浅水塔架式单点系泊系统低频响应实验研究

浅水中,单点系泊系统可能存在显著的低频运动,低频大幅运动响应会给系泊系统设计带来严重影响,是系泊系统设计的控制因素之一,在水动力性能预报时必须仔细予以考虑。针对HYSY113FPSO单点系泊系统在浅水风浪流条件下的运动性能进行了物理模型试验研究和数值对比,定量分析了低频运动的运动量和产生的原因,所得结论可供今后浅水水域塔架式单点系泊系统设计参考。     

极端海况下深水单点系泊系统FPSO运动响应分析

针对500年一遇的极端海况条件,对15万吨深水单点系泊系统FPSO的运动响应和系泊线受力特性进行了研究,为FPSO后续的基本设计和详细设计提供技术分析依据.基于水动力计算软件AQWA和ORCAFLEX,分别研究了500年一遇海况波浪主控环境条件、风主控环境条件、流主控环境条件对15万吨深水单点系泊FPSO运动响应的影响.计算结果表明:压载状态下运动响应幅值普遍大于满载状态下的运动响应幅值,波浪主控环境条件对FPSO运动响应的影响要明显大于风流主控环境条件,且风浪流成夹角作用时FPSO运动响应更大.     

极浅水单点系泊FPSO低频响应分析

对单点系泊FPSO在极浅水中波浪作用下的低频响应进行频域数值计算与模型试验研究,水深16.7m,入射波有义波高4.1m.计算结果与试验结果符合良好.试验中的波浪校验结果显示,在不规则波浪谱中出现明显的低频成分.由此产生了一阶低频波浪力,其能量谱是通常二阶波浪力谱的近百倍,导致FPSO在极浅水中所受低频波浪力大大增加,并引起极大幅度的共振纵荡运动响应.极浅水时,低频纵荡运动响应主要是一阶的,二阶成分几乎可以忽略,而且与深水相比,由于阻尼和二阶波浪力同时增加,二阶响应变化不大.低频浅水长波和一阶低频波浪力及其诱导大幅运动响应会给极浅水FPSO和系泊系统设计带来严重影响,在水动力性能预报时必须仔细予以考虑.     

FPSO外输系统动力响应及风险分析

采用水动力分析软件AQWA对由软钢臂式单点系泊FPSO和油轮组成的串靠外输系统的动力响应和安全性进行研究。基于多体方法,建立串靠外输系统的有限元模型,计算4种拖轮拉力和24种作业海况下外输系统的连接大缆张力、两浮体相对艏向角及间距的时间历程,并分析波高、流速、风速、风浪流夹角、连接大缆长度等因素对系统动力响应的影响及动力响应特性。此外,还开展了串靠外输系统的风险分析,计算不同海况下连接大缆失效、船体碰撞和过分相对艏向运动的发生概率。研究结果对串靠外输系统的设计和外输作业具有一定的指导意义。     

规范及设计工况对单点系泊系统设计的影响

针对南海单点系泊系统具体案例,考虑不同规范规定的多风浪流组合工况,通过水动力频域计算及系泊系统时域分析,得出不同工况下的系泊力数据,认为在波高周期相同的前提下,基于不同规范的系泊分析结果接近;与以往"采用环境条件的主极值和条件极值进行计算分析"的方法相比,采用方向极值进行单点系泊系统的设计更为科学可靠。     

系泊参数对西非海域FPSO水动力性能影响的研究

应用三维势流理论及非线性时域耦合分析方法,研究了西非海域涌浪和风浪联合作用下,系缆根数、系缆长度和系缆间夹角等系泊参数对多点系泊FPSO水动力性能的影响,结果表明不同系缆根数或系缆长度对系缆动力响应和船体运动响应的低频部分有较大影响,为西非海域多点系泊FPSO系泊方案的设计与研究提供有效参考。     

