海洋工程拖曳埋置锚结构强度与试验方法研究

针对拖曳埋置锚在海洋工程锚泊定位系统中结构强度的设计难点,以及缺少明确的试验方法问题,以某型拖曳埋置锚为研究对象,建立了简化的拖曳埋置锚结构强度分析模型,验证了不同工况下拖曳埋置锚的结构强度计算要点,总结了拖曳埋置锚设计要点与试验方法.结果表明:海洋工程拖曳埋置锚应计算关键剖面的结构强度,并通过试验验证其强度,试验验证负荷可取50％系泊链破断负荷,约束点取距锚爪尖端20％ ～30％的锚爪长度.     

半潜型浮式风机运动特征及系泊系统的研究

近年来海上浮式风机的研究备受关注,安全可靠的系泊系统将保证风机在风、浪、流等复杂环境荷载作用下稳定运行,准确合理地描述风机运动将为评估风机发电效率提供支持。以半潜型浮式风机的系泊系统为研究对象,基于经典悬链线理论,采用准静态分析法提出一套系泊系统的设计方法。通过坐标变换,得到风轮真实的俯仰运动用于计算风机的动力效应及评定其发电效率。采用动力法分析了系泊系统锚链的导缆孔位置、预张力大小、锚链间夹角等参数对风机系统发电效率、浮式平台运动性能和系泊锚链张力的影响,得到了浮式平台迎风面俯仰倾角、水平偏移及锚链张力随参数的变化规律,为半潜型浮式风机系泊系统的设计提供了参考。     

新型干树半潜平台系泊系统的时域耦合分析

我国海洋油气开发正逐步从近海浅水区域不断往远海深水区域发展。随着水深的增加,传统的以锚链为材料,以自重为回复力的悬链线式系泊系统已经不再适用。世界上超深水浮式生产平台基本上都采用张紧式系泊系统,并且中间段采用超轻的聚酯缆材料以降低其施加在平台上的荷载。基于1500米超深水的中国南海环境,开发了一种运动性能良好的新型干树半潜平台。新型平台的系泊系统采用张紧式锚链-聚酯缆-锚链形式。根据平台尺度和环境条件,对系泊系统进行了布置和设计。通过时域耦合方法对系泊系统进行了数值分析,分析结果表明系泊系统强度满足规范和设计要求。     

锚链直径对船舶锚泊能力的影响

从减轻船总体负担、采用链径更小的海洋系泊链的设计需求出发,以单个链环为微元对锚链在锚泊状态所形成悬链线方程进行推导,建立锚链在典型锚泊状态下的悬链线方程,并以此为基础完成不同链径锚链在抛锚长度、最大可承受环境力、最大抛锚深度等方面的计算分析。结合计算结果和船舶实际使用情况,对采用不同链径锚链的锚泊能力进行综合分析后认为,虽然链径较粗的锚链的理论锚泊能力较强,但若采用霍尔锚等非大抓力锚,或对锚泊水域面积无明确要求、没有在深水中抛锚的特殊需求等,则可以选用链径相对较细的海洋系泊链代替目前规范中规定的电焊锚链。     

浮标锚系稳定性计算与分析

锚泊系统合理性、稳定性是保障浮标可靠性的关键因素。通过建立悬链线方程,推导出浮标锚链长度的计算方法,给出处于自悬链状态的临界值,通过锚系状态的判断以及锚驻力的计算分析锚泊稳定性。以长江口深水航道某水域航标设置情况为例,按此法对锚泊稳定性进行分析,并提出改变系泊方式、合理配置系链长度、增加锚驻力等措施增加浮标锚泊稳定性,为航标设计提供参考。     

拖曳锚实验及形态优化研究

拖曳锚作为新型的系泊基础,尚存诸多关键技术问题需要深入认识和解决。总结拖曳锚实验研究的基本情况及各类实验方法的优缺点,指出拖曳嵌入技术及定位技术研究、多运动参数及运动轨迹测量、重复性及测试精度提高是实验研究的重点和难点。基于拖曳锚形态设计的演变历程,提出锚板结构组成七大部分的功能特性和优化设计准则,指出良好的嵌入性能及效率、加工性能、稳定性能和承载性能是锚板形态设计力争达到的目标。     

