1 背景
随着海洋资源开发不断向深水领域推进,海上采油平台面临的动力学环境日趋严峻。钻井平台是主要用于钻探井的海上结构物。平台上装有钻井、动力、通讯、导航等设备,以及安全救生和人员生活设施,是海上油气勘探开发不可缺少的手段。平台在运营期间不仅要承受风、浪、流等环境荷载带来的低频振动,还需应对各类大型旋转机械设备运行时产生的中高频激振。这种复杂的宽频域振动环境不仅严重影响设备正常运行精度和寿命,还会导致平台结构产生疲劳损伤,带来巨大的安全风险和维护成本。
传统的刚性连接方案虽然结构简单,但无法有效解耦这类宽频振动问题,往往导致振动能量在整个平台结构中传播和放大,造成设备故障率居高不下,维护成本持续攀升。。近年来,随着我国国力的强大与海洋石油开采技术的日趋成熟,不断致力于精尖开采技术研发的同时,又提出“降本增效” 的先进理念。对于钢弹簧阻尼隔振器(AVM)的应用,便是“降本增效”理念实施的又一次尝试,该装置可大大减少设备故障检修率,且有效降低了平台结构钢材质的费用。
在此背景下,基于钢弹簧与粘滞阻尼器的复合隔振系统这一解决方案通过显著降低传递至设备和结构的动态载荷,展现出多方面的长期优势:其一,通过大幅降低设备与关键管系的振动应力,有效延长其服役寿命,减少非计划停机和维护频次;其二,由于隔振系统吸收了主要动态能量,平台上部结构的设计可适度优化,为整体轻量化和材料成本优化提供了新的可能。 国内外实际工程案例表明,该技术已成为提升海上设施可靠性、实现全生命周期降本增效的重要技术路径。
2技术原理与力学特性
AVM钢弹簧阻尼隔振器基于低频支撑衰减高频振动的工作原理,特别适用于机组激励频率超过8Hz且存在风载荷、波浪载荷和偶然载荷的海洋环境。系统采用多组弹簧与阻尼系统的优化组合,通过弹簧弹性形变储存振动能量,同时利用阻尼液分子间运动消耗振动能量,实现振动能量的高效衰减。
根据牛顿第三定律,平台甲板对机组的反作用力可表述为: F″ = F - C·v - K·s 其中:F为机组激振力,C为阻尼系数,K为弹性系数,v为速度,s为位移。该公式清晰地表明,通过弹簧(-K·s)和阻尼(-C·v)的协同作用,可显著降低传递至设备的破坏性反作用力F″。
LIVA-EP运用现代化工具,建立了完整的工程设计验证体系: (1)采用有限元分析进行机械强度评估 (2)运用统计能量分析(SEA)和有限元法(FEM)进行振动声学特性预测 (3)进行系统模态分析以规避共振风险 (4)实施载荷分布计算确保受力均匀性 (5)进行疲劳强度计算评估使用寿命 (6)执行共振频率和衰减计算优化隔振性能 (7)进行固紧螺栓和焊接接头可靠性校核 全过程技术服务保障 我们提供全生命周期技术服务: (1)材料认证与实验室测试 (2)计算分析及现场技术支持 (3)AutoCAD/Inventor工程图纸 (4)实验验证机械特性与长期性能 (5)维护安装手册及培训 (6)焊接许可证和质量认证
3实证案例与效果评估
在某海上平台中压压缩机组的应用中,安装AVM系统的C机组表现出显著优势: 支撑平台及附近甲板振动感明显降低 系统管线和阀门振动幅度减小 紧固件松动情况显著改善 设备故障率明显低于未安装AVM的A、B机组 随运行时间延长,差异化效果愈发突出,证实了该系统在延长设备寿命方面的卓越性能。 维护保养规范 AVM系统采用高可靠性设计,日常维护需关注: (1)定期检查钢弹簧表面喷塑完整性,避免海上盐雾环境导致锈蚀 (2)监测阻尼块密封状态,防止阻尼液泄漏 建议每季度进行一次可视化检查,确保系统长期稳定运行。.
4 结语
AVM 隔振技术已在桥梁建筑、高铁地铁、陆地工厂等领域广泛应用,在海上平台的首次应用尝试效果也较为良好,其科学性、实效性已经过多行业多领域反复验证,属较为成熟的隔振减振技术。装置自身结构简单、稳定性高、维护维保较为方便,对激振力引起振动的衰减效果较为突出;可大幅提高机组运行的稳定性与安全性,减少了已安装设备及其附近设备的故障率,降低了维修设备的频次及时间,缩减了检修人力、物力的成本,提高了设备的使用寿命;降低了海上平台建造使用钢结构的强度要求,扩大了建造平台对钢结构的选取范围;对于新设计建造的海上采油平台,该技术得以被广泛推广应用。