Modeling and optimization of fiber reinforced pressure chamber for subsea applications

Since today's petrochemical industry is able to explore the seabed at the level of 3000 m, there is also a need to provide reliable, but cost effective enclosures for the respective technical equipment. This paper gives in-depth analysis of the design aspects for fiber reinforced pressure chambers, which are installed in the subsea environment. A chamber structure consisting of a metal liner and fiber reinforced composite is considered. Two theoretical models: for a generalized orthotropic material and for a laminated composite are recalled and used in the analytical study of the vessel. Finally, a structure optimization procedure is introduced and a verification example is provided.

---

Dzisiejszy przemysł wydobycia ropy i gazu eksploruje dno morskie, sięgając trzykilometrowych głębin. Wysokie ciśnienie hydrostatyczne panujące na tym poziomie stawia znaczne wymagania wytrzymałościowe wobec zbiorników instalacji wydobywczej. W artykule przedstawiono zagadnienia związane z projektowaniem i optymalizacją zbiorników stalowych wzmocnionych kompozytem włóknistym. Przywołano teorię materiału ortotropowego oraz model laminatu kompozytowego, podano także analityczną metodę wymiarowania zbiornika wielowarstwowego. Zaprezentowano również metodę optymalizacji konstrukcji, która pozwoliła uzyskać znaczną sztywność zbiornika ciśnieniowego przy zachowaniu jego małej masy.