内转塔式单点系泊系统敏感性研究

本文以我国南海某条FPSO的内转塔式单点系泊系统为例,研究内转塔式单点系泊的不同参数对于FPSO的运动和系泊张力的影响,确定单点系泊系统不同参数的敏感性.本文从系泊系统材料、系泊系统重量以及系泊缆预张力3个方面考虑其对系泊系统受力及FPSO的运动等设计参数进行敏感性分析.通过分析确定了FPSO的运动和单点系泊系统的动力响应对于系泊系统不同参数的敏感程度.     

冰区核电平台系泊设计及影响研究

本文根据冰区浮式核电平台的主要功能及外部环境条件,确定平台的基本形式,并在此基础上进行了系泊系统的优化设计.与以往研究不同的是,考虑到冰区海洋的特殊性,除计算风、浪、流作用情况外,还运用Sdem软件构造了海冰离散单元模型,对海冰与海洋系泊结构物的相互作用过程进行了数值模拟.在此基础上,结合系泊分析软件ANSYS-AQWA的二次开发功能,对平台运动及其系泊系统进行了时域耦合分析,研究了平台在不同环境载荷作用下的运动响应;进行了系泊参数研究,分析一般规律,最终提出了一种满足规范要求且性能优良的系泊方案.研究结果表明:本文提出的冰区核电平台系泊系统可抵抗恶劣的环境影响;通过合理选择系泊缆数量、夹角、预张力大小及顶端倾角等系泊参数,可减小平台运动响应.     

考虑防波堤失效状况的超大型海洋浮式储油船系泊系统安全性评估

本文首先阐述了建立我国战略石油储备的必要性,选取了超大型浮式储油船作为海上石油储备方式.系泊系统是整个海上储油系统中最重要的设施,对系泊系统的概念、分析、设计和可靠性等作了较详细的描述.用失效概率来评估系泊系统的安全性,是衡量储油系统是否安全的重要手段之一.文中提出了考虑防波堤遭受破坏状况下计算系泊系统失效的数值模拟方法,用时域系泊模拟法求解储油船运动方程并对系泊系统进行了可靠性分析.模拟结果表明,系泊系统的年可靠性为0.999 997.所提出的方法能有效地对超大型浮式储油船系泊系统进行定量的安全评估.     

LNG旁靠FSRU码头系泊的水动力性能试验研究

本文对码头系泊的FSRU和LNG船的水动力性能进行了研究,分别对FSRU单船码头和FSRU-LNGC并排码头系泊进行了模型试验.码头与船和船与船之间均采用系泊缆和靠垫进行连接.试验中考虑了风、流、浪等环境因素对码头系泊系统的影响.在风浪流模型试验中,分别测量了不同海况下系泊系统的动态响应,其中包括FSRU和LNG船的六自由度运动响应、系泊缆张力和靠垫接触力.相比较其它浪向,横浪(90°)引起的船舶运动更大,进而导致系泊缆和靠垫的受力增大.结果还表明,FSRU单船码头系泊在所有海况下安全性较好,但对于LNG船旁靠FSRU码头系泊系统,其对环境的响应非常敏感,尤其是横浪环境.     

我国战略石油储备船系泊系统安全性评估

用失效概率来评估系泊系统的安全性,是衡量储油系统是否安全的重要手段之一.本文提出了考虑防波堤遭受破坏状况下计算系泊系统失效的数值模拟方法,用时域系泊模拟法求解储油船运动方程并对系泊系统进行了可靠性分析.模拟结果表明,系泊系统的年可靠性为0.999998.所提出的方法能有效地对超大型浮式储油船系泊系统进行定量的安全评估.     

FPSO系泊系统参数的动力效应影响分析

利用水动力分析软件AQWA研究了内转塔式单点系泊参数对海上浮式生产储油船FPSO（floating production,storage and affcoading system）系统动力效应的影响特性,定量分析了内转塔位置、系泊缆材料分布、系泊缆预张力、系泊缆数量、系泊缆布置形式等参数对FPSO系统动力效应的影响,对每个系泊参数采取多个特征量进行比较分析,计算结果表明：转塔位置距船艏柱25%Lpp时风标效应及定位效果最好,多成分系泊缆材料分布采取下端钢链9%、聚酯缆90%、上端钢链1%时,系泊缆数量取9根且为3组×3根/组布置时定位效果最好,缆绳受力最小.以FPSO水平偏移量与系泊缆的安全系数为目标,提出了一套系泊系统的优选方案,计算结果表明系泊性能优良,与初步设计方案相比有了显著地提高.文中的计算及分析结果对内转塔式FPSO系泊系统的设计具有一定指导意义.     

