浮式钻井生产储卸装置运动性能分析

首先介绍了浮式钻井生产储卸装置(FDPSO)设有月池开口的船型特点,为评估月池开口对FDPSO船体运动性能的影响,设计了不同月池尺寸的方案。采用三维势流理论对不同月池尺寸方案水动力性能进行计算,得到FDPSO船体运动传递函数,总结FDPSO船体横摇和垂荡运动响应随月池尺寸变化的规律,并确定合理的目标FDPSO方案。最后对目标FDPSO方案进行运动性能实例分析,评估目标FDPSO方案的耐波性。     

航行状态下钻井船月池内流场特性

以某钻井船"凸"字型月池为研究对象,基于黏流理论,运用FINE MARINE软件对某钻井船的月池附加阻力及流场特性进行研究.研究发现,开敞式的月池使得钻井船航行阻力增加,最大占船舶总阻力的19.34％,月池附加剩余阻力是月池附加阻力增加的主导因素."凸"字型月池内流体的流场完整地呈现了月池内流体的漩涡运动以及对月池后壁砰击运动的全过程.在高航速下,"凸"字型月池内流体运动主要是以晃荡运动为主导的,晃荡与活塞混合的运动模式;月池内流体的周期性漩涡运动主要形成于月池中后缘,流体对月池后壁的砰击作用增大了月池受力,并随航速的增加而愈加剧烈;月池的受力谱峰频率分别为0.820Hz和1.046Hz,与月池波面变化的谱峰频率相同.通过探究月池流场运动形式和月池附加阻力机理,可对钻井船"凸"字型月池设计提供一定的借鉴和参考.     

某型援潜救生船的月池舱口盖设计

某型援潜救生船首次采用月池吊放潜水钟进行潜救作业任务。因月池舱口盖的特殊性,在设计中就内部冲击载荷、隔离介质和特殊的作业要求等新问题进行了充分研究分析,找到了解决方法,最终确定该舱口盖的设计方案并经过实船试验验证。     

月池共振对超深水钻井船运动性能的影响

为了研究月池内流体共振对船体运动的影响,以一艘超深水钻井船为研究对象,采用三维势流理论计算钻井船月池内自由液面和船体的运动,通过月池内自由液面的运动信息,得到月池各种模态下的共振频率,并以此来检验相关理论和经验公式对月池共振频率预报的准确性。月池底部打开和关闭2种状态下钻井船的运动特性显示,月池的活塞共振运动会显著增加船体的垂荡运动,而月池的晃荡共振运动对船体运动的影响较小。     

带月池深海钻井船摇荡运动性能分析

海上钻井作业过程要求钻井船具备良好的稳定性能,而月池内流体柱的不规则振荡以及钻井船细长的船体外形都将对船体运动性能造成不利影响,从而限制其在恶劣海域的作业适应性。文章基于三维势流理论对带月池钻井船的摇荡运动进行预报,并通过船模试验对预报结果进行有效性验证。在此基础上,提出钻井船摇荡运动衡准值,对钻井船海上作业适应性进行研究,分析月池尺度和形状对钻井船运动性能的影响。     

月池水动力特性及其对船舶运动的影响研究

针对某深水多功能水下工程船,运用模型试验方法开展月池的水动力特性及其对船舶运动的影响研究。研究结果表明,该船的月池对外界波浪具有较好的屏蔽作用,月池内波面相对升高与船外相比明显降低,但其对船舶运动的影响有限。此外,从月池内波面相对升高的响应谱来看,月池内水体的振荡具有明显的双峰特性,而月池自激振荡对月池内相对波面升高的影响非常显著。从能量的角度对自激振荡的影响程度进行定量分析,研究成果有助于定量分析月池的振荡特性并为该类月池的设计提供参考。     

波浪作用下月池开口对钻井船水动力的影响

结合模型试验与频域数值计算结果,分析月池对船体水动力性能的影响,并对模型试验与数值计算的RAO、月池敞开和封闭的RAO、运动统计结果和附加质量系数进行对比。分析结果显示:月池开口会增大横摇和垂荡运动幅值,并且减小船体的横摇固有周期;当外部激励使月池发生共振时,月池内流体产生的附加质量会发生剧烈变化。因此,月池开口对船体水动力性能会产生一定负面影响,作业时,应当避免发生共振现象。     

波浪作用下钻井船月池内流体水动力性能研究

为了规避钻井船月池内发生共振情况带来的危险,本文采用势流理论和CFD数值模型相结合的方式,对钻井船的水动力性能和月池内流体运动进行研究。在入射波为月池共振周期的情况下,将船体有无耦合运动时月池内流体的不同运动进行比较研究,得出船体运动会增大月池内流体运动的结论。     

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.     

船体垂荡运动及环境波高对月池内流体的影响

针对环境波高和船体垂荡运动对月池内流体运动的影响,本文采用CFD与模型试验相结合的方法,以某含月池的深拖母船为研究对象,数值模拟在不同幅值规则波激励下月池内流体自由液面爬升,结果显示,波浪幅值线性增加时,月池内流体液面增加呈非线性。分析船体在波浪中的垂荡运动和船体静水中做不同频率的垂荡简谐运动时月池内流体运动,结果显示船体垂荡运动存在明显双峰特性,且在船体垂荡运动频率为月池内流体共振频率时,月池内流体液面爬升最明显。     

基于CFD方法研究月池内部流体对Spar平台垂荡运动的影响

文章采用CFD方法研究了Spar平台月池内部流体对平台垂荡运动的影响.建立了二维和三维的数值水池,并获得了稳定的规则波.针对月池的不对开口率计算了Spar平台的垂荡阻尼系数,分析了月池内部流体的运动特性,并研究了开口率对平台垂荡运动的影响.研究表明,半封闭月池时Spar平台的垂荡阻尼有所增大,月池的开口率影响月池内部流体的运动以及平台垂荡运动的RAOs.在实际中,对月池开口率的优化设计可以适当地降低Spar平台的垂荡运动.     

