带有弹性索的潮流能电站系泊系统的设计及特性

漂浮式电站潮流能发电机组依托于浮式载体,其系泊系统关系着潮流能电站的安全运行与生存。关于载体系泊系统的研究,目前主要集中在海洋钻井平台方面,而关于以潮流电站为代表的浅水系泊的开发研究相对较少。本文基于漂浮式潮流能电站,设计开发了一套带有弹性索的系泊系统,以悬链线理论为基础,分别分析了系泊系统中加入的弹性索长度及不同水深下对系泊系统的影响。研究发现,当工作水深小于60m的浅水海域时,对于系泊张力的作用显著,张力的最大值可以减少37%,具有极大的工程应用前景。     

考虑结构弹性变形的超大型浮体锚泊系统时域耦合分析

通常的系泊系统运动和张力分析只考虑浮体作为刚体的自由度运动。然而,当浮体尺度达到一定程度,浮体会在波浪激励作用下产生弹性变形,弹性变形会对系泊缆的张力产生影响。本文基于浮体三维频域水弹性分析方法和系泊缆静力分析方法,建立锚泊系统时域耦合分析方法,获得更加真实的系泊缆张力特性以及浮体的运动特性,在时域模拟中考虑了风、浪、流环境条件对浮体运动和系泊缆张力的作用,同时根据浮体三维水弹性频域计算结果获取浮体弹性变形在系泊点处产生的位移,建立浮体弹性变形对系泊缆张力贡献的计算方法,并针对一布置于400 m水深海域的超大型浮体,计算了浮体的弹性变形对系泊缆张力的贡献。     

系泊索对系缆力及船体运动量的影响研究

以均衡系泊索张力、减少船体运动量为目标,调整主缆材质或直径、预张力施加、绞盘至导缆孔距离及批芭结等参数,应用Optimoor软件进行模拟分析,可知:当选用大弹性系泊索或减少其直径、增加其长度时,可减小系缆力;当施加预张力或增加系泊索刚度时,可减少船体运动量;当通过施加预张力或设置批芭结等方式调整系泊索弹性时,可均衡并减小其受力。     

一种组合系泊系统及其系泊特性影响研究

为了在较低的成本下更大程度地减小浮体的运动,文章提出了一种组合系泊系统的概念,并基于三维势流理论,当系泊形式为锚链、重块、弹性索以及它们之间的组合时,运用AQWA软件计算了系泊浮体在不规则波中的运动响应。在几种不同的工况下,通过比较浮体的响应和锚线张力,发现有弹性索时浮体运动和张力明显减小,当弹性索长度增加时,运动和张力减小得更多。当弹性索长度一定时,位置的变化对浮体运动和锚链张力响应不大。带沉子时浮体运动减小,同时锚链张力增加得也不多,文中的发现在工程使用中具有很重要的参考和借鉴意义。     

一种适合浅水浮式风电的低张力混合系泊系统

与传统海洋工程浮式平台相比,漂浮式风电可能作业的水深下限更小,在中国已有水深为30 m的漂浮风电应用案例。在浅水漂浮风电系统设计时,其系泊系统会遇到显著的安全性和经济性挑战,比如悬链线系泊系统需要巨大的系泊半径,而张紧式系泊会承受极大的动态载荷,2种系泊方式都会大幅增加系泊成本,严重阻碍浅水漂浮风电的商业化发展。文章提出了一种“低张力混合系泊”,通过在系泊索上间隔布置浮筒与重块,从而形成一个具备波频动载荷缓冲特性的柔性系泊系统,使其具有合理的的水平刚度,避免系泊系统固有频率接近波频,大幅降低系泊索的动态载荷,进而降低系泊成本。需要指出的是,文章所提出的“低张力混合系泊”系统也可适用于其他海上浮式结构物,尤其在浅水条件下。     

深水单根多成分系泊缆的静力分析

给出基于悬链线方程的深水单根忽略弹性的多成分系泊缆的静力分析方法,并以一工作水深为1000 m的两成分系泊验证该方法的正确性。运用迭代法和二分法相结合的计算方法准确、快捷地得到系泊缆形状关键数据,绘制悬链线图,完成系泊的静力分析。最后计算工作水深为2000 m的三成分系泊缆的静力特性,并给出张紧状态时的水平预张力。     

