Каждую минуту опоры платформы испытывают сильнейшие удары волн. Если Вы хотите лично убедиться в этом - есть только один способ. Спуститесь вниз на 60 м до уровня море. Если высота волн более 3 м, то лодку будет просто невозможно спустить на воду. Платформу могут отдавать волну высотой 30 м как раз до основания платформы. Эти опоры будут удерживать платформу еще очень долгое время. Они должны быть не только прочными, но и еще упругими для того, чтобы взять на себя всю силу волн. Для их возведения используется специальный бетон.
История создания такого бетона берет свое начало в саду, когда единственным желанием человека было найти идеальное решение для проектирования обычного цветочного горшка. Сегодня бетон является самым рапространенным в мире материалом, созданным руками человека. Он известен с незапамятных времен - еще древние римляне почти 2000 лет назад его использовали. Но бетон, использованный римлянами, не подходит для платформы - он не упругий.
Производство упругого бетона для газовой платформы
Чтобы узнать историю создания упругого бетона, перенесемся от древних римлян во Францию 19 века в Версаль. Один садовник создавал прочные бетонные горшки для посадки деревьев. Но вот тут-то как раз и засада. Дерево растет в высоту и в ширину, а бетон твердый и неподвижный. Поэтому надо было изобрести такой бетон, который мог бы сопротивляться силе растения.
Основа стала состоять из трех частей крупного заполнителя - двух песка и одной цемента. Это предает бетону прочность. Затем это смешивается все с водой. Это только исходный бетон. Он прочен, но только в определенных случаях. Если кто-то захочет раздавить его или положит под пресс, тогда он вполне справится со своей ситуацией. Но если во время того, как он выдерживает давление, направить груз, расположение которого будет в центре, то бетон сможет прогнуть его и подвергнет серьезному натяжению. В таких условиях прочность бетона меньше и он может с легкостью сломаться.
Это как с любым материалом - с одной стороны он может быть очень прочным и удерживать давление, с другой стороны, если Вы пытаетесь согнуть его, то он ломается. Это и есть недостаток обычного бетона. Бетон для строительства платформы должен стоять под постоянными ударами больших волн. Как уже писалось выше, бетон прочный. Но лишь при определенных условиях.
Поэтому и садовники, покупавшие горшки для цветов, негодовали по тому, что они раскалывались как только растение начинало расти. Для этого многие продавцов горшков добавляли различные наполнители, которые могли прогибать и растягивать их. Они решили использовать железо.
Делалось это элементарно: все лишь налить бетон вокруг стальной рамы. Арматура позволяет бетону прогибаться, а бетон защищает арматуру от воздействия стихии.
Для достижения эффекта не нужно использовать много стали. Но учитывая гигантское количество стали в платформе можно с уверенностью сказать, что ее хватило бы на 15 Эйфелевых башен. Вся остальная конструкция построена из относительно дешевого бетона, их которого с легкостью можно было бы построить два футбольных стадиона. Ладе самые огромные волны не страшны платформе.
Водонепроницаемость газовой платформы
Платформа должна быть также водонепроницаемой. Решение этой проблемы тоже было найдено в 19 веке американскими фермерами. Пустотелая газовая платформа должна быть на дне почти 330 м ниже уровня воды. 2/3 конструкции находятся под водой. Упоминание того, что лифт едет до нижней части 9 минут, вполне достаточно.
Лифт спускается вниз внутри опоры и доходит прямо до самого дна.
Когда Вы находитесь на дне одной из платформы, то спускаетесь глубоко вниз.
Потолок, который виден наверху - это не верхняя часть опоры. Он еще дальше. Расстояние до него в 3 раза больше. Когда вы находитесь на уровне морского дна, необразимое давление воды означает, что стены должны быть очень прочными и к тому же водонепроницаемыми. Внешнее давление составляет около 35 кг на квадратный сантиметр у основания платформы на расстоянии примерно 300 м ниже уровня волн. Но даже этот прочный бетон толщиной 2 м при определенных условиях может не выдержать.
Так что вопрос состоит в том, как сделать гигантсткую бетонную конструкцию водонепроницаемой посреди моря.
За решением этой дилеммы обратимся к инженерам, знающим все особенности данной конструкции. Если бы в платформе была бы какая-нибудь маленькая трещина, то она бы молниеносно начала разрушаться. Трещины или швы- это линии непрочности материала. Но как создатели платформы смогут получить слой бетона высотой 300 м без единого шва?
