新型圆筒型FPSO运动抑制结构的优化设计

针对圆筒型浮式生产储卸油装置（FPSO）垂荡运动性能较差等问题，设计具有通海形式的延伸筒体与减动结构的新型圆筒型FPSO。通过建立水动力分析模型，对不同运动抑制结构模型的垂荡与纵摇的固有周期和运动响应幅值算子（RAO）进行数值计算，对运动抑制结构型式的延伸筒体和阻尼孔进行优化设计。在时域耦合分析中，结合我国南海环境，通过设计合理的系泊系统，得到新型圆筒型FPSO的运动的响应历程，并对系泊系统进行安全校核。结果表明，延伸筒体高15 m、阻尼孔直径1.0 m为优化后的构型，该构型能节约成本、满足项目设计要求以及南海百年一遇的生存工况。     

运动抑制装置对圆筒型浮式平台运动响应的影响

针对垂荡运动性能不佳,限制圆筒形FPSO在海上油气开发大范围应用的技术瓶颈,在平台底部增加延伸筒体与阻尼结构,提升圆筒型FPSO水动力性能,降低其垂荡幅值以满足干式采油装备的要求,基于三维势流理论,建立带有运动抑制装置的圆筒形FPSO水动力分析模型,分析运动抑制系统的不同高度、宽度、截面形状和通海情况对圆筒形FPSO的水动力性能影响,对比采用不同运动抑制装置的圆筒型运动幅值响应传递函数发现,增加阻尼孔使运动抑制装置内部与外界海水相联通,可以改善圆筒型FPSO的水动力性能,适当增加阻尼结构的高度、宽度有利于增大FPSO的垂荡运动固有周期,可避开南海海域百年一遇海况的波浪周期范围,起到抑制圆筒型FPSO运动的效果。     

圆筒型FPSO在波浪中运动响应特性研究

圆筒型FPSO作为一种新型海洋工程装备,逐渐被应用于全球海洋油气资源的开发。该文以适用于南海深水油气田开发的圆筒型FPSO为研究对象,基于三维势流理论和莫里森（Morison）方程,采用Sesam软件建立圆筒型FPSO的湿表面模型和水动力计算模型,并对圆筒型FPSO在波浪中的频域运动响应特性进行计算,将载重量相近的圆筒型FPSO与船型FPSO的纵摇、横摇和垂荡运动响应进行对比研究,结果表明圆筒型FPSO的运动特性优于船型FPSO。该文同时也对不同船体直径、阻尼板直径、船体吃水以及环境条件重现期下的圆筒型FPSO垂荡运动响应进行研究,研究结果对于圆筒型FPSO的总体设计具有重要指导作用。     

Spar平台垂荡一纵摇耦合运动的不稳定性

研究了深水Spar平台垂荡—纵摇耦合不稳定运动的形式和条件。以经典Spar平台为例,基于垂荡包络线概念,分析了平台垂荡—纵摇耦合运动的相互放大效应及"舞动"运动。结果表明,当垂荡包络线周期与纵摇固有周期相等时,纵摇运动失稳;因纵摇对垂荡的耦合影响,垂荡幅值不断增大,同时垂荡运动的变化又影响纵摇运动,使得纵摇幅值小幅度增加,平台运动存在相互放大效应。纵摇失稳后,Spar平台将处在一种奇特的"舞动"运动形式。     

软刚臂单点系泊装置对小型浮式平台性能影响研究

软刚臂单点系泊是浅水海域FPSO重要的系泊方式之一,其结构尺寸及重量较大。通常FPSO排水量较大,软刚臂单点系泊装置对其影响可忽略不计。当软刚臂单点系泊装置用于排水量较小的浮式平台时,其对浮式平台的影响不可忽略。为研究单点系泊装置对小型浮式平台性能的影响,运用AQWA软件,基于耐波性理论基础,分别计算浮式平台在单点系泊状态和顺应式系泊状态下的频响及固有周期;采用时域分析方法,分别计算浮式平台在2种系泊状态下的运动响应。计算结果表明,单点系泊装置会减小浮式平台横摇频响峰值,增大其对应的周期,对纵摇和垂荡的频响影响不大;明显增大横摇和纵摇的固有周期,略微减小垂荡的周期,增大3个运动量的阻尼;增大横摇和垂荡的平均值以及垂荡的幅值,2种系泊方式对横摇和纵摇幅值的影响与风浪流方向分布有关。     

不同随机波影响因子下张力腿平台动力响应

采用时域耦合法对某传统式张力腿平台进行非线性动力响应研究,重点讨论不同随机波有义波高、谱峰周期和入射波方向对张力腿平台各自由度运动响应和顶端张力的影响。结果显示,本文各工况各自由度最大位移均满足设计要求。纵荡、垂荡和首摇运动幅值对有义波高较为敏感;平面内运动对谱峰周期较敏感,而谱峰周期对平面外运动影响不大;平面内运动对入射波角度较敏感。纵荡和首摇为低频运动,垂荡和纵摇为高频运动,其中垂荡与纵荡相耦合;由于高频载荷引起平台升沉、横摇和纵摇运动,而这3种运动又作用于张力腿轴向振荡,从而使得张力腿顶端张力表现为高频响应。     

