环境载荷对自升式钻井平台动力响应的影响

为了研究海流载荷、波浪载荷、风载和浮力等环境载荷对自升式钻井平台力学响应的影响,进行了某平台在自存工况和作业工况下的数值分析。分别采用等效梁单元、梁单元、线性弹簧单元和线弹性基础模型来模拟船体、桩腿、船体-桩腿和桩靴-土壤。应用Stokes fifth-order波浪理论模拟水质点的运动规律,得到平台的响应特性。考察了各种环境载荷对平台数值计算结果的影响。结果表明:在自升式平台建模过程中,须要考虑浮力的作用,还应特别关注风载的影响,其次是海流载荷,最后是波浪载荷。     

自升式起重平台站立工况总体特性研究

采用有限元计算方法针对起吊能力800t的自升式起重平台站立状态在设计环境载荷作用下的桩腿强度、桩靴支反力、锁紧装置承载力、抗倾稳性及风、浪、流载荷影响因子等内容进行了分析研究,结果表明环境载荷作用方向90°时,桩腿UC值(实际应力与许用应力之比值)最大,对平台桩腿结构最为不利;风、浪载荷对桩腿UC值影响颇大,正确计算风、波浪载荷对平台结构安全评估有重要意义。     

超大型风电安装船风暴自存状态下桩腿动力响应分析计算

桩腿支撑风机安装船舶(平台)的重量及风浪流等环境载荷,且桩腿部分在风浪流联合作用下,其结构动力学响应关系到平台的安全性,需要考虑风暴自存下桩腿动力响应以评价设计平台的安全性。利用Newmark法结合有限元分析方法对平台所处的最极端的状态-风暴自存状态下桩腿非线性变系数微分动力响应问题进行计算求解,并得出分析计算结果。作用方向为迎浪(180°)与横浪(90°)情况下桩腿发生最大位移的节点x方向和y方向位移响应曲线计算分析结果表明,在最危险工况的组合且计算值偏保守情况下,位移响应值在合理的范围内,设计符合刚度要求。     

桁架式桩腿RPD值控制优化

<正>自升式风电安装平台作为海上风电设施安装的主要装备,随着风场开发由浅海推进至近海深水区,其更新换代速度亦在加快,其中最主要的是桩腿形式的替换。桩腿是自升式平台中关键的组成部分,用于支撑上部船体的重量以及承受风、浪、流等环境载荷,其结构形式主要为圆柱形桩腿和桁架式桩腿。     

自升式钻井平台漂浮压载波浪砰击载荷分析

漂浮压载是自升式平台减小地基穿刺风险的有效手段之一。压载过程中平台受到波浪砰击、绕射或其联合作用，可能产生较大的运动及载荷，进而对升降系统和桩腿产生不利影响。本文通过物理模型试验方法，对某三桩腿自升式平台漂浮压载状态下的砰击压强开展研究。结果表明，在吃水为-1 m和0 m时，砰击作用明显，平台底部压强较大；当吃水为1m时，波压力主要为绕射波浪作用，压强显著减小。平台底部最大压强的分布受波浪周期的影响显著。     

自升式移动平台圆柱型桩腿建造检验要点

桩腿是自升式移动平台的关键结构,一方面需要承受平台主体及甲板货物重力以及受风波影响时产生的弯矩、冲击,还需要承受各种波浪和流载荷;另一方面桩腿自身尺寸及安装精度直接决定平台能否顺利升降。根据以上技术指标以及相关规范、指南的要求,以某多功能海上自升平台建造检验过程为例,阐述该平台桩腿制造检验控制要点,通过焊接工艺选择、制造精度控制,并结合无损检测等措施较好地控制了桩腿的焊接变形、整体尺寸精度,保证其满足各项指标要求,对其他平台桩腿制造提供了工程和理论依据。     

自升式钻井平台动态响应研究

综合考虑风浪流等环境载荷、桩靴与土壤之间的相互作用行为及静水压力和波浪动压力所引起的浮力效应的影响,运用有限元软件模拟了自升式钻井平台的动态响应过程,获得了0°环境载荷作用下自升式钻井平台的船体位移、桩腿危险处应力、桩靴载荷的变化规律。研究结果表明:自升式钻井平台的动态响应周期约为38s,是波浪周期的2.8倍,且在环境载荷作用角度为30°时,船体位移峰值最大,而位移均值在45°时最大。     