Секрет довольно прост - это строительство без остановки 24 часа в сутки и 7 дней в неделю в дождь или в жару. Как же создаются конструкции по такой технологии?
Посмотрим на любую электростанцию: когда мы поднимемся на воздух высотой 180 м над землей. Это меньше высоты половины платформы. Но для ее строительства используется та же самая технология. Если конструкция состоит из множества различных частей, очень сложно добиться водонепроницаемости в местах соединения.
Инженеры нашли способ как сделать водонепроницаемую конструкцию из единого куска бетона.
Удивительно, но даже самая короткая пауза при строительстве может привезти к возникновению шва, который и приведет к возникновению трещины и появления воды в суперплатформе.
Секрет строительства суперсооружений без установок состоит в том, что бетон при производстве опоры заливают постоянно. Для этого нужна опалубка, которая будет подниматься вверх по мере строительства.
Принцип цикла бетонирования в скользящей опалубке
Бетон наливают, затем гидравлика в самой бетонной структуре поднимает опалубку или задвигает несколько сантиметров и после этого можно снова проводить заливку. Именно опалубка и удерживает наливаемый бетон. Этот процесс называется бетонирование в скользящей опалубке. Гидравлика поднимает опалубку наверх - никакие строительные леса тут не нужны. Это просто влажный раствор, который берут из тачек и непрерывно заливают в опалубку. Он постепенно начинает затвердевать, но он по-прежнему мягкий.
В это время внизу опалубки идет реакция пропаривания бетона - он теплый.
Такое сооружение вырастает в час на 20 см. Для строительства трубы длиной 188 метров понадобится 1,5 месяца. Бетонирование в скользящей опалубке - это самый быстрый способ возведения гигантских бетонных конструкций. Но даже при использования сверх быстрого способа на строительство огромных платформ опоры уйдет почти год.
Бесшовный бетон поможет платформе сдерживать почти разрушающуюся силу морских глубин. Но платформа все же зависит от тех невидимых глазу рисков, которые кроются в самой ее структуре.
Газовая платформа была построена для того, чтобы выдерживать огромную нагрузку, создаваемую морскими 30 м волнами и штормовыми ветрами. Но есть еще одна нагрузка, сила которой может быть не менее разрушительна. Что-то совсем совершенно элементарное словно музыкальная нота может привезти к неминуемой катастрофе.
Представим, что мы находимся на бетонном подвесном мосту на котором вдруг произошло обрушение. Если исходить из такого проекта, то подвесной мост, наверное, должен был быть подвесной конструкцией. Инженеры должны при его сооружении использовать массивные стальные канаты толщиной 43 см для удержания бетонной трассы. Представим, что центральный пролет моста должке быть 800 м. У такого моста неминуемо будет своя особенность - даже от умеренного ветра он будет раскачиваться вверх или вниз. Даже от умеренного ветра он начнет раскачиваться вверх или вниз. Со временем его прочная сталь и бетон начнут испытывать и крутильные колебания подобно резине. Когда сгибные колебания достигнут 8,5 м, в течение часа мост просто рано или поздно рухнет. Такое разрушение станет феноменом под названием резонанс.
Резонанс в проектировании газовой платформы
Инженеры, проектирующие строительство платформы, должны предвидеть эту опасность. Если неправильно рассчитать типы нагрузок, то даже сверх прочный бетон развалится на части. А учитывая, что любая газовая платформа находится в штормовом Северном море, даже самя прочная газовая платформа уязвима перед таким видом нагрузки, как волны.
За 70 лет газовая платформа испытывает удары 180 млн волн. Но не высота и сила волн приводят к катастрофе, а периодичность.
Представьте, что газовая платформа - это своего рода музыкальный инструмент, делающий его особо уязвимым к таким повторяющимся нагрузкам, как удары волн. Итак, выясним скрытые риски газовой платформы. У всех физических тел есть особая нота, которая не резонирует, так что они не звенят.