浮摆式波浪发电平台系泊系统设计

针对一台自行设计的浮摆式波浪发电平台的运动特点与采能方式,对其系泊系统进行设计。系泊型式为"平台—连接缆—浮筒—锚链—锚"的悬链线单点浮筒系泊。以试验海域海况参数为依据,计算系统载荷,并采用准静力分析法对系泊系统各构件进行选型设计。设计的连接缆为钢丝绳,浮筒为圆柱型钢制浮筒,锚链为二级有档锚链,作业锚为AC-14锚。经检验,设计的系统符合安全要求和平台稳定性需求。     

“南海奋进”FPSO单点系泊系统维修项目锚腿回接技术

在中国南海深海远洋的油气开发中大量采用了浮式生产储油船(FPSO)。比如"南海开拓"号、"南海睦宁"号、"南海胜利"号、"南海发现"号、"南海盛开"号、"海洋石油111"、"海洋石油115"、"海洋石油116"等都是典型的南海在役的FPSO。所有上述的FPSO都采用了内转塔式的单点系泊系统。典型的内转塔系泊系统由系泊锚点,锚腿和内转塔式浮筒三部分结构组成。目前南海FPSO系泊锚腿数量有6条和9条两种。锚腿的形式通常是钢缆和锚链的混合形式。在经过多年的运营之后,锚腿上往往会发生钢缆断丝,配重链或者配重块脱落等现象,锚腿的强度已经不再满足设计要求,所以需要进行锚腿钢缆和锚链的更换(维修)。本文以2014年文昌"南海奋进"FPSO单点系泊系统维修项目为对象,介绍单点系泊系统锚腿更换(维修)的基本方法,重点介绍工程中上钢缆和上锚链的回接技术。该种方法经过实践证明安全可靠高效,对以后类似的工程具有极好的借鉴意义。     

锚链分布方式对悬链式单点系泊浮筒 系泊力的影响

使用水动力和系泊分析软件进行建模和计算,分析了六锚链悬链式单点系泊浮筒在不同的锚链和锚点分布方式中的系泊力变化,探讨了抛锚位置对系泊系统的位移和拉力可能造成的影响。     

悬链线方程在FPSO锚系相关计算中的应用

基于悬链线方程的相关知识,对南海常见的由下部锚链和上部锚缆连接而成的FPSO锚泊系统,分别建立下部锚链和上部锚缆的数学模型并进行详细的分析.在两种已知条件下求解锚链和锚缆组成的悬链线方程,介绍了锚系姿态和张力的分析计算方法.最后对锚系悬链线方程求解方法在工程中的应用提出了建议.     

拖曳嵌入式板锚在中国的研究近况(英文)

Experimental and theoretical studies of drag embedment plate anchors recently carried out in Tianjin University are summarized in this research paper, which involve a series of important topics relevant to the study of drag anchors. The techniques for measuring the trajectory and movement direction of drag anchors in soils, the techniques for measuring the moving embedment point and reverse catenary shape of the embedded drag line, the penetration mechanism and kinematic behavior of drag anchors, the ultimate embedment depth of drag anchors, the movement direction of the anchor with an arbitrary fluke section, the reverse catenary properties of the embedded drag line, the interactional properties between drag anchor and installation line, the kinematic model of drag anchors in seabed soils, and the analytical method for predicting the anchor trajectory in soils will all be examined. The present work remarkably reduces the uncertainties in design and analysis of drag embedment plate anchors, and is beneficial to improving the application of this new type of drag anchor in offshore engineering.     

