Dynamisk analyse av container for gassturbiner

Abstract

I offshorenæringen er det behov for varme, strøm og trykk. Derfor er det plassert ut ulike gassturbiner. En gassturbin er en gassdrevet maskin som gjennom en forbrenningsprosess, omdanner kjemisk bundet energi til mekanisk energi, og som i neste instans via en generator produserer elektrisk energi eller strøm. Omgivelsene rundt gassturbiner blir påvirket av høye temperaturer, og derfor er det viktig med en fleksibel konstruksjon rundt gassturbinen. På grunn av varierende termiske tøyninger blir konstruksjonen utsatt for utmatting. Dermed kreves det et kontinuerlig vedlikeholdsprogram med utskifting av mekaniske deler. Et strengt vedlikeholdsprogram er tildelt hver enkelt turbin, og vedlikeholdet må gjøres på land. Denne operasjonen krever derfor transport av gassturbinene. Det er geometriske forskjeller på turbinene, og derfor er transportrammene som benyttes av ulike dimensjoner. Det er også behov for transportrammer ved nyinstallering av turbiner. Mjørud er et veletablert firma som utfører ingeniørtjenester og installerer sine patenterte produkter til olje- og gassnæringen. Alle produkter som leveres, er dimensjonert for å tilfredsstille nødvendige krav som stilles fra kundene. Produkter som ferdigstilles, vil ha et behov for bestandighet mot en ulykkessituasjon. En ulykkessituasjon i dette tilfellet vil kunne være fall mot et underlag. Konstruksjonen vil da måtte ta opp belastninger i form av spenninger og tøyninger som følge av at konstruksjonen må ta opp energi fra fallet. Det er derfor viktig at konstruksjonen er designet på best mulig måte for å begrense skadene som kan skje. Den må blant annet konstrueres på en måte som gjør at den kan ta opp mest mulig energi uten at vitale deler blir ødelagt. Det stilles en rekke krav fra DNV i forhold til ulykkessituasjoner, blant annet må det foretas en falltest. Denne blir utført for å få en overordnet oversikt på hva som skjer i konstruksjonen. Konstruksjonen som da benyttes er av samme vekt og egenskaper. Den viktigste og mest kritiske målingen er akselerasjoner i selve gassturbinen, da denne har en øvre akselerasjonsgrense den kan håndtere. Det er derfor plassert elastiske opplagere mellom containeren og selve bærerammen til turbinen for å kunne redusere akselerasjoner og krefter. Fallsituasjonene testes ofte ut på forskjellige måter med ulike vinkler i forhold til underlaget den treffer. Oppgaven omhandler vurderinger av containeren med hensyn på spenninger, tøyninger og akselerasjoner. Containeren skal ikke bare fungere til transport, men også som en beskyttelse ved eventuelle fall. I denne oppgaven skal det utføres numeriske beregninger ved hjelp av elementanalyser i ANSYS, og en analytisk vurdering vil bli utført for sammenlikning. Til slutt skal containeren også vurderes i henhold til DNV sitt regelverk.

Offshore platforms require heat, power and pressure in order to be fully operational units. Gas turbines placed on topside deck are connected to generators which produce electric energy or electricity. The surroundings to the turbines will be subject to high temperatures during operation. Start and stop of turbines causes varying thermal stress and strains, which in next instance may give fatigue problems to adjacent structures. Maintenance of turbines requires transport of the whole systems onshore. Specially designed temporary transportation frames are required for each turbine system. Transportation frames are also needed for new installation of turbines. Mjørud is a well established company that performs engineering services and provides installation of patented products to the oil and gas industry. All products are designed to satisfy the client's and regular requirements. The products are also designed to survive specific accidents, for example a drop situation. Thus, it is important that the structure is designed to absorb the energy in non-critical parts and limit the damage generally to the turbine or other equipment. A support frame with the relevant equipment shall be subject to a drop test to conform to DNV requirements. The test is performed to get a general overview of what is happening to the support structure and the equipment. The structure that is used is of the same weight and characteristics as the actual support frame. The most important objective is to check the acceleration in the cog for the equipment supported on the frame, as there is an upper acceptable limit of acceleration. It is therefore placed elastic pads on the support frame for the equipment/turbine in order to reduce the accelerations and forces. Tests often checks out various fall situations with different angles relative to the surface it hits. This thesis contains evaluation of the transportation frame with respect to stresses, strains and accelerations. The container should work not only for transportation, but also as a mean for protection against a possible fall situation. The thesis shall include numerical calculations using the finite element method in ANSYS, and also an analytical assessment will be conducted for comparison. The container should also be evaluated according to DNV's rules for lifting.