深水单根多成分系泊缆的静力分析

给出基于悬链线方程的深水单根忽略弹性的多成分系泊缆的静力分析方法,并以一工作水深为1 000 m的两成分系泊验证该方法的正确性。运用迭代法和二分法相结合的计算方法准确、快捷地得到系泊缆形状关键数据,绘制悬链线图,完成系泊的静力分析。最后计算工作水深为2 000 m的三成分系泊缆的静力特性,并给出张紧状态时的水平预张力。     

深水Spar平台在不规则波中的运动响应

南海水深一般在500m到2000m,属于深水区,Spar平台的适用水深为500m到3000m,是深水开发的经济型平台.对系泊于2000m水深的Classic spar平台在不规则波作用下的运动响应和缆索张力进行了数值模拟.首先通过频域方法得到Spar平台的波浪作用力传递函数、附加质量和辐射阻尼,然后通过快速傅立叶变换将频域结果转换到时域;基于全量的拉格朗日表述和两节点的等参索单元,应用几何非线性有限元方法和Newmark方法计算系泊缆索张力;应用四阶龙哥库塔法计算时域运动方程,得到Spar平台的运动响应和缆索张力.采用JONSWAP波能谱生成不规则波面,考虑了谱峰升高因子不同取值的影响,分析了二阶漂移力、不同缆索初张力和缆索刚度对于系泊系统的影响.     

深水半潜式平台张紧式系泊系统优化设计研究

针对2000m工作水深12点多成分张紧式系泊系统,采用时域耦合动力分析方法,研究不同浪向完整条件和一根系泊缆断裂的破损工况下浮体运动和系泊缆张力特性。改变系泊系统参数,定量探究其影响系泊系统的一般规律,提供满足API[1] [2]规范要求的系泊系统优化设计方案。结果表明：增加系泊缆根数可以有效增强平台定位能力;通过合理选择预张力倾角、预张力大小、系泊缆夹角等,可以大幅度改善平台的运动响应和系泊缆动态响应。     

深水半潜式平台张紧式系泊系统优化设计

针对2 000 m工作水深12点多成分张紧式系泊系统,采用时域耦合动力分析方法,研究不同浪向完整条件和一根系泊缆断裂的破损工况下浮体运动和系泊缆张力特性。改变系泊系统参数,定量探究其影响系泊系统的一般规律,提供满足API规范要求的系泊系统优化设计方案。结果表明:增加系泊缆根数可以有效增强平台定位能力;通过合理选择预张力倾角、预张力大小、系泊缆夹角等,可以大幅度改善平台的运动响应和系泊缆动态响应。     

水深对FPSB多点系泊系统特性的影响研究

针对某服役于南海海域的大型"浮式处理与补给基地"(FPSB),采用准动态方法对其辐射状系泊系统展开多方面研究。采用三维势流理论计算了FPSB的水动力性能,获得系泊定位分析所需的附加质量、势流阻尼、船体慢漂载荷以及船体运动RAO。分析水深对FPSB多点系泊系统定位能力的影响,研究不同水深条件下,船体的偏移和系泊缆张力的特性。计算表明,水深对系泊系统的几何特征、定位性能均产生一定影响;此外,当水深变化引起系泊系统的定位能力减弱而无法达到规范要求时,还给出相关的解决措施,为实际工程操作提供有价值的参考。     

深海浮式平台系泊索分析方法研究

探索深海浮式平台系泊索的非线性有限元分析方法,以极端海况下的某型深海半潜式平台系泊索为例,研究采用ＡＢＡＱＵＳ软件进行系泊索非线性分析的建模方法、分析步骤,并利用专业海洋工程软件ＨＡＲＰ验证了该方法的可行性。在此基础上,分析了海底与系泊索触底段的相互作用对系泊索顶端张力的影响。     

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.     