面向腐蚀环境的自升式海洋平台桩腿时变可靠性研究

以某公司300ft自升式海洋平台桩腿为研究对象,根据平台桩腿的工作环境的波高和波浪周期对其疲劳环境工况进行划分,采用Airy波理论和PM双参数谱计算平台桩腿不同工况下所受的波浪力谱,通过ANSYS有限元软件对平台进行三维建模,分析其在波浪力下的应力响应。建立桩腿在环境载荷下的可靠性模型,同时针对当前研究中的不足,考虑到腐蚀对于桩腿可靠性的影响,提出并建立在环境载荷与腐蚀耦合作用下的桩腿时变可靠性模型,根据应力响应分析结果,分析桩腿腐蚀最严重区域构件的时变可靠性变化规律,对比两种模型下的桩腿结构可靠性,确定腐蚀因素对桩腿时变可靠性的影响。根据可靠性分析结果,结合自升式海洋平台桩腿的工作环境和服役周期,为平台桩腿的维护与保养提供一定参考。     

一种新型坐底自升式平台插桩方法

依托一艘新型2 000 t坐底自升式海上风电施工平台,研究其相比传统的自升式平台和坐底式平台在插桩方式上的改进实践。分析坐底自升式平台的上船体、下浮体和桩腿之间的运动,并考虑采用结构重力快速压载的方式保证平台作业时插桩的稳定性。研究结果表明,新型坐底自升式平台在插桩时能躲避浪和流的袭击,当遇到较软或“硬-软-硬”的海底地层时,可降低插桩穿刺的风险和拔桩作业的难度。该研究可供特殊地质条件下的海上风电施工平台插桩作业的实施参考,能有效降低施工过程中的安全风险,并提高施工效率。     

考虑冰、浪等复杂载荷工况的半潜式平台应力与运动响应特征

半潜平台在极地深水海域应用广泛,经常面对冰、浪等复杂载荷。本文从应力时程和运动时程两方面分析了半潜平台在波浪载荷,海冰载荷以及冰-浪联合载荷作用下的响应特征。结果表明,虽然海冰载荷的存在具有一定程度的抑波作用,平台的震荡得到缓解,但是冰-浪联合载荷会导致平台关键节点部位所受应力幅值大幅增加,并超过海冰和波浪单独作用产生的应力之和,对半潜平台的结构安全造成较大威胁。因此在研究、设计极地海域半潜平台时应同时考虑冰、浪对平台的影响。     

海上风电浮船分体安装运动响应数值仿真分析

本文采用数值仿真手段分析浮吊船的运动响应以确定采用浮吊船进行风电机组分体安装的可行性。利用基于边界元法的水动力学数值仿真的手段，计算强峰1800和苏连海起重08两艘起重船的浮体运动响应RAO。采用频域谱分析的方法，计算随机波条件下两船吊钩位置的垂荡运动响应谱，并通过波浪谱统计规律确定船舶的最大运动响应以及加速度响应，以确定风电机组分体安装的可行性。     

航行工况下自升式风车安装船强度直接计算研究

自升自航式风车安装船为海洋工程专业特种船舶,在风机运输,安装中有很高的实际利用价值。采用直接计算法,对航行工况下自升自航式风电安装船的总强度进行评估。建立了船体和桩腿的有限元建模,基于三维势流理论对波浪垂直弯矩进行长期预报,得到风车安装船在典型装载工况下的设计波参数,将船舶在设计波中的重力、静水压力、水动压力、惯性力等施加到模型上进行直接强度分析,对航行工况下船体和桩腿的强度进行了校核。本文的计算方法及结果可为自升自航式风车安装船的整体强度评估、船体结构优化提供有效依据,并且对同类工程船的设计开发具有指导意义。     

随机波浪载荷作用下深水自升式海洋平台动力响应分析

基于有限元方法,建立了深水自升式海洋平台的数学模型。结合线性化的莫里森方程和随机波浪理论,采用谱分析方法计算随机波浪栽荷。以某典型深水自升式海洋平台为原型,利用ANSYS有限元软件建立了平台的有限元模型。在此基础上,对平台结构分剐进行了的模态分析和动力响应分析,分析得到了平台的频率特性和动力特性。     

自升式风电安装船桩腿强度分析和优化

近年来,随着国内海上风电行业的蓬勃发展,市场对自升式风电安装船的需求日益迫切。桩腿是影响自升式风电安装船作业安全性的关键环节,桩腿设计也是自升式风电安装船的关键技术难点之一;而海上风电场的选址逐渐向离岸更远、水深更大的方向发展,客观上也对桩腿适应更恶劣海况条件的能力提出了更高要求。本文结合近年来多型自升式风电安装船桩腿设计经验,分析研究了桩腿总强度计算和优化的过程,及其与海况环境、作业条件、可变载荷等参数之间的相关性,为自升式风电安装船的桩腿设计提供了有效方法。     

