基于锚链可靠性的深水半潜平台设定点追踪控制

装备锚泊辅助动力定位系统的半潜平台运动控制主要目标，是将船舶保持在距离目标位置较小的半径内，同时防止系泊缆发生失效。该文将设定点追踪控制方法应用于配备锚泊辅助动力定位系统的半潜平台，以确保系泊缆的可靠性。根据结构可靠度指数和动态权重系数，建立系泊缆张力的能耗方程，通过求解能耗方程在线计算最优设定点；并基于该方法设计了定位系统控制器，通过时域耦合数值模拟对该方法进行验证与对比。结果表明，在控制参数相同的情况下，文中提出的设定点追踪控制方法可以使系泊缆的可靠度指数保持在相对较高的水平，提高定位精度的同时降低系泊缆张力动态响应幅度。该方法将有助于推动锚泊辅助动力定位系统在半潜平台上的进一步工程应用。     

数据融合技术在舰船动力定位系统信息采集的应用研究

为了提高舰船在海上定位的精度,同时减少因传统的船舶抛锚系泊方式带来的成本高、稳定性差等缺点,船舶工业领域对舰船动力定位系统的研究投入了大量的精力。动力定位系统利用舰船的推进器抵抗海浪干扰,使船舶保持在某一水域的动态平衡。本文针对舰船动力定位系统的信息采集问题,充分利用数据融合技术和传感器技术,提高了动力定位系统的信息采集时效性、可靠性和准确度。     

遥控潜器工作母船动力定位系统

针对我国第一艘装备动力定位系统的遥控潜器工作母船，本文重点介绍了动力定位系统的运动控制数学模型，基本控制原理，系统组成，工作方式，综合显示与集中操纵设计思想，遥控潜器工作母船已完成航行试验，结果表明：在最大风速13米／秒时，动力定位系统控位均方差在5m之内。长期实际应用证明：系统运动可靠，人机界面形象直观，操纵灵活。     

水深截断系泊缆动力特性试验研究

采用Froude相似准则和常规缩尺比在现有试验水池很难对深水系泊缆进行完整模拟.一种可行的方法是对全水深系泊缆进行截断,设计静力和动力特性都与全水深系泊系统等效的水深截断系泊系统.但是如果深水平台的工作水深很大,或者是现有水池的工作水深很浅,就需要对全水深系泊缆进行较大的截断.文章对一工作在15OOm 水深的Cell-Tress Spar平台在现有4m水深的水池进行了模型试验.虽然采用了1:100的模型缩尺比,但是截断因子仍然较大.文中给出了6种水深截断系泊缆方案,主要参数均各不相同.通过单缆模型试验对水深截断系泊缆的动力特性进行了研究,并采用其中2种水深截断系泊缆进行了不规则波模型试验.结果表明,增大直径和单位长度空气中重量可以有效增加水深截断系泊缆的动力响应,合理控制轴向刚度可以保证在整个位移范围内的动力响应变化趋势.因此认为,如果合理地选择了水深截断系泊缆的所有参数,较好模拟全水深系泊缆的动力响应是可能的.     

非线性Backstepping算法在船舶动力定位系统控制的应用

船舶的动力定位是指船舶在某些特定工况下,利用推进器和螺旋桨等产生推力和力矩,抵消海风、海浪等因素的干扰作用力和力矩,从而使船舶在海面某一区域保持相对静止。由于海上气象条件和海水深度的影响,传统的锚式系泊定位已经难以满足需求,而船舶动力定位系统的灵活性高、定位精度高、抗干扰能力强,因此应用越来越广泛。本文建立了船舶动力定位系统和干扰因素的数学模型,结合Backstepping非线性控制理论,设计了一种新型船舶动力定位系统的控制策略,并对该动力定位系统的位移控制响应进行了基于Matlab的仿真分析。     

正交试验法在软刚臂单点系泊设计中的应用

软刚臂单点系泊系统广泛应用于浅海石油开发领域,软刚臂主尺度的确定是单点系泊设计的关键。设计包括软刚臂长度、系泊腿长度和压载水重量的三因素五水平正交试验,基于多体动力学方法建立FPSO-系泊腿-软刚臂的耦合模型,采用动力分析方法计算不同试验条件下的系泊力,研究三因素对系泊性能的影响。得到三因素对系泊力影响程度依次为软刚臂长度、压载水重量、系泊腿长度,从而确定软刚臂最优主尺度,可为单点系泊系统初步设计工作中的主尺度优化提供一定的参考。     