海底地形及弹性对绷紧式系泊系统静力特性影响研究

选取1?500?m的Spar平台工作为例,分析其绷紧式系泊系统的静力特性,并开发了以C++语言为基础的程序,用于计算单根纤维系缆张力、系泊系统的总水平恢复力-位移特性和总垂直恢复力-位移特性。建立海底等效弹簧模型分析不同海底地形对单根系缆的张力-位移特性的影响,重点研究了不同海底弹性基础的系缆张力、系泊系统总水平和总垂直恢复力-位移特性,为绷紧式系泊系统的数值分析及理论研究奠定了一定基础。     

新型多筒式FDPSO概念设计及其系泊系统分析

为研究新型多筒式浮式钻井生产储卸油轮（FDPSO）的系泊系统及其动力响应特性,评估其系泊系统的疲劳性能,针对新型FDPSO的总体布置,以中国南海1 000 m水深为背景,设计新型储油装置的系泊系统,研究系泊点和导缆孔、系泊缆布置及系缆的结构形式。考虑腐蚀和南海风浪条件,计算系泊系统的动态响应,校核系泊系统的强度,计算系泊状态FDPSO的运动响应和系缆张力。考虑南海西沙波浪分布,采用S-N曲线以及Miner线性累计损伤理论,并采用雨流计数方法,对系泊系统进行疲劳分析。结果表明,设计的多筒式FDPSO的系泊系统能够满足作业定位的要求,可以抵御百年一遇的风浪作用,疲劳寿命大于设计寿命的3倍。     

卸载浮标系统运动响应分析*

深水卸载浮标系统具有相对较小的排水量和惯性,其系泊缆索的质量、阻尼和刚度会对卸载浮标系统产生非常大的影响,因而对浮标和其系泊系统进行准确的耦合动力响应分析十分重要.应用边界元方法计算浮标的水动力,通过快速傅立叶变换,将频域计算结果变换到时域;基于全量的拉格朗日表述和两节点的等参索单元,应用几何非线性有限元方法和Newmark方法计算了系泊缆索张力;最后应用四阶龙哥库塔法计算浮标及其系泊缆索的时域耦合运动方程,得到浮标运动响应和缆索张力.     

一腱断裂下深水张力腿平台非线性动力响应及系泊特性研究

张力腿平台采用特殊的垂直系泊系统,属于半顺应半刚度式平台,平台主体-系泊系统-立管之间的耦合动力响应是张力腿平台设计的关键,直接影响平台的安全性和可靠性。文中首先采用数值模拟和模型试验相结合的手段对一座工作水深为500m的张力腿平台运动响应和系泊特性进行了对比验证,模型缩尺比为1：40,试验在上海交通大学海洋工程国家重点实验室进行,数值计算采用SESAM软件。在试验验证的基础上重点对一腱断裂的前、后平台水动力性能进行了对比分析,重点关注有义波高、特征周期以及浪向角等因素对六自由度运动响应以及张力腿张力特性的影响。     

一腱断裂下深水张力腿平台非线性动力响应及系泊特性研究（英文）

张力腿平台采用特殊的垂直系泊系统,属于半顺应半刚度式平台,平台主体-系泊系统-立管之间的耦合动力响应是张力腿平台设计的关键,直接影响平台的安全性和可靠性。文中首先采用数值模拟和模型试验相结合的手段对一座工作水深为500m的张力腿平台运动响应和系泊特性进行了对比验证,模型缩尺比为1:40,试验在上海交通大学海洋工程国家重点实验室进行,数值计算采用SESAM软件。在试验验证的基础上重点对一腱断裂的前、后平台水动力性能进行了对比分析,重点关注有义波高、特征周期以及浪向角等因素对六自由度运动响应以及张力腿张力特性的影响。     

基于混沌算法的等效水深截断系泊系统优化设计

为替代全水深系统进行混合模型试验,设计了等效水深截断系统。同时考虑总系泊系统以及具有代表性的单根系泊缆静恢复力特性相似,采用改进的变尺度混沌算法对等效水深截断系泊系统进行优化计算。选取了一工作水深为1500m的新型单柱式(Spar)平台,对其截断水深为700m的等效截断系泊系统进行优化设计,数值试验结果表明,截断系统的设计是合理的、可靠的。     

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.