15 MW级大型漂浮式风力机运动特性

为了研究不同湍流模型、湍流度及不同风速作用下漂浮式风力机（FOWT）基础的运动特性，以国际能源署（IEA）公开的15MW级大型半潜式浮式风机为研究对象，采用OPENFAST软件对浮式风机进行全耦合时域仿真模拟，对平台的纵荡、纵摇和垂荡运动特性进行研究分析。研究发现：在正常湍流作用下，风速高于额定条件时，平台在压载水主动调节作用下使得纵荡更加稳定，但伴随着风速增大，其对平台纵摇和艏摇的影响越剧烈；在极端湍流作用下，风速低于额定条件时，风机运行效率低，而在高于额定条件时，艏摇运动幅值增大，纵摇和垂荡运动表现得更加稳定。     

FPSO型采油平台附加质量与阻尼力的分析研究

文章应用边界积分方程的方法研究了FPSO型采油平台的附加质量和阻尼力问题.计算中应用了有限水深格林函数并采用高阶边界元对边界积分方程进行离散计算.研究揭示了FPSO在奇模态运动(纵荡-垂荡-纵摇)和偶模态运动(横荡-横摇-首摇)时附加质量和阻尼力的变化规律.附加质量和阻尼力的计算结果在高频情况下仍具有很好的收敛精度,可作为FPSO型采油平台在设计和使用过程中的荷载分析依据.     

水上软刚臂系泊FPSO运动特性试验研究

为了评估水上软刚臂系泊FPSO在浅水域极端海况下作业的安全性能,通过静水衰减和共线风浪流联合作用工况的物理模型试验,分别得到系泊FPSO各自由度的固有周期和运动响应。通过时域分析得到FPSO在纵荡向大幅共振运动的产生机理。FPSO垂荡运动包括低频成分和波频成分,分别表现为类似于波浪相应成分的时历过程。而纵摇运动由于对软刚臂的系泊作用非常敏感,其与纵荡运动时历过程也表现出较高的相关性。     

船舶搁浅于尖顶型礁石的外部动力学

船舶搁浅于沙滩上时，二维的地面特征使得只能允许考虑船舶的纵荡、垂荡和纵摇运动，忽略了船舶其它三个自由度的运动。然而，在船舶搁浅于尖顶型礁石的情况下，很明显，若礁石位置不在船舶的中心线上，则船舶所有六个自由度的运动都需要进行考虑。地面反作用力的垂直分量使船舶产生垂荡、横摇和纵摇，而水平分量则影响船舶的纵荡、横荡和首摇运动。     

浅水FPSO垂荡和纵摇运动的低频响应

对软刚臂系泊FPSO在浅水不规则波作用下的垂荡和纵摇运动响应进行数值计算与模型试验研究,水深16.7 m.试验中的波浪校验结果显示,在波浪谱中出现明显低频长波成分.计算结果与试验结果均显示,垂荡和纵摇波浪力、运动响应既有传统的波频成分,也出现显著低于波浪频率的低频成分,而且低频响应的能量和幅值甚至会远大于波频响应.垂荡和纵摇运动的低频响应不具有能量集中的共振频率,而是具有较宽的低频能量分布.这种显著低频响应的出现,与浅水中低频长波的存在有关,表明其不仅对系泊FPSO水平面运动性能影响极大,也会显著影响垂荡和纵摇这类垂直面运动的波浪力和运动响应,在理论预报时需要予以重视.     

迎浪状态下三体船垂荡和纵摇运动参数

运用基于势流理论的三维频域格林函数方法对三体船的垂荡、纵摇运动进行参数研究,讨论三体船附体位置对垂荡、纵摇运动的影响。将计算结果与实验结果进行对比,比较结果表明数值计算是可靠的。设计了十二种不同附体位置配置方案,并计算出各个方案在三个航速下的垂荡和纵摇频率响应函数曲线。计算结果表明:(1)航速对三体船的垂荡、纵摇运动影响剧烈,随着航速提高,运动幅值增加明显;(2)当三体船的航速为零时,附体位置对垂荡、纵摇的影响不明显,随着三体船航速的增加,附体位置对垂荡、纵摇影响也随之变大;(3)附体纵向位置变化对垂荡、纵摇的影响要大于其横向位置变化的影响。     

国外核动力潜艇耐波性理论预报

采用STF理论和Frank源分布-紧密拟合法对国外核潜艇潜望状态进行了纵荡、垂荡、纵摇、横荡、横摇、艏摇和垂向加速度等波频运动耐波性理论预报.给出了不同航速、航向时的规则波运动响应和不同航速、航向、波高、波浪平均周期时的不规则波运动统计值.对典型艇型进行变化稳心高、纵向和横向惯性系数计算.最后对各艇进行了耐波性能比较.     