Лучше всего это видно и слышно при ударе об бокал. Если ударить по нему, то вибрация стекла заставит вибрировать воздух. Из-за этого мы и слышим звон. У платформы тоже есть своя нота - это частота, которая резонирует. Ученые рассчитывают эту частоту, посчитав число колебаний в секунду. Для обычного стекла число вибраций составляет около 500 в секунду и эта частота критическая. Так что этот звон очень важен, так как это постоянная нота. Это физическое свойство реального объекта. Если мы повернем процесс, при котором мы слышим звон, в обратную сторону, то вместо того, чтобы конструкция вибрировала, вибрация направится в воздух. Получится унисон.
То есть если на гитаре сыграть ноту, которая точно соответствует звону стекла, бокал начнет резонировать. Это означает, что если Вы точно воспроизведете ту же самую ноту, которое создает стекло, то Вы можете заставить вибрировать его в унисон, даже не дотрагиваясь до него. Это и называется резонанс. Возможно, что бокал будет вибрировать так сильно, что он разобьется. Это совсем просто: у него есть своя нота, она обозначает частоту, которую должен вибрировать. Повторимся: если мы обратим процесс в обратную сторону, то и вибрацию мы направим в обратную сторону, чтобы произошел унисон. Какое все это отношение имеет к платформе?
Постоянная вибрация при резонансе может оказаться критической даже при гигантской конструкции как газовая платформа. Резонанс представляет огромную серьезную угрозу для такого сооружения как газовая платформа. Ее опора длиной 300 м подобны струнам гигантской гитары. Определенная же последовательность ударов волн по всей их длине сможет заставить их вибрировать, и подобно бокалу, если они будут резонировать слишком сильно, то на критической частоте они просто развалятся.
Проектировщики газовой платформы подходят к этой проблеме очень серьезно. Проблемой являются не самые высокие волны, сложность в том, что волны определенной высоты, двигающиеся с определенным направлением с определенной частотой, оказывают на платформу воздействие, которое приводит ее к неминуемому разрушению.
Это как качели: при правильной периодичности, силе и частоте можно заставить ее качаться и вибрировать. Причина не в огромных волнах, а периодичности интервала частоты. В самом крайнем случае вся конструкция может просто рухнуть. Тогда гигантская платформа стоимостью 16 млрд долларов рухнет на дно моря. Инженеры осознали это и поэтому потребовали у проектировщик платформы предотвратить резонанс конструкции на критической частоте, вызванной периодическими ударами волн. Как же вывести частоту резонанса из опасной зоны?
Принцип смены частоты очень прост: если Вы играете какую-либо ноту на гитаре, то просто меняйте длину струны, которая вибрирует. При этом она меняет ноту, на которую она резонирует и вместо того, чтобы услышать низкий звук, мы слышим высокий. То же самое можно проделать со стеклом: просто смочите его и звук будет иным.
Создатели газовой платформы используют тот же самый принцип. Они перенастраивают платформу, меняя длину ее опор, которая вибрирует. В этом случае данную роль играет огромная бетонная плита. На середине длины опоры они устанавливают специальные стяжки для увеличения жесткости конструкции. Это как зажать струну на гитаре поближе к грифу, чтобы получить более высокую ноту. Теперь опора платформы вибрирует с большей частотой. Волны не могут ударяться об опору с высокой периодичностью, которая бы и вызвала критический резонанс. Обвесив платформу противорезонансными стяжками, инженеры приступили к решению следующей задачи.
Фиксирование газовой платформы на дне моря
Для фиксирования платформы на дне моря именно пневматический нагнетатель, изобретенный около 350 лет назад, поможет в этом.
Передвижная газовая платформа - одно из самых высоких мест на планете. Ее высота превышает 450 м. Инженеры возвели ее на расстоянии 300 км от месторождения газа, где она находится сегодня. Саму платформу и опору они строили по отдельности. Чтобы соединить их, они наполнили полые 300 м опоры водой и почти погрузили их в воду. Это был самый опасный момент за весь период существования платформы. Опоры выдерживали неимоверное давление воды - 380 т на один квадратный метр. На море платформу подвесили над опорами, оставив лишь расстояние в 1м. Инженеры медленно откачивают воду из опор, поднимая их сантиметром за сантиметром. После этого конструкция весом 650 000 тонн полностью готова. Теперь предстоит поднять всю платформу, чтобы преодолеть рифы. Понадобиться несколько буксиров, чтобы оттащить платформу наполовину. Это самый огромный предмет, который когда-либо передвигался по поверхности нашей Земли. Наполненная водой как балластом платформа весит более 3 млн т. Но и этого недостаточно для ее фиксации на дне моря.