浮标系泊结构的参数优化匹配方法研究

针对浅海浮标系泊结构姿态控制问题,进行系统参数优化匹配计算方法研究.首先进行系泊结构力学分析,建立系统的力和力矩平衡方程,推导出系泊系统状态的描述方程;采用系泊系统起锚角和检测设备舱的倾斜角度为约束条件,取锚链型号和重物球质量作为设计变量,建立锚链的垂直高度相对误差最小为目标的系统参数优化匹配的数学模型;用最小二乘法求解非线性方程组,进行分层变量优化计算.所提出的系泊系统结构参数优化计算方法可为浮标系泊系统结构设计提供理论依据.     

FPSO系泊系统设计上的考虑

作为具有高科技含量的系泊系统,是FPSO(浮式生产储/卸系统)的关键组成部分.根据不同的环境条件和作业要求,其系泊方式也是不同的.其中单点系泊系统(Single Point Mooring System,简称SPM)用的最多、最普遍.本文从介绍FPSO系泊系统入手,对目前应用较为广泛的几类系泊方式进行了较为详细的介绍.然后结合实际,重点对FPSO单点系泊系统在设计上需要考虑的内容进行了分析.最后对中国海域FPSO系泊系统的应用进行了简单的介绍.     

两点系泊系统水动力性能分析

介绍两点系泊系统的组成和工作原理,并应用DNV船级社的SESAM软件,以渤中3-2油田两点系泊项目为例进行水动力性能分析,研究了风、浪、流等环境力方向对该系统运动位移和系泊缆张力的影响,得出了该系统适用于存在明显主流向的水域等结论.     

不同系泊模式LNG旁靠超大型FSRU系泊系统设计及水动力性能分析

本文采用规范设计、理论分析和数值仿真相结合的方法,建立LNG船与LNG-FSRU两船旁靠系泊的理论和数值分析模型,对LNG旁靠FSRU码头系泊和软钢臂单点系泊两种典型系泊模式下的转运及卸载作业进行数值分析.同时考虑外部海洋环境风、浪、流组合作用下的综合作业工况,确定FSRU与LNG近距离旁靠作业时系泊设备、缆绳种类、固定式和漂浮式护舷的选型和布置,对LNG、FSRU船的运动特性以及运动过程中缆绳张力和护舷受力开展统计分析,优化系泊系统布置和参数.在系泊系统设计和分析的基础上,根据系泊缆的直径、所受最大张力值,为系泊设备选型提供参考,便于开展码头系泊系统和单点系泊系统布置研究.基于旁靠系泊的设计标准提出LNG-FSRU安全作业的最大允许海况,为LNG-FSRU的运营提供可靠的技术保障.     

Development of study on the dynamic characteristics of deep water mooring system

To meet the needs of those exploiting deepwater resources, TLP and SPAR platforms are used in some areas and are considered excellent platforms in deep water. However, many problems remain to be resolved. The design of mooring systems is a key issue for deep water platforms. Environmental loads in deep water effect the physical characteristics of mooring line materials. The configuration and analysis of mooring systems involve nonlinearity due to this fluid-solid coupling, nonlinear hydrodynamic forces, and their effects on stability of motion. In this paper, some pivotal theories and technical questions are presented, including modeling of mooring lines, the theory and method of coupled dynamics analysis on the mooring system, and the development of methodologies for the study of nonlinear dynamics of mooring systems. Further study on mooring systems in deep water are recommended based on current knowledge, particularly dynamic parameters of different materials and cable configuration, interactions between seabed and cable, mechanisms of mooring system response induced by taut/slack mooring cables, discontinuous stiffness due to system materials, mooring construction, and motion instability, etc.     

系泊系统的时域仿真及其非线性动力学特性分析

应用时域仿真的方法研究了系泊系统的非线性动力学特性。以三阶操纵运动方程为基础,引入定常的风力、潮流作用力和二阶波浪力,建立了系泊系统三自由度的运动微分方程。在此数学模型的基础上,建立了系泊系统的多自由度的计算机仿真模型。在风浪流联合作用的情形下,对一艘单点系泊油轮的动力学行为进行了仿真研究。以潮流速度和系缆程度为分岔控制参数,在参数平面上给出了局部分岔集。研究表明,系泊系统的动力学行为具有强烈的非线性特征。在仿真过程中观察到了吸引子的共存和Hopf分岔。局部分岔集将参数平面分为3个系统动力学行为本质不同的区域。极值系泊力水平与系泊系统的动力学行为有着密切的关系。对于单点系泊船舶而言,顶风顶浪顶流的状态并不一定是最为危险的工况。局部分岔集的确定为系泊系统参数的选择提供了决策依据。     

3000t铺管起重船铺管作业锚泊定位系统设计研究

针对3000t铺管起重船铺管作业时锚泊定位系统的复杂性及强非线性问题,采用准静力法将铺管作业时变连续的锚泊定位系统分解成若干个离散确定时不变的锚泊定位系统,然后对每个离散后的锚泊定位系统作时域动力分析,并将铺管线作为附加的锚泊线处理,此法是比较有效且合理地设计铺管船铺管作业时锚泊定位系统的方法。     

