Deniz Ortamında Düşey Asılı Duran Bir Boru Hattının Dinamik Analizi

Abstract

Bu çalışmada, rayserin yatay hareketi incelenmektedir. Rayser; dalgalar, akıntı ve yüzen platform veya tekne hareketi ile zorlanmaktadır. Dördüncü mertebeden kısmi türevli hareket denklemi, Euler kiriş-kolon teorisi gözönüne alınarak, varyasyonel bir yöntem kullanılarak elde edilmiştir. Hidrodinamik kuvvetler, Morison Denklemi nin düzeltilmiş bir şekli kullanılarak değerlendirilmektedir. Lineer dalga teorisi, su parçacığının kinematiğinde kullanılmaktadır. Statik analizde, iki boyutlu harekete maruz borunun yönetici hareket denkleminin çözümü için kısa ve uzun rayserler için iki ayrı formülasyon sunulmaktadır. Kısa rayserler için, rijit ve elastik bileşenleri olan çözüm kullanılmaktadır. Uzun rayserler için, yönetici denklem Bessel diferansiyel denklemine dönüştürülmektedir. Rayserin dinamik cevabı frekans domeninde incelenmiştir. İncelemede kısa rayserler için normal mod çözüm yöntemi kullanılmaktadır. Uzun rayserler için, hareket denklemi Bessel diferansiyel denklemine dönüştürülmektedir. Amerikan Petrol Enstitüsü’nün bülteninden, kısa rayser için API 500-0-1 rayserinin ve uzun rayser için API 1500-0-1 rayserinin verileri çözümde kullanılmıştır. Bu veriler kullanılarak bulunan sonuçlar, Enstitünün test için sunduğu, dokuz bağımsız araştırmacı tarafından elde edilmiş birleşik sonuçların ortalaması ve diğer çalışmanın sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bulunan sonuçların bu sonuçlar ile uyumlu oldukları görülmektedir. Kısa rayser için yapılan parametrik çalışmalarda; rayser boyu, gerdirme kuvveti, rayser dış çapı ve rayser et kalınlığının gerilmeler ve yerdeğiştirme üzerindeki etkileri incelenmiştir. En önemli parametre olarak gerdirme kuvveti bulunmuştur.

In this study, the horizontal motion of a marine riser is investigated. The riser is forced by the waves, current, and the motion of floating platform or a vessel. The fourth order partial differential equation of motion is obtained by a variational approach considering the Euler beam-column theory. The hydrodynamic forces are assessed using a modified form of the Morison equation. Linear wave theory is used in the kinematics of water particle. In the static part of the analysis, two separate formulations are presented for the pipes, considering two dimensional motions: One for short and one for long risers. In the former case, a solution with rigid and elastic components is applied and for the latter one, the equation of motion is transformed into a Bessel differential equation. The dynamic response of the riser is investigated in the frequency domain. Normal mode solution is preferred for short risers and again the equation of motion is transformed into a Bessel differential equation for long risers. From the bulletin of American Petroleum Institute (API), the data of risers API 500-0-1 and API-1500-0-1 are used. The results are compared with both the mean of nine results which were presented for testing by API and the other study in the literature and are seen to be validated with the test results well. In the parametric studies for short risers, the riser length, the axial tension, the riser outer diameter, and the thickness of riser are determined. The axial tension is the most important parameter.