深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析

文章基于三维时域势流理论和弹性细长杆理论,研究并提出了深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析方法。该方法采用时域物面非线性理论方法在瞬态位置直接时域模拟系泊浮体所需水动力,结合有限元方法计算系泊缆索的动力响应,利用异步耦合方法实现浮体和系泊缆索的时域耦合动力求解。既满足系泊浮体时域水动力耦合,又满足系泊浮体和系泊缆索动力耦合。通过对二阶非线性不规则波作用下深海系泊半潜式平台的时域耦合响应特性进行研究,将不同海况下物面非线性时域耦合静力响应和动力响应与间接时域耦合动力响应的三种方法计算结果进行比较。研究结果表明,系泊缆索动力响应明显,平台瞬态空间位置对垂荡低频运动影响较大,有必要在平台瞬时湿表面采用动力响应方法进行深海系泊浮体时域耦合响应分析。     

非线性估计滤波器在船舶动力定位系统的应用

随着人类对海洋资源开发规模的不断提高,远洋航运和远洋资源开发成为国民经济中的重要组成部分,由于传统的船舶抛锚系泊方式具有海上定位精度差、成本高、稳定性差等缺点,难以满足远洋舰船的海上定位需求。动力定位技术是利用舰船四周的推进器和船舶动力控制器等装置,产生具有一定方向和大小的推进作用力,抵消海风、海浪等干扰作用力和力矩,使船舶的定位精度和稳定性显著改善。本文的研究对象是船舶动力定位系统,详细介绍了一种非线性估计滤波器的工作原理,并研究了该滤波器在舰船动力定位系统的应用。     

深中通道管节港内系泊动力响应试验研究(Ⅰ:单管节试验)

系泊寄存于港内的待浮运管节在大风大浪等强动力条件下存在系泊安全风险，明晰管节港内系泊动力响应规律对科学评估及优化设计系泊方案、提升系泊安全性具有重要意义。文章以深中通道沉管隧道工程为依托，通过物理模型试验方法，测量了单个管节港内系泊的运动响应及系缆力等参数，系统分析了港内波浪发育规律、不同向波浪对港内泊稳条件影响以及不同类型动力条件下的管节动力响应特征及规律。研究主要结论有：外海波浪作用方向及时长对港内波浪分布及大小影响显著，进而影响系泊管节的动力响应；不同类型动力条件下空载或半载是管节系泊寄存的较不利载况，风是管节系泊动力响应的主控动力因素；风浪联合作用下，管节最显著的运动分量为横移和横摇，且均发生在空载、吹开风叠加波浪作用条件下。     

深水半潜式平台系泊系统设计研究

随着海洋平台逐步向更深水域的发展,系泊系统设计成了深海平台开发的关键问题之一.该文主要采用时域计算方法对系泊系统进行动力响应分析,给出了深水半潜式平台系泊系统的基本设计方法,并对2 000m水深的半潜式平台系泊缆索进行了8根与12根锚链线的系泊方案的对比分析,结果表明系泊方式不同,锚泊线的张力,系统的运动响应都受到了一定程度的影响.     

大型滚装船码头系泊能力数值仿真研究

为了分析风浪流环境因素对于某大型滚装船码头系泊能力的影响,并准确评估码头系泊系统的安全性,本文基于三维势流理论,采用Ansys-aqwa软件,对某大型滚装船码头系泊进行频域水动力分析和时域耦合仿真分析。首先通过频域水动力分析研究该大型滚装船在规则波中的基本性能,然后通过时域耦合仿真计算研究该滚装船码头系泊能力及系泊系统的安全性,并分析计算了各工况下该滚装船的六自由度动力响应。     

浮船坞锚泊系统设计

基于"浦东号"浮船坞的迁址改造工程,根据作业海域的水文气象条件,设计其12点锚泊定位系统。采用HYDROSTAR,建立浮船坞的水动力模型,考虑浅水效应,计算浮船坞的水动力性能、一阶波浪载荷及二阶差频波浪载荷(QTF);采用ARIANE,基于准动态理论,考虑船首右舷趸船的影响,建立浮船坞的系泊计算模型;计算浮船坞在高、低两种潮位下的运动响应及缆绳张力,调整缆绳长度及布置角度,优化系泊系统。计算表明,经过设计优化的系泊系统满足规范要求,适用于该作业海域。     