基于弹性悬链线理论的斜坡式码头趸船系留设施受力计算方法

随着三峡枢纽的建成运行,重庆地区码头作业水文条件的改变以及船舶的大型化对斜坡式码头趸船系留设施提出了更高的要求。为确保港口安全生产,消除趸船现有系留设施存在的安全隐患,提出了一种考虑锚链和缆绳的弹性、悬链线的几何特征以及躺底段和贴岸段影响的多根不同方向锚链和缆绳共同作用的斜坡式码头趸船系留设施受力计算方法。结合工程实例,运用Matlab编程计算,计算结果符合经验规律,并与Optimoor软件计算结果吻合,验证了该方法的实用性和可靠性。     

索链组合锚泊线静力分析

建立悬链线方程,分析组合锚索链的受力及方程的解法,结合实例运用悬链线方程计算组合锚索链的状态参数,为实际工程中两种成分锚泊线的锚泊系统的初步设计和选型提供依据。     

Simulation of torpedo anchor set-up

Torpedo anchors are used for station keeping of floating offshore platforms and fixing risers to the seabed in deep water. Their main benefit over other anchors is reduction in anchor installation cost via free falling in the water. A torpedo anchor has a steel cylindrical shaft with a conical tip and is ballasted in order to deepen the soil penetration and increase the anchor holding capacity. In order to address the installation effects on the soil strength and consequently the anchor pull-out capacity, first reconsolidation (set-up) of soil next to the anchor after installation is studied by a finite-element (FE) analysis of coupled deformation and fluid flow in porous media. The results of the set-up analysis indicate the rate of dissipation of excess pore-water pressure and soil-strength recovery. These are important considerations in predicting the anchor pull-out capacity at different times after installation. In the absence of a documented complete set of installation and set-up tests, the results are validated qualitatively using available albeit limited field test data.     

低温环境下的锚链性能和选用标准

随着极地航道和油气资源的开发,造船和海工行业开始更多地关注现有装备在极地低温条件下的使用性能。锚链是船舶和平台定位用的重要组件,在使用过程中不可避免会暴露在冰冷海水和极地寒冷的空气中,有时甚至会受到浮冰冲击。钢铁材料的性能会受到低温的影响,从而产生脆化并降低可靠性。文章研究了不同等级的锚链(包括系泊链)材料在低温下的拉伸和冲击性能,并结合现有船级社规范中关于低温环境使用的材料和锚链的要求,对此类条件下锚链的设计和选用提出了参考。     

船用锚链发展及标准化现状

主要航海和造船国家均有自己的锚链标准/规范。虽然各标准在主要概念和使用上基本相同,但在具体的定义、选材、尺寸公差和设计方面仍有差异,给设计单位、船厂和锚链配套企业的材料选用和生产锚链带来了诸多困扰。此外,在长期使用过程中,也发现了这些标准中的一些与实际情况或使用不匹配的问题,亟待梳理与升级。文章主要从材料等级、设计尺寸和制造公差3个方面分析了各个国家现行标准和船级社规范对船用锚链的异同点,为船用锚链标准的统一和进一步标准化提供了依据。     

锚链多体系统最优化求解方法及其对比分析

为了在不添加额外方程或判断条件的情况下，求解锚链多体系统悬链和卧链共存的状态，提出利用最优化原理描述静态锚链多体系统的状态方程，即最小势能方程，并与传统的悬链线方程和多体系统一般力学方程进行对比分析。结果表明，该方法不需要进行复杂的受力分析，形式简单且物理意义明确。数值计算结果与传统方法在计算悬链时是一致的，且可在统一的框架下计算悬链和卧链同时存在的状态。     

深水作业船锚索锚泊性能研究

为了探索深水作业船的锚索锚泊性能,运用悬乖线理论分析了钢索和复合锚索的无因次长度、重量与位能,推导出了钢索和复合锚索位能对外力导数的公式,从锚索静载荷角度研究了钢索和复合锚索吸收动载荷的能力.模拟计算结果表明,与钢索相比,复合锚索对增加卧底锚索重量、保持锚的稳定性和抓力是有利的,对减小锚泊船漂移范围也有益处,但吸收动载荷能力下降.复合锚索中设置的锚链的长度取1节(27.5 m)为宜,锚泊时甲板以下锚索长度以2.5～3.0倍水深较为合适.此结论对深水作业船的锚泊操纵有一定的参考意义.