环境条件对南海FPSO结构设计的挑战

通过研究某一作业于南海的FPSO(浮式生产储油卸油装置),讨论设计环境条件标准的提高对结构设计造成的影响。对于此类单点系泊FPSO,由于结构设计需要考虑不同浪向下的情况,而在风、浪、流的共同作用下,有义波高与FPSO的迎浪角的关系又是变化的,所以需要特别考虑FPSO的风标效应,为此,结合风、浪、流的信息,进行浪向角分析,确定在100a一遇与500a一遇两种情况下波高与迎浪角的关系;通过结合浪向角分析的结果与波浪和作业地点的信息,进行水动力分析,根据所在海域100a一遇与500a一遇的两种不同波浪极值参数,并考虑波浪周期敏感性的影响,对影响结构设计的重要载荷参数,进行了一系列的数值分析与比较;总结了该FPSO总纵强度载荷与局部强度载荷的变化特点,进而讨论了载荷差异对结构构件尺寸造成的影响,为南海FPSO结构设计提供参考依据。     

西非海域环境条件下FPSO运动及载荷响应特性研究

针对在西非海域作业的某多点系泊30万吨FPSO,研究西非海域特定环境条件下的双向风浪及涌浪的联合作用对该FPSO运动及载荷响应的影响。文中基于三维势流理论对FPSO运动响应进行数值分析,并与试验值幅值响应算子(RAO)对比。利用双Ochi-Hubble谱的短期预报,论述FPSO在双方向风浪及涌浪作用下的运动幅值、加速度及载荷响应;论述涌浪方向对运动及载荷响应的影响,并考虑涌浪周期敏感性的影响,对FPSO运动加速度、幅值、波浪弯矩、波浪剪力进行数值分析;总结了FPSO在双方向风浪及涌浪作用下运动及载荷响应根据浪向的变化特点,以及FPSO波浪载荷受风浪和涌浪周期敏感性影响的特点,为西非FPSO后续的结构设计提供参考。     

内转塔式单点系泊系统敏感性研究

本文以我国南海某条FPSO的内转塔式单点系泊系统为例,研究内转塔式单点系泊的不同参数对于FPSO的运动和系泊张力的影响,确定单点系泊系统不同参数的敏感性.本文从系泊系统材料、系泊系统重量以及系泊缆预张力3个方面考虑其对系泊系统受力及FPSO的运动等设计参数进行敏感性分析.通过分析确定了FPSO的运动和单点系泊系统的动力响应对于系泊系统不同参数的敏感程度.     

CALM系泊30万吨级油轮动力响应试验研究

基于物理模型试验,对悬链式单点系泊系统动力响应进行研究,探讨了单点系泊系统在风、浪、流的联合作用下油轮的运动规律和系泊力影响因素。研究结果表明:油轮横摇运动主要做波频运动,风速和波高的增大对船舶系泊力影响显著。油轮载重也对系泊力产生较大影响。     

波浪入射角度和周期对系泊船舶运动影响的数值模拟研究

基于MIKE 21 Mooring Analysis系泊分析软件,模拟研究在不同周期和入射角度的不规则波作用下系泊船舶运动的变化规律。结果表明,系泊船舶运动量随波浪入射角度和波浪周期的变化相互影响。在不同周期波浪作用下的系泊船横移、横摇和升沉运动量均随波浪入射角度的增大而增大,横摇运动的共振效果随着波浪入射角度远离90°方向逐渐减弱,升沉运动量在波浪入射角度靠近90°或0°方向时基本不变。当入射波浪周期较长时,纵移和回转运动量随着波浪入射角度的增大先增大后减小,一般在波浪60°入射时产生峰值。     

Response-based extreme value analysis of moored offshore structures due to wave, wind, and current

