knots. • Водоизмещение:D=17000 тоннDisplacement: D=17000 tons • Мощность: 18300 кВтPower: 18300 kWt • Ложкообразный нос, имитирующий сооружение конической формыSpoon-shaped bow, simulating conical shaped structure

12. Выводы / Conclusions • Разработанаи апробирована методика проведения эксперимента по оценке глобальной ледовой нагрузки; подготовлено необходимое оборудование.The methodology for carrying out of the experiment on global ice loads determination is developed and approved; the necessary equipment is prepared. • Проведение эксперимента позволит уточнить расчетные значения ледовой нагрузки на сооружения, что ведет к повышению безопасностии эффективности эксплуатации сооружений, а также к возможному снижению их строительной стоимости.Carrying out of the experiment will allow to specify design values of ice loads on structures that results in the increase of safetyand effectiveness of their operation, and also in the possible decrease their cost. • Наиболее подходящее для проведения эксперимента судно – ледокол «Капитан Николаев».The most suitable ship for carrying out of the experiment is the icebreaker «Kapitan Nikolaev».