远海自升式风电一体化运输与安装探讨

由于远海域自然环境更为恶劣,作业窗口期更短。充分利用窗口期,提高施工效率是风机安装施工的关键。通过调研和分析国内外风机运输和安装技术现状,以1 200 t自升式风电安装船和西门子4 MW机型为研究对象,提出利用自升式平台船垂直运输塔筒、水平叠加运输叶片的运输安装一体化技术,可减少涌浪对传统工艺中运输驳船的限制,提高窗口期的利用效率,提高施工工效,适用于远海风电场的建设。     

浮式海上风力机运动性能和锚泊系统(英文)

The development of offshore wind farms was originally carried out in shallow water areas with fixed(seabed mounted) structures.However,countries with limited shallow water areas require innovative floating platforms to deploy wind turbines offshore in order to harness wind energy to generate electricity in deep seas.The performances of motion and mooring system dynamics are vital to designing a cost effective and durable floating platform.This paper describes a numerical model to simulate dynamic behavior of a new semi-submersible type floating offshore wind turbine(FOWT) system.The wind turbine was modeled as a wind block with a certain thrust coefficient,and the hydrodynamics and mooring system dynamics of the platform were calculated by SESAM software.The effect of change in environmental conditions on the dynamic response of the system under wave and wind loading was examined.The results indicate that the semi-submersible concept has excellent performance and SESAM could be an effective tool for floating wind turbine design and analysis.     

Study on a new method for installing a monopile and a fully integrated offshore wind turbine structure

This paper presents a preliminary technical feasibility study on a new methodology proposed for installing a monopile-based bottom supported offshore wind turbine structure. The concept is developed to address the problem of “waiting for a suitable weather window” which is commonly faced by the existing installation methods that uses a typical jack-up platform. In the methodology, a floating vessel along with a floatable subsea structure fitted with a hull on the top, hereafter named SSIP (subsea structure for installing a pile), is proposed first to install a monopile. Then the same structure is used to carry an FIUS (fully integrated upper structure) of an offshore wind turbine, which is characterized by a telescopic tower, and install it over the monopile by using an FOP (float-over-pulling) arrangement. Here, the installation methodologies are first briefly described along with the critical load cases associated with them. These load cases are then numerically studied for a significant wave height (H_S) of 2.5 m, and the results are summarized. For installing a fully integrated offshore wind turbine upper structure on a monopile foundation by the FOP method, two installation schemes are presented, and their dynamic characteristics are compared. It is shown that the proposed methodologies have potential to provide installation solutions which can be environmentally more robust compared to the existing method for installing an offshore wind turbine.     

大型海上风机浮托安装进船过程数值分析

对海上风机浮托安装的进船过程进行分析,对于H型双体船分别从频域和时域等两个方面进行模拟。在频域模拟过程中,得到不同来浪方向H型驳船的运动RAO;在时域模拟过程中,采用悬链线系泊得到进船过程中波浪作用下船体的缆绳张力。通过计算分析可得:随着缆绳长度的增加,系泊张力逐渐减小;系缆长度相近,系泊张力随之相近。建议在进船过程中需布置长度相近且尽可能长一些的系缆。     

环境荷载共同作用下自升式平台地震响应分析

自升式海洋平台是海上施工的重要设备,其造价昂贵、设计复杂,承受着复杂的环境荷载作用。目前关于地震对其作用的研究还较少,有必要进行地震与风、浪、流等荷载对自升式平台的动力分析研究。文中在考虑流体附加质量及地基土体抗转效应的前提下,建立了适合动力分析的海洋平台计算模型,并利用弹塑性时程分析方法研究了其在地震及其他环境荷载共同作用下的动力响应。结果表明环境荷载作用方向对现役自升式海洋平台的抗震性能有着较大的影响,在平台结构抗震性能评估中应予以重视。     

海上风机支撑结构的时域和频域疲劳对比研究

对海上风机支撑结构进行动力响应分析,求出结构危险节点的载荷谱和功率谱密度函数,结合疲劳损伤模型和Dirlik概率模型,分别在时域和频域内对支撑结构进行疲劳寿命分析.由于时域法计算疲劳寿命需进行应力循环计数,这一过程需处理的数据庞大,耗时长.频域法省去应力循环计数,代之以概率密度函数,可相对准确、快速地计算结构的疲劳寿命.分析结果表明,采用Dirlik概率模型的频域分析法能较准确地反映海上风机支撑结构在随机载荷作用下的疲劳损伤情况,计算结果误差在可接受范围内.