本发明涉及油气开采设备，尤其涉及一种龙骨节点保护装置、龙骨节点组件、顶张紧式立管、采油平台和龙骨节点组件设计方法。
背景技术：
1、近年来，海洋油气随着勘探开发技术的发展，逐渐由浅水走向深水，成为了能源消费结构中重要的增长极。立管作为连接水下生产系统与平台之间的桥梁，常常面临着波、浪、流等诸多环境及平台运动带来的挑战。顶张紧式立管是立管系统中较有代表性的一种类型，配套生产方案在张力腿平台或单柱式（spar）平台上被广泛采纳。现场应用时，顶张紧式立管两端均与刚性结构固定连接，呈竖直绷紧状态，柔性被明显削弱。当平台随波浪起伏、偏移时，穿过平台龙骨的立管可能会因为局部受力骤增而发生破坏现象。尤其是考虑到干树平台及顶张紧式立管结构设计的特殊性，其应力峰值往往会出现在顶张紧式立管与平台主体接触的龙骨接头部分，极易导致顶张紧式立管出现破坏。
技术实现思路
1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种龙骨节点保护装置、龙骨节点组件、顶张紧式立管、采油平台和龙骨节点组件设计方法，旨在解决相关技术中顶张紧式立管与平台主体龙骨接触位置的龙骨接头受力较大，容易出现破坏的问题。
2、本发明提供一种龙骨节点保护装置，包括：
3、安装座，所述安装座用于套设在龙骨节点的平滑过渡段的外侧，所述龙骨节点用于连接在顶张紧式立管的相邻两根生产立管单根之间；
4、多个支座，多个所述支座沿所述安装座的周向分布，且每个所述支座的一端与所述安装座连接，所述支座的另一端沿所述安装座的径向向远离所述安装座的方向延伸；
5、多个弹性体，多个所述弹性体一一对应的设置在多个所述支座远离所述安装座的一端。
6、根据本发明提供的龙骨节点保护装置，所述弹性体由金属板和弹性垫片交替叠加形成，且所述金属板和所述弹性垫片均垂直于所述支座的轴线。
7、根据本发明提供的龙骨节点保护装置，所述弹性体靠近所述支座的一侧以及远离所述支座的一侧均为金属板。
8、根据本发明提供的龙骨节点保护装置，所述金属板的材质为钢板或钛合金板，所述弹性垫片的材质为橡胶。
9、本发明还提供一种龙骨节点组件，包括：
10、龙骨节点，所述龙骨节点由顶端向底端依次包括顶部锥形段、平滑过渡段和底部锥形段，所述顶部锥形段的大端和所述底部锥形段的大端分别与所述平滑过渡段的两端部连接，所述平滑过渡段的外径恒定，所述龙骨节点的内径恒定；
11、如上所述的龙骨节点保护装置，所述龙骨节点保护装置的安装座套设在所述龙骨节点的所述平滑过渡段的外侧。
12、根据本发明提供的龙骨节点组件，所述龙骨节点的材质为钢材或钛合金。
13、根据本发明提供的龙骨节点组件，所述龙骨节点为一体锻造成型，或者所述顶部锥形段与所述平滑过渡段、所述平滑过渡段与所述底部锥形段之间焊接连接。
14、本发明还提供一种顶张紧式立管，包括多根生产立管单根和如上所述的龙骨节点组件，所述龙骨节点组件设置在两根所述生产立管单根之间。
15、本发明还提供一种采油平台，包括平台主体和如上所述的顶张紧式立管，所述顶张紧式立管的顶部通过所述平台主体的龙骨穿设至所述平台主体的上方，且所述顶张紧式立管的龙骨节点的平滑过渡段与所述龙骨位置对应。
16、本发明还提供一种龙骨节点组件设计方法，用于设计如上所述的龙骨节点组件，所述设计方法包括：
17、根据平台主体的运动特征和环境参数预测所述平台主体与顶张紧式立管之间的最大偏移量，基于所述最大偏移量确定两者之间的最大应力，并预设安全系数；
18、基于所述最大应力和所述安全系数，确定弹性体的有效承压面积为，满足，为支座工作期平均压应力限值；
19、预设外部压缩引起的剪切变形为，确定弹性垫片的总厚度为，满足；
20、基于所述弹性垫片的总厚度，确定支座的边长或直径，当所述支座的横截面为矩形时，所述支座的边长满足，当所述支座的横截面为圆形时，所述支座的直径满足；
21、基于所述最大应力、所述安全系数a以及所述弹性体的有效承压面积，确定单片金属板的厚度、位于所述金属板上层的所述弹性垫片的厚度和位于所述金属板下层的所述弹性垫片的厚度，其中，单片所述金属板的厚度，位于所述金属板上层的所述弹性垫片的厚度，位于所述金属板下层的所述弹性垫片的厚度，且；