Floating moored offshore structures have a significant future in offshore operations as an attractive economic alternative to fixed structures in deep waters and/or in areas where there is no existing infrastructure. This paper describes an analysis procedure based on the structure variable approach to estimate load and response values of a moored offshore platform at a given return period by taking into account the joint occurrence of wave, wind, and current. The results show that the most severe mooring loads may not occur when wind, wave, and current are collinear and are at their maximum design values, i.e., the 50- or 100-year case. It is recommended that the extreme mooring design loads for moored offshore systems should be determined through a range of physical or numerical simulations where wave, wind, and current are noncollinear and act with less severe magnitudes than the 50- or 100-year case. This recommendation has also been adopted in the ITTC/Ocean Engineering Committee recommendations to the ITTC Conference held in September 1996.     

深水半潜式平台运动响应及截面波浪载荷模型实验研究

半潜平台在恶劣的海洋环境中将承受极端的环境载荷,从而导致相应的大幅运动,截面载荷以及系泊力。文章对一艘系泊在南海的典型半潜平台进行了综合试验研究。为了测量中纵剖面上的波浪载荷,半潜平台模型从中纵剖面处被剖开,并用3个六分力传感器进行连接。结果表明,当波浪周期在10 s附近时,中纵剖面处的截面传递函数达到最大值。而低频长波以及差频波浪成分对剖面载荷影响很小。文中还分别针对仅有波浪作用的海况和风、浪、流联合作用的海况,对半潜平台的运动和载荷情况进行了研究,发现风和流对平台波频运动影响较小,而对于低频运动,其影响要大于波浪作用。随着风和流的出现,中纵剖面的剪切力,分离力以及垂向弯矩增幅分别可达127.07%,51.87%和45.77%。与此同时,在风、浪、流的联合作用下,最大锚链力与锚链的破断强度比值达到了62.3%,接近规范中66.6%的限制。     

系泊船舶动力学特性的计算机仿真研究

以三阶操纵运动方程为基础，引入定常的风力、潮流作用力和二阶波浪力，建立了系泊系统三自由度的运动微分方程。在此数学模型的基础上．建立了系泊系统的多自由度的计算机仿真模型。在潮流作用、潮流和风作用以及风浪流联合作用等三种情形下，对系泊船舶的动力学响应分别进行了仿真研究。研究表明，系泊系统的动力学行为具有强烈的非线性特征。对于单点系泊船舶而言，在定常的风浪流作用下．顶风顶浪顶流状态并不一定是最为危险的工况。     

FPSO串靠外输作业水动力耦合响应分析

FPSO与穿梭油轮串靠外输作业时两船体之间的相互作用较为复杂,基于多体水动力学方法对两浮体的运动响应进行分析.应用水动力学软件ANSYS-AQWA建立耦合响应分析模型,计算单点系泊FPSO与穿梭油轮之间的水动力影响.通过时域分析得到不同风浪流组合工况下系泊锚链与浮体之间系泊大缆的张力变化曲线,分析张力及大缆的变化特性,为串靠外输作业提供参考依据.     

系泊系统的时域仿真及其非线性动力学特性分析

应用时域仿真的方法研究了系泊系统的非线性动力学特性。以三阶操纵运动方程为基础,引入定常的风力、潮流作用力和二阶波浪力,建立了系泊系统三自由度的运动微分方程。在此数学模型的基础上,建立了系泊系统的多自由度的计算机仿真模型。在风浪流联合作用的情形下,对一艘单点系泊油轮的动力学行为进行了仿真研究。以潮流速度和系缆程度为分岔控制参数,在参数平面上给出了局部分岔集。研究表明,系泊系统的动力学行为具有强烈的非线性特征。在仿真过程中观察到了吸引子的共存和Hopf分岔。局部分岔集将参数平面分为3个系统动力学行为本质不同的区域。极值系泊力水平与系泊系统的动力学行为有着密切的关系。对于单点系泊船舶而言,顶风顶浪顶流的状态并不一定是最为危险的工况。局部分岔集的确定为系泊系统参数的选择提供了决策依据。