Именно здесь и пригодился пневматический нагнетатель, изобретенный около 350 млн лет назад.
В 1654 году один немецкий изобретатель хвастался своим новым пневматическим насосом, который демонстрировал невероятную мощь пустоты. Это обычные 2 полусферы, сделанные из твердой стали. Она выглядит как кастрюлька - основа та же. В ней создается вакуум и тем самым и создается пневматический насос. Для того, чтобы продемонстрировать данное изобретение, достаточно лишь выкачать воздух из сферы. Для этого нужен вакуумный насос. Там внутри становится воздуха намного меньше, чем снаружи. Сила вакуума и держит платформу, словно приклеенную к морскому дну без чего-либо.
Мои исследования показали, что инженеры 21 века используют принцип полусфер, чтобы удержать платформу на морском дне.
Для этого в нижней части опор укрепляются отсасывающие сваи. Они словно вытянутая перевернутая чашка, покрытая с этой стороны, а вверху закупоренная. В верхней части сваи воздух сужается и поэтому она держится только на подушке из сжатого воздуха. После этого, если мы раскупорим сосуд сверху, то он полностью опуститься на морское дно, а нижняя часть пустого дна не станет затягивать в себя воду. Если мы снова закроем кран наверху сосуда, то он снова будет плотно стоять, как бы на него не действовал закон Архимеда и сила тяжести. Сосуд прочен как скала со всех сторон и полностью стабилен. Сосуд стал частью дна, который просто невозможно вытащить. Это и есть основной принцип работы.
На газовой же платформе установлено 19 отсасывающих свай высотой более 35 м, которые полностью утоплены в поверхность дна. Ни 30 м волны, ни ураганы не смогут сдвинуть платформу с места.
Наконец остается выяснить: для чего собственно и была спроектирована газовая платформа.
Газ, который идет по трубам до поверхности, добывается из недр земли. Но как его получаем мы. Когда 10 лет назад началось бурение дна в Северном море с газовой платформы, были вскрыты залежи газа и газ сам вытекал под давлением. Газ появлялся по поверхности и длиной 75 км направлялся на материк. Но спустя 10 лет давление газа упало.
Представьте себе, что обычная бутылка с газированной водой - это месторождение газа. Теперь понятно, что если проделать в ней отверстие, то содержимое будет находиться под большим давлением. С помощью этого мы может направить давление вверх. Сначала в течение некоторого времени газ выходит сам, но через какое-то время давление неизбежно падает и доходит до момента, когда давление внутри обложки такое же как и снаружи. После этого ничего больше не выходит, задача становится сложнее. Для решения этой проблемы нам необходимо высосать газ. Это очень сложный процесс, требующий много времени и средств. Для этого решения используется турбонагнетатель.
Принцип работы турбонагнетателя
Турбонагнетатель - это вентилятор, маленький компрессор, мотор которого работает на воздухе и бензине и производит вспышку. После добавления мотора в компрессор, мы можем нагнетать больше воздуха и количество вспышек от этого возрастает. Этот хитрый маленький вентилятор может нагнать столько воздуха в мотор, что увеличит мощность автомобиля практически вдвое. Если мотор использует воздух, то нужно нагнетать больше воздуха, то увеличится и мощность.
Как мотор с увеличенной мощностью можно использовать на платформе для увеличения добычи газа. Важно помнить о вентиляторах: если они нагнетают воздух, то они и всасывают его. С одной стороны вы чувствуете свежий ветерок, а с другой стороны образуется пространство под давлением, всасывающее воздух. Вентиляторы газовой платформы высасывают газ из недр земли через трубы. Это огромные артерии с мощным сердцем-турбинами. Но у всех вентиляторов есть свой предел мощности, поэтому вентилятор должен гнать газ по всем пути.
Какова же его мощность на самом деле. Каждую секунду вентиляторы на платформе заставляют двигаться более тонны газа для того, чтобы доставить его в континентальную Европу, где его ждут более 80 млн потребителей.
20 лет назад никто не строил газовых платформ подобного масштаба. Эта платформа - немыслимое чудо современной инженерии. В ее основе лежат удивительные параллели. Цветочный горшок смог сделать ее упругой, элеватор подарил ей свою водонепроницаемость, а вакуумный насос смог прикрепить ее ко дну моря.