22、获取顶张紧式立管的生产立管单根的内径和外径、采油平台的龙骨的有效偏移距离，并基于所述生产立管单根的内径和外径确定所述龙骨节点的内径、所述龙骨节点与所述生产立管单根连接处的外径，基于所述采油平台的龙骨的有效偏移距离确定所述龙骨节点平滑过渡段的长度，其中，，，；
23、获取平台主体的龙骨的内径，并预设所述支座的长度为，基于所述平台主体的龙骨的内径、所述弹性垫片的总厚度、单片所述金属板的厚度和所述支座的长度，确定所述龙骨节点的平滑过渡段的外径，所述龙骨节点的平滑过渡段的外径满足；
24、基于所述龙骨节点与所述生产立管单根连接处的外径以及所述龙骨节点的平滑过渡段的外径，确定龙骨节点与生产立管单根的连接处的曲率和所述龙骨节点平滑过渡段的端部的曲率，所述龙骨节点与生产立管单根的连接处的曲率和所述龙骨节点平滑过渡段的端部的曲率满足；
25、校核采油平台随波浪升降、偏移及转动产生最大应力峰值时龙骨节点是否破坏，若所述龙骨节点破坏，则更换设计参数并重复以上步骤，直至所述龙骨节点不再破坏。
26、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
27、本发明提供的龙骨节点保护装置，包括安装座、多个支座和多个弹性体，安装座用于套设在龙骨节点的平滑过渡段的外侧，龙骨节点用于连接在顶张紧式立管的相邻两根生产立管单根之间。多个支座沿安装座的周向分布，且每个支座的一端与安装座连接，支座的另一端沿安装座的径向向远离安装座的方向延伸。多个弹性体一一对应的设置在多个支座远离安装座的一端。当平台主体与顶张紧式立管相对运动碰撞时，弹性体会首先与平台主体的龙骨内壁接触，弹性体会削弱刚性结构之间因相对位移导致的力学传递，从而达到保护龙骨节点不受破坏的目的。
28、进一步地，在本发明提供的龙骨节点组件、顶张紧式立管和采油平台中，由于均设置有如上所述的龙骨节点保护装置，因此具有与如上所述相同的优势。
29、进一步地，在本发明提供的龙骨节点保护组件设计方法中，由于是用于设置如上所述的龙骨节点组件，因此所设计出的龙骨节点组件具有与如上所述相同的优势。
1.一种龙骨节点保护装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的龙骨节点保护装置，其特征在于，所述弹性体（300）由金属板（310）和弹性垫片（320）交替叠加形成，且所述金属板（310）和所述弹性垫片（320）均垂直于所述支座（200）的轴线。
3.根据权利要求2所述的龙骨节点保护装置，其特征在于，所述弹性体（300）靠近所述支座（200）的一侧以及远离所述支座（200）的一侧均为金属板（310）。
4.根据权利要求2所述的龙骨节点保护装置，其特征在于，所述金属板（310）的材质为钢板或钛合金板，所述弹性垫片（320）的材质为橡胶。
5.一种龙骨节点组件，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的龙骨节点组件，其特征在于，所述龙骨节点的材质为钢材或钛合金。
7.根据权利要求5或6所述的龙骨节点组件，其特征在于，所述龙骨节点为一体锻造成型，或者所述顶部锥形段（410）与所述平滑过渡段（420）、所述平滑过渡段（420）与所述底部锥形段（430）之间焊接连接。
8.一种顶张紧式立管，其特征在于，包括多根生产立管单根和如权利要求5~7任一项所述的龙骨节点组件，所述龙骨节点组件设置在两根所述生产立管单根之间。
9.一种采油平台，其特征在于，包括平台主体和如权利要求8所述的顶张紧式立管，所述顶张紧式立管的顶部通过所述平台主体的龙骨穿设至所述平台主体的上方，且所述顶张紧式立管的龙骨节点的平滑过渡段（420）与所述龙骨位置对应。
10.一种龙骨节点组件设计方法，其特征在于，用于设计如权利要求5~7任一项所述的龙骨节点组件，所述设计方法包括：