系泊船舶动力学特性的计算机仿真研究

以三阶操纵运动方程为基础，引入定常的风力、潮流作用力和二阶波浪力，建立了系泊系统三自由度的运动微分方程。在此数学模型的基础上．建立了系泊系统的多自由度的计算机仿真模型。在潮流作用、潮流和风作用以及风浪流联合作用等三种情形下，对系泊船舶的动力学响应分别进行了仿真研究。研究表明，系泊系统的动力学行为具有强烈的非线性特征。对于单点系泊船舶而言，在定常的风浪流作用下．顶风顶浪顶流状态并不一定是最为危险的工况。     

一种基于Taylor展开的系泊刚度矩阵计算方法

系泊系统对于船舶及海上浮式结构物的定位十分重要。钢质系泊缆索是业界广泛采用的一种形式。由于其提供的恢复力与浮体位移之间呈现非线性关系,故针对此种系泊方式基于Taylor展开方法得到了非线性的刚度系数及相应的系泊刚度矩阵,研究了其在系泊定位及水动力计算方面的应用。分析表明该方法可以较为方便地计及刚度非线性的影响。     

串联浮筒锚泊系统的静力位形及内力分析

向量式有限元法作为一种结构行为分析的创新性方法，在处理复杂边界条件下的几何非线性问题方面具有极大优势。本文详细介绍了向量式有限元法的基本原理和建模求解过程，将锚线离散为一系列质点的集合，采用空间杆单元模拟质点间的相互作用。对比锚线在静水平衡状态下的特性响应，在此基础上对串联浮筒的不同方案锚泊系统形态、张力值以及回复力等特性进行深入分析。结果表明向量式有限元法与其他建模方法在位形确定和张力分析方面吻合度极高，而由于其在建模求解方面的简洁性，为各种锚泊系统的特性分析提供了一种新的数值模拟方案。     

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。     

风浪流联合作用下软钢臂系统的受力研究

海洋的环境载荷复杂和多变,而海洋的环境工况又决定着系泊系统的受力情况,因此海上系泊系统的安全越来越重要。本文针对渤海海域某水上软钢臂单点系泊系统的方案设计,基于大型水动力软件 AQWA,得到目标船舶频域计算下的水动力参数和系泊系统的时域耦合动力分析结果。重点分析在不同的风浪流夹角对系泊系统受力的影响,以此预报最危险工况,为后续有关系泊结构、塔架以及连接处万向节的强度和疲劳校核提供依据。分析结论亦可为同类系泊系统提供参考。     

An integrated methodology for the design of mooring systems and risers

Traditionally, the design of mooring lines and risers of floating production systems (FPS) has been performed separately, by different teams, employing uncoupled analysis tools that do not consider the nonlinear interaction between the platform hull and the mooring lines and risers. Design processes have been focused on fulfilling the design criteria of the respective component (mooring/riser) alone, with few or no consideration to the other component, and little interaction between the design teams. Nowadays the importance of employing analysis tools based on coupled formulations is widely recognized, and analysis strategies have been proposed to consider feedback between mooring lines and risers within their respective design processes.In this context, this work details a proposal of one single and fully integrated design methodology for mooring systems and risers for deep-water FPS. In this methodology, the design stages of both risers and mooring lines are incorporated in a single spiral, allowing the full interaction of different teams; mooring design implicitly considers the riser integrity, and vice-versa, leading to gains in efficiency and cost reduction.Different analysis strategies are employed, taking advantage of uncoupled and coupled numerical models. The models generated at the initial/intermediate design stages can be reused in subsequent stages: simpler models are used in the initial stages, and more refined models are gradually introduced, to reach an ideal balance between computational cost and accuracy of results. In the advanced stages, the exchange of information between mooring/riser also allows the definition of criteria for the selection of governing/critical loading cases to be revised and verified in detail. This leads to the reduction of the original loading case matrix, allowing a feasible use of time-consuming fully coupled analysis.Results of a case study illustrating the application of some of the main processes of the methodology are included.     

深水悬链复合锚泊线疲劳损伤计算

以某座Spar平台的锚泊系统为研究对象,首先利用三维绕射理论计算Spar平台主体波浪力,得到平台的总体运动响应时程。再建立复合锚泊线的二维非线性有限元动力分析模型,基于DelVecchio(1992)提出的经验公式,采用迭代的方法计算复合锚泊线的刚度。锚泊线和海床之间的接触作用基于刚性海床假定,基于Morrison公式计算锚泊线的惯性力和拖曳力荷载,根据计算得到的平台主体运动响应时程作为锚泊线顶端输入条件,在时域范围内进行复合锚泊线的动力分析。计算得到中国南海某海域各短期海况条件下复合锚泊线应力的时间历程曲线,采用雨流法对其计数得到对应于各短期海况条件下的疲劳载荷谱。最后根据Miner线性累积损伤模型,对复合锚泊线在长期海况条件下的疲劳损伤进行比较计算。