Бариерните стрели за извличане на нефт: изчисление и въздействие на силите, действащи върху тях
Боновите прегради задържане и извличане на нефтопродукти във вода са подложени на въздействието на различни природни сили, включително водни течения, вятър и вълни. Тези сили играят важна роля при избора на конструкцията на стрелата, начина на монтаж и методите на закрепване. Правилното изчисляване на натоварванията, действащи върху стрелата, помага да се предотврати нейното деформиране, повреждане и откъсване от точките на закрепване.
Изчисляване на силите, действащи върху бариерните стрели
Основната сила, която действа върху стрелата, е съпротивлението на водния поток. Следната формула се използва за изчисляване на приблизителната сила (F) в килограми, действаща върху преграда с подводна площ (A) в квадратни метри при скорост на течението (V) в метри в секунда:
F = 100 × A × V²
Пример за изчисление: Разгледайте 100-метрова стрела с подводен борд от 0,6 метра, подложена на течение със скорост 0,25 m/s (0,5 възела):
F = 100 × (0,6 × 100) × (0,25)² ≈ 375 кг
Анализът показва, че удвояването на текущата скорост ще доведе до четирикратно увеличение на натоварването. Това е важен фактор при планирането на инсталирането на стрели във водни зони със силни течения.
Въздействие на вятъра върху бариерната стрела
В допълнение към течението, вятърът оказва значително влияние върху стрелата, особено върху нейната надводна част. Подобна формула може да се използва за оценка на силата на ефекта на вятъра, като се вземе предвид, че еквивалентно налягане се създава при скорост на вятъра 40 пъти по-висока от скоростта на течението.
Пример за изчисление за 100-метрова стрела с 0,5 метра зад борд при скорост на вятъра 7,5 m/s (15 възела):
F = 100 × (0,5 × 100) × (7,5/40)² ≈ 175 кг
Ако вятърът и теченията са в една и съща посока, общото им натоварване върху стрелата ще бъде приблизително 550 kg. Това трябва да се вземе предвид при избора на системи за закотвяне и методи за теглене.
Влияние на вълните върху стрелите
Въздействието на вълните върху стрелите зависи от тяхната амплитуда и дължина. Ако стрелата е достатъчно гъвкава, тя може да следва движението на вълните без значителни натоварвания. При силни вълни обаче това е възможно:
- Остри напрежения от удара на вълните, които могат да доведат до скъсване на стрелата, ако материалите не са достатъчно здрави.
- Деформация на стрелата, водеща до нейното частично потапяне и намаляваща ефективността на локализиране на замърсителите.
- Намаляване на капацитета на задържане на стрелата по време на силно вълнение, особено ако конструкцията не е подходяща за условията на работа.
Практическо приложение на изчисленията
- Ъгъл на поставяне на стрелата спрямо течението, за да се сведе до минимум натоварването.
- Използване на гъвкави конструкции, които могат да се адаптират към действието на вълните.
- Подсилени материали и връзки, за да се предотврати разкъсване при внезапни натоварвания.
- Оптимална система за закрепване, за да се гарантира стабилността на стрелата при трудни условия.
Заключение
Изчисляването на силите, действащи върху стрелите, е важна стъпка при тяхното проектиране и монтаж. Правилният избор на конструкция, при който се отчитат скоростта на течението, ветровите и вълновите натоварвания, може да подобри ефективността на стрелите, да удължи експлоатационния им живот и да сведе до минимум риска от повреда при трудни експлоатационни условия.