含月池开孔的FPSO水动力性能及波浪载荷研究

为研究月池开孔对FPSO水动力性能和波浪载荷的影响,基于三维势流理论和波浪诱导载荷理论,分析了不同的月池尺寸、不同的月池纵向位置以及不同的船体吃水时附加质量和附加阻尼的变化趋势。并进行了含月池开孔的FPSO波浪诱导载荷的长期预报,得到了截面垂向剪力和弯矩沿船长方向的分布规律,分析了月池尺寸对波浪诱导载荷的影响。结果表明含有月池的FPSO船体的垂向附加质量和附加阻尼会出现一个峰值,随月池尺寸增加而逐渐减小;月池处垂向剪力和垂向弯矩随月池尺寸增大有小幅度减小。     

耗散系数修正对波浪载荷预报的影响研究

在参考模型试验结果选取适当月池自由面耗散系数的基础上,对目标船进行波浪载荷预报。选取合理的月池自由面耗散系数,以准确模拟月池围壁压力;进而准确计算月池开孔对船体梁波浪载荷的影响,形成一套数值计算与模型试验相结合的带月池船体梁波浪载荷预报方法。研究成果为船舶波浪载荷预报提供参考。     

Nonlinear random motion analysis of coupled heave-pitch motions of a spar platform considering 1st-order and 2nd-order wave loads

In this study, we consider first- and second-order random wave loads and the effects of time-varying displacement volume and transient wave elevation to establish motion equations of the Spar platform’s coupled heave-pitch. We generated random wave loads based on frequency-domain wave load transfer functions and the Joint North Sea Wave Project (JONSWAP) wave spectrum, designed program codes to solve the motion equations, and then simulated the coupled heave-pitch motion responses of the platform in the time domain. We then calculated and compared the motion responses in different sea conditions and separately investigated the effects of second-order random wave loads and transient wave elevation. The results show that the coupled heave-pitch motion responses of the platform are primarily dominated by wave height and the characteristic wave period, the latter of which has a greater impact. Second-order mean wave loads mainly affect the average heave value. The platform’s pitch increases after the second-order low frequency wave loads are taken into account. The platform’s heave is underestimated if the transient wave elevation term in the motion equations is neglected.     

水下爆炸冲击波作用下船体舱段刚体运动试验研究

对舰船舱段在水下爆炸球面冲击波作用下的刚体运动速度进行预报。以炸药在舱段中部正下方爆炸的工况为研究对象,将舱段简化为平板模型,计及流场对舱段运动时附加质量的影响,提出一种计算船体舱段在球面冲击波的作用下刚体运动响应的方法,对比舰船实尺度舱段水下爆炸试验结果,验证该方法的正确性。结果表明:舰船舱段整体受到冲击波的最大压力时刻比冲击波到达峰值压力的时间有一定的延迟,在冲击波压力趋于零时舱段刚体运动速度达到峰值。     

船首外飘砰击设计载荷直接计算

文章结合三维线性势流理论和砰击速度的长期分析方法,求解出船体外飘位置的设计砰击速度;以首垂线和静水面交点处的设计砰击速度为目标值,给出了用于确定船首外飘砰击设计载荷的等效设计波,进而得到了设计状态下船体外飘剖面与波面相对运动关系;将船体剖面与波面间的相对运动关系等效转化为船体剖面与静水面的相对运动,利用显式有限元方法实现了外飘剖面砰击设计载荷的预报。针对直接计算方法中涉及的设计砰击速度、砰击压力和砰击压力系数,对比分析了文中结果和相应的规范值或试验值,论证了文中船舶外飘砰击压力设计载荷直接计算方法的合理性。     

铰连接在深水S型铺管中的应用

为了能够在S型铺管过程中将管线、船体和托管架三者作为一个整体进行耦合分析,使用势流理论用于计算船体受到的波浪力,广义弹性接触面法模拟托辊与管线之间的接触,采用带有铰接刚度的铰连接来模拟管线的上弯段,集中质量法用于模拟管线的中垂段和下弯段。通过时域全耦合方程将整个系统联立求解,并将这种方法的结果和未考虑上弯段管线接触的结果与实验值进行了对比发现:新计算方法能够使管线受力和船体运动都更为接近于实际值。对管线张力进行了谱密度分析,得到了对管线张力作用较大的频谱范围,为其在不同海况下的适应性提供了技术参数。     

船底月池流激振荡特性研究

本文研究了船底月池内流体固有振荡特性,给出了船底月池内流体固有振荡频率计算公式。同时开展了船底月池流激振荡试验研究,测量得到了月池口流体剪切层自持振荡的Strouhal数,根据试验结果分析得出了波浪激励下月池内流体的运动特性。在此基础上预报了实船月池的流激振荡特性。研究成果为实船月池的设计提供了理论和试验基础。