扰流板对深吃水圆筒型平台涡激运动的抑制效果研究

深吃水圆筒型平台是一种新型多功能高效平台,可有效解决岛礁开发中的能源供给问题。但平台在持续性的来流作用下会发生剧烈的涡激运动,将导致平台系泊、立管系统发生疲劳损害。从抑制涡激运动的角度出发,设计一套新型扰流板结构。基于改进的延迟分离涡模拟方法（IDDES）数值模拟并对比分析了有、无扰流板2种情况下深吃水圆筒型平台横荡、纵荡和首摇运动响应,并从运动时域、频域和三维流场特征等角度对结果展开分析。结果表明,新型扰流板对平台横荡、纵荡和首摇运动均有较好的抑制作用,其中对横荡运动抑制效果最为显著,效率高达89%。带扰流板的深吃水圆筒型平台涡激运动数值模拟分析在平台实际结构设计中具有重要工程意义。     

三体船主体尺度对其在波浪中动态响应的研究

基于有限元方法,通过仿真计算,比较了三种不同主体尺度下三体船的垂荡、纵摇、横摇运动响应算子。因不同的航行速度对运动算子有一定影响,故分别在低航速和高航速下进行比较。通过不同航速下的垂荡、纵摇、横摇性能对比,得出主体狭长型三体船运动响应性能均最佳,最适合作为三体船主体的尺度。     

和型组合共振激励下深海SPAR平台运动稳定性分析

深海SPAR平台在环境载荷作用下的运动稳定性问题已经成为当前的研究热点。文章采用理论分析和数值模拟相结合的方式,在不考虑系泊张力影响并且满足组合共振条件情况下,探讨当波浪幅值达到一定程度时垂荡、纵摇响应的局部分岔现象。结果表明：在组合共振发生时,垂荡、纵摇响应均变得不稳定,而且纵摇响应幅值较大;垂荡固有频率与两倍的纵摇固有频率之间的偏差越大,激起纵摇分岔现象需要的波浪幅值越大;波浪频率在一定范围内的变化对a5曲线影响不大,但当波浪频率与垂荡和纵摇固有频率之和的偏差超过一定范围时组合共振现象会消失。     

深海钻井船大开口阶梯形月池水体的非线性共振特性研究

为了避免月池内部水体与外界波浪共振引发的危害,本文采用数值模拟与模型试验结合的方法,在特定频率下对矩形大长宽比月池内部水体爬升进行探究.分析了船体不同自由度运动(船体静止、船体仅有垂荡运动、船体有垂荡和纵摇运动)对月池内自由液面爬升的影响.结果表明,船体具有垂荡及纵摇两个自由度时,月池边界处波浪爬升幅值远高于船体仅有垂荡自由度的情况.分别采用不同幅值的规则波进行数值模拟,结果表明波浪幅值线性增加时,月池内自由液面爬升幅值不会线性增加,而是增量下降.     

新型漂浮式垂直轴风力发电机平台的动态响应分析

针对一种功率为50 kW的H型垂直轴风力机,为解决传统半潜式平台垂荡响应大的问题,设计一种安装垂荡架的半潜式风力机平台。考虑风、流及波浪载荷的综合作用,采用绕射/辐射理论和水动力分析方法,对传统平台和垂荡架平台的运动进行数值模拟,结合正交设计方法研究外浮筒数目、垂荡架安装位置、垂荡架形状对平台运动响应的影响。结果表明,在频域分析中,与传统平台相比,垂荡架平台在垂荡、纵荡、纵摇3个方向上的响应极值均有明显降低,垂荡响应极值减小10.4%;时域耦合分析结果与频域分析规律相同,垂荡架平台在垂荡、纵荡、纵摇3个方向上的响应极值、标准差均比传统平台降低,表明安装垂荡架后平台的稳定性更好;正交试验结果表明,对半潜式垂荡架平台垂荡时域RAO极值影响最大的因素是外浮筒的数目,其次是垂荡架布置位置,影响最小的是垂荡架的形状。     

不同航速下船舶浅水摇荡运动规律

浅水效应是船舶安全操纵所需考虑的重要因素。本文采用三维势流理论,以某NPL型船模为例,分别对其在次浅水、浅水、超浅水3种不同相对水深条件下的纵摇和垂荡运动幅值响应情况进行计算,并对纵摇和垂荡运动随航速的变化规律进行总结。本文计算结果可作为船舶驾驶员判断是否发生浅水效应的参考依据。     

基于Rankine源法的小水线面双体科考船耐波性预报

采用基于三维时域Rankine源方法的水动力分析软件Wasim,对某小水线面双体科考船在不同航速、不同海况与不同浪向下的耐波性进行了计算与分析,重点对不同工况下小水线面双体船横摇、纵摇和垂荡性能进行了研究.研究表明:无航速时,横摇有义单幅值极大值出现在90°浪向,纵摇极大值出现在0°与180°浪向;较高航速时,横摇响应最大单幅值出现在60°与90°浪向,纵摇在30°,150°和180°浪向时明显较大;波浪对连接桥的砰击会显著影响SWATH船的运动响应,使垂荡运动幅值显著增大;随航速的提高,顺浪航行下纵摇运动幅值逐渐减小.