[其他]一种诸如在石油钻井和生产平台中框式桁架结构管状节的制造方法

说明书

本发明涉及一种由钢管制成的腿和撑柱互相连接在一起的框或桁架结构用的管形节结构的新的解法方法，这种结构用于大宽度的固定或移动平台的海上石油钻井和生产活动中。

于这种类型的桁架的结构通常是将撑柱直接焊接在腿上而组成管形节，也就是腿与撑柱之间的连结。这种节可以由一根撑柱和一条腿所组成，也可以由许多撑柱和腿在一个面上或几个面上连接而成。虽然从结构的观点来看直接将撑柱焊接在腿上是一种简单的解决方法，但是应该指出这种解决方法会带来一系列严重问题和损害。首先需要小心的以及高代价的对焊接连接的表面进行预处理和互相配合，如果撑柱成倾斜角度连接就更为麻烦。通常被连接的管壁厚是不同的，这使焊接更为复杂。继之而来的是焊接质量的控制，例如因为受可达性的限制，用超声波或X光检查这种焊接也很复杂。经验已经表明，因为上述的原因而经常不能保证焊接工作的质量。这些问题在成角度的和多撑柱节连接的情况下变得更为严重和突出。

为了增强节的刚性和强度经常需要局部地增加节处的腿壁和撑柱壁的厚度，这一措施更进一步地造成焊接的困难，也使平台的重量增加和成本提高。

从结构强度的角度来分析，现常用的解决方法还不够理想。这种撑柱/腿结点在几何学上代表了不连续点，该处会在材料内产生上升到很高的应力峰，也会造成应力集中。传统解决方法的事实是焊接连接处正好是那些应力高度集中处，这就必然进一步严重损害节的强度和安全性。因为环境波浪是可动负荷力性质，近来通常的节趾部焊缝处高度的应力集中而使疲劳强度问题尤为严重，会导致焊缝处早期碎裂和该处碎裂的再发展而使连接频繁失效。

过去的年份里平台钻架结构的严重损坏，尤其是在像北海那样恶劣环境里。已经证实像海上平台这样的设计，都必须充分考虑静力和疲劳强度的结构，并且要备有足够的安全系数。这首先是指节和节之间构件必须具有足够的强度，也指这种结构有足够低的失败概率，关于下面失败的形式：

1.节的静强度。即稳定性经受超负载而不产生过度的永久变形，坍塌，或甚至摩擦剪切断裂。

2.节之间的杆件的弯曲/屈服。

3.由于疲劳而产生裂缝和裂缝的延伸。

为了在这类框式的工作结构的腿和撑柱之间创造一种强度更高和更耐久的连接，必需避免在管形接合处焊接，因为该处有很高的集中应力产生，而应代之以一种在预制的整体节内组成撑柱支脚这样就能作为结构的一部份而同腿和撑杆直接地焊接在一起。这种解决方法无论怎样看至今还未被平台钻架工业所采用，更没有在实际中试用。主要的原因是铸造的或模锻的连接总是存在着不可避免的模锻缺陷危险，诸如内部气孔和裂缝，而这类可能存在的缺陷用已知的控制设备不可能100%绝对保证检查出来。进一步地说这类形状的铸件的铸造费用很贵化费时间很多，而且这种铸造通常必需远离制造钻架位置的工厂里进行。

为了对平台钻架结构的工作框架提供改进的节，还提出过一些相似的解决法。例如专利号为：140949，142454和145731挪威专利说明书所提到的另一些解决方法。这些专利公开了不同型式节的实例具有相对小的直径以及产品的整体部份是用模锻或铸钢制造的，在某些情况下用焊接筋板来加强，等等。这种节的体部份被预制成需要形状的短管，然后焊接到框架工作结构的撑杆上去。对这种解决方法的进一步补充是在节和大直径的管形撑杆之间使用了一种特制的锥形过渡连接管零件，这样节就能在规定的小的总体尺寸里制造。从静态设计的观点来看小尺寸的节是理想的，可以假定为一种可行的解决方法，但是从结构的观点来看，一方面因为用了所谓的无向性材料即各方向的强度特性相同的材料（相反轧制的板材通常在横向强度弱），一方面因尺寸小而导致弯矩惯量减小，因而降低了弯曲强度。

不管在设计和在静强度方面表现出怎样好的优点，这种固体节的解决方法还未被大型钻井平台结构的连接所采用。其一个原因是这种节的成本过高以及制造费时，经常制造的场所远离井架建造处。另一重要的实际障碍是用了这种节使腿不能用来作柱的引下线或用来作钻机设备、生产设备的通道等。

另一个进一步的关于节的解决方法建议提供一个环形的圈围绕在腿的周围，在环上设计有一个或数个用来连接撑杆到框架工作上去的过渡连接管零件。关于这种解决方法的具体实例是在节上用一特殊的环和过渡连接管零件来连接各分开的撑杆。这种环解决方法在许多方面比上述的固体节群方法更有吸引力，但是这种解决方法对大尺寸的节和伸展出去尺寸的节其本身会造成应力集中的问题以及麻烦的互相选择配合的问题，尤其是对环的过渡接管零件。