Из-за санкционных мер, направленных на ослабление нефтегазовой отрасли РФ, разведка углеводородных месторождений связана с рядом трудностей. Одной из них является закрытие доступа российским компаниям на вторичный рынок геологоразведывательного оборудования, в том числе на рынок научно-исследовательских судов (НИС). Существующий флот НИС либо устарел, либо не в полной мере отвечает современным требованиям к технологическим процессам разведки месторождений, ввиду чего основным способом увеличения технологической оснащенности флота является модернизация имеющихся судов. Специалистами АО «ЦИФРА» был выполнен подобный проект модернизации, заключавшийся в проектировании кормового спускоподъемного устройства (СПУ), обеспечивающего безопасный спуск в воду элементов разведывательного оборудования.

Исходные данные и нормативная база

Исходными данными, помимо конструкции палубы НИС в районе размещения СПУ и грузовой лебедки, являлся прототип СПУ с габаритами, обеспечивающими заданное расстояние от кромки транца до точки подвеса груза в рабочем состоянии, а также вес груза.

Перед коллективом АО «ЦИФРА» были поставленные следующие задачи:

• уменьшение массы СПУ при сохранении габаритов и формы прототипа и обеспечении прочности при заданных условиях нагружения;
• оценка прочности палубы в районе установки СПУ и грузовой лебедки;
• разработка проекта подкреплений палубы в случае необходимости;
• проработка иного конструктивного исполнения СПУ при сохранении габаритов.

На первом этапе в вычислительном пакете Ansys Mechanical был выполнен расчет прочности СПУ, для которого была создана геометрическая модель с варьируемым параметром t – толщина листов несущих элементов (прототип СПУ был выполнен из стального коробчатого профиля толщиной 20 мм, масса прототипа – 13,8 т). Прочность СПУ оценивалась в соответствии с Правилами по грузоподъемным устройствам Российского морского регистра судоходства (далее – Правила РС):

где - предел текучести материала, МПа,

– максимальные нормальные и касательные напряжения соответственно, МПа, 0,42 – коэффициент запаса прочности для грузовых устройств грузоподъемностью до 10 т.

Результаты расчетов

Была решена задача определения минимальной толщины коробчатого профиля силовых элементов рамы СПУ (исключая узел крепления к палубе) из условия обеспечения прочности, регламентированной Правилами РС.  Были рассмотрены два положения СПУ – под углом 30 и 45 к палубе судна. Наименьшая толщина профиля, при которой действующие приведенные напряжения не превосходят допускаемого Правилами РС значения, – 6 мм. Результат расчета исходной и облегченной конструкции представлен в таблице 1.

Таблица 1. Результаты оптимизационного расчета

Как видно из данной таблицы, в результате оптимизации конструкции силовых элементов СПУ удалось уменьшить её массу на 47% при обеспечении требуемого Правилами РС запаса прочности. 

Приведенные напряжения при угле наклона 30°

Приведенные напряжения при угле наклона 45°

Проверка местной прочности палубы в районе установки СПУ и грузовой лебедки показала, что существующая конструкции палубы выдерживает расчетные нагрузки с достаточным запасом, ввиду чего дополнительные подкрепления не потребовались.

Действующие напряжения в палубе

В результате выполненных расчетов была предложена облегченная конструкция СПУ, отвечающая требованиям Заказчика, и разработан комплект рабоче-конструкторской документации для её изготовления и монтажа в соответствии с требованиями Российского морского регистра судоходства.