动力定位控制系统和运行实践

本刊1979年第4期曾载文介绍了英国GEC公司的船舶动力定位系统。本文是该公司的R·邦德在英国造船学会“船舶动力定位与系泊系统电气设备”会议上发表的一篇论文,对动力定位控制系统的理论和实践做了较充实的论述,现将我刊以前尚未介绍过的内容摘译出来,供参阅。     

动力定位时时域模拟程序试验验证

在启用新的动力定位系统时,数值和试验验证方法,包括静态动力定位能力分析、动态的时域模拟和模型试验应该用来设计,分析和预测新系统的性能。为了精确并经济地验证动力定位系统的性能,在Matlab\Simulink环境中,开发了一个能够进行一个"试验"来评估一个新设计的动力定位系统和其子系统的程序。另外,这个新开发的动力定位时域模拟程序的可靠性通过对一个半潜平台的模型试验进行了评估。结果表明,这个程序可以作为一个船舶研究工具用来检验新设计的动力定位系统或其新模块。     

FMEA在DP-3深水半潜钻井平台上的应用

以深水半潜钻井平台为实例,阐述了对DP-3(中国船级社对DP动力定位船舶的附加标志之一)动力定位系统应用故障模式与影响分析(FMEA)方法进行分析的基本概念,分析方法流程,以及编制FMEA分析报告和冗余度验证试验程序的基本内容。     

系泊浮箱运动稳定性影响因素分析

对于水上系泊系统,系泊方式对于整个系泊系统的系泊力和运动精度有着非常重要的影响,有必要分析不同系泊方式对系泊系统运动性能和系泊缆动力性能的影响,揭示系泊方式对系泊系统的作用和影响机理。基于势流理论,结合大型水动力学软件AQWA,以一种简单的矩形浮箱式结构物为典型示例,根据浮箱基本参数及相关技术要求,考虑系泊半径、预张力、张开角度等影响系泊性能的主要因素,建立系泊系统动力分析计算模型。分析结果表明:随着缆绳系泊半径的增加,系泊半径对最大系泊力的影响逐渐减少;增加系泊缆的预张力能够有效减少浮体纵荡偏移,提高系泊系统工作的稳定性;增加系泊缆张开角度能够更好地抵抗横向环境载荷,提高平台定位能力。     

基于锚泊系统的半潜式海洋平台定位方法研究

以工作水深1200m、8缆系泊的半潜式海洋平台为对象,研究其系统定位方法,通过改变锚泊系统系泊缆长度来实现平台的定位。建立反映半潜式海洋平台锚泊系统动力响应的多目标优化模型,通过求解得到船体目标位移与最优系泊缆长度,借助多学科软件iSIGHT,通过开发程序接口,调用水动力分析软件ANSYS/AQWA求解器求解,实现了半潜式平台锚泊系统的结构动力响应优化设计。对半潜式平台进行风、浪、流联合作用下的水动力耦合分析,实时控制系泊缆长度来实现平台的定位并保证平台的稳定性。     

深水作业浮标系泊系统研究与设计

以工作在我国南海海域、工作水深为500 m的深水浮标为研究对象,采用理论分析和数值计算的研究方法 ,对其系泊系统进行了研究设计,在满足相关要求的前提下对浮标外形进行总体设计,并对浮标的水动力系数及波浪载荷展开研究,根据浮标的水动力性能,利用锚泊分析软件对浮标作业状态进行数值模拟分析,最后根据API规范对系泊链进行强度校核,经过优化设计研究出一套稳定可靠的系泊系统。     

半潜式钻井平台锚泊系统设计与试验验证

针对某深水半潜式钻井平台,为其设计1套多点扩展式锚泊系统。采用数值方法计算船体与系泊系统耦合动力响应,并通过水池模型试验对计算结果进行验证。结果表明,在钻井作业与生存工况下该平台的最大水平偏移与系泊张力均满足规范要求。通过计算结果与试验结果的对比发现,由于水池试验采用等效截断方法低估了系泊缆绳本身的质量惯性与所承受的流体载荷,导致系泊张力的计算结果略大于实验结果。     

大型船舶系泊绞车刹车力实船试验方法研究

大型船舶系泊绞车的刹车力必须在适合的范围内才能保证船舶的系泊安全并保护系缆。按标准及相关规范要求,必须对刹车力进行验证。结合企业目前刹车力的试验现状,以及各型船船东要求和现场实际,研究了实船系泊绞车刹车力的试验方法,并给出了具体试验方法、工作程序及试验报告模板。