S型铺管船固定式托管架设计

以某铺管船设计项目为依托,本文介绍了固定式托管架的基本设计、结构设计和连接锁紧装置设计及计算。该托管架总长约79 m,高约7 m,铰点间距15.5 m,可应用于水深最大为350 m、管径为4 in～60 in（1 in=2.54 cm）的管线铺设,并可在5级海况（风速22.7 m/s,有义波高4.0 m）下待命而不弃管。     

深水铺管船托管架总装工艺探讨

托管架是深水管道铺设中的重要设备之一,结合深水铺管起重船托管架建造项目,针对托管架的装配特点,从托管架的制造精度控制、虚拟装配、吊装、工装设计等方面对深水铺管托管架的海上总装工艺进行了探讨,进而为大型结构物的海上装配提供了技术参考.     

基于Workbench-AQWA的铺管船托管架结构时程分析

选择上海振华重工设计制造的用于铺设海底管道铺管船托管架作为研究对象，通过AQWA软件得到铺管船与托管架的运动响应幅值算子（RAO），并通过时域分析计算铺管船与托管架在实际海况下的波浪载荷和加速度时程；采用OFFPIPE软件对不同管径、水深的管道-托管架模型（线-点模型）进行动态铺设分析并得到托辊反力；根据托管架受载的特点，以加速度时程作为托管架的载荷条件对其进行结构时程分析，对比在规则波与不规则波海况下的应力水平。研究成果为后续托管架设计奠定基础。     

深水铺管船托管架铰座和A架基座的制造与安装精度控制

以“海洋石油201”船（3000m深水铺管起重船）艉部铺管系统托管架上下铰座的制造安装为例,介绍托管架铰座和A架眼板基座确定零件切割、加工精度和余量,部件装配精度,上下铰点相对精度及控制方法,为后续产品建造提供思路。     

托管架结构的动力响应分析

S型铺管法的铺管船、管道与托管架之间存在很强的动力耦合作用,难以依靠理论或数值方法准确地得到管道对托管架的动力作用。因为设计荷载的未知,托管架在铺设时的动力响应也难以确定。本文提出了一种能够分析托管架动力响应的方法,利用模型试验测量托管架的托辊动荷载,并建立原型托管架的有限元模型,将托辊动荷载及船体运动作为时域分析的荷载和边界条件引入有限元模型,并根据工程规范对托管架的动强度和动刚度分别进行了验证。     

深水海底管道铺设托管架模型试验研究

针对深水铺管船的托管架,运用半实物仿真试验系统进行了研究,设计了比尺为1:20的室内托管架模型试验,运用研发的运动台模拟铺管船运动,通过半实物仿真试验,测试和分析了深水S型托管架在铺设过程中的关键力学行为。     

基于管道极限承载能力分析的深水S型铺管托管架基本设计研究

S型铺管托管架是铺管系统中的重要装备,起到支撑管道和引导管道入水的作用。其基本设计流程是一个复杂的循环过程,涉及铺管船推进力、张紧器张力、待铺设管道的尺寸和铺设水深等诸多参数的平衡和优选。本文基于下弯段管道在弯曲、拉伸和外压综合荷载作用下的极限承载能力分析,求解了铺管船推进力和张紧器拉力,并以此为边界条件推导了托管架长度的参数公式。以2500米水深铺设12英寸管道为例计算了所需的托管架曲率半径和设计长度,该计算方法可为S型铺管船托管架的基本设计提供参考。     

柔性托管架伸缩式机构设计

国内对托管架的研究大多将其视为固定半径的刚性结构,其难以适应复杂多变的深海环境,柔性托管架核心技术被国外公司所垄断,且未公开完整的设计流程。本文以柔性托管架的伸缩式机构为研究对象,对常见的石油装备驱动机构进行分析,基于层次分析法选择最佳机构;对伸缩机构所在管段组进行有限元分析,设置参数改变管段组运动状态,分析伸缩机构对其力学性能的影响。研究为伸缩机构的设计和制备提供科学依据与研究基础,以期在柔性托管架领域得以应用和实践。     

管道铺设动力耦合作用的混合实验研究

针对S-Lay管道铺设过程中,受船体运动的影响,托管架与管道之间存在着很强的动力耦合作用,难以从数值方法上进行解耦和分析的问题,提出用混合实验方法研究托管架与管道的动力耦合作用。以某个托管架的极限铺设工况为例,实验结果表明,船体运动对托辊荷载有明显的动力缩放效应,托辊动力荷载比静力荷载增大了20%~30%;同时也验证了托管架的设计参数满足极限铺设工况要求。     

深水S型铺管作业参数敏感性分析

基于集中质量法原理,考虑海床、离散型托管架和海流等边界条件,忽略阻尼、摩擦和扭转,分析水深、管径、壁厚、托管架半径和长度等参数变化对S型铺设管线力学性能影响的一般规律,为深水S型铺设作业设计提供参考。     

深水S型铺管作业中托管架多参数优化

合理地调整托管架滚轴位置,可以保证深水S型铺管作业安全,提高铺设效率。基于集中质量法理论,考虑海床、海流的影响,建立深水S型铺管的三维管线数值模型,用Newton-Raphson法展开,对离散型托管架模型进行静力迭代求解。在静力求解基础上,以管线最大弯矩最小为目标函数,用进化差分算法对离散型托管架的滚轴高度和每段托管架的角度等众多参数进行优化。通过算例验证了优化方法的有效性。优化后的弯矩可比原设计减小10.9%。     

基于频域的S-lay托管架疲劳分析

根据船体随机荷载对托管架的影响,用等效质量的方法将托管架-管道进行解耦,用虚拟激励法建立船体随机运动作用下托管架的虚拟动力学方程,并将虚拟激励法的平稳随机振动分析转化为简谐振动分析,利用ANSYS求解,应用Dirlik方法得到托管架的疲劳寿命,提出在频域内利用ANSYS和虚拟激励法对托管架进行疲劳寿命评价的方法。     

深水S型铺管托管架结构的非参数化敏感性分析

托管架是铺管作业的大型设备,其安全性对作业安全极为重要。针对托管架结构损伤实时监测这一目标,对深水作业状态的托管架结构进行整体和局部刚度校核、强度校核,并用设计波法校核了深海铺管作业的稳定性,在上述所得托管架结构的基本力学数据基础上,对托管架的构件进行了整体变形、局部变形、整体应力分布、疲劳易发点应力水平、关键连接杆应力水平和主弦杆多杆交汇处应力水平的敏感性分析,找出了托管架结构的关键构件,作为实时监测的测量点,为结构损伤实时监测做出了至关重要的准备性工作。     

千米级水深铺管船托管架铰支座改造设计研究

本文简要介绍了海洋石油201铺管船在千米级水深铺管工况下的船体强度校核及托管架铰支座改造设计方案。为适应千米级水深海底管道铺设作业的使用要求,遂对正常铺管工况(空管)、极端铺管工况(管道进水)和生存/待命工况下的船体及托管架铰支座结构强度进行有限元分析,其结果显示在船体与托管架铰支座连接处的结构存在应力超值的情况,不满足规范要求。因此,需对托管架铰支座及附近的船体结构进行加强改造设计,使船体及铰支座结构强度均满足规范要求,满足千米级水深海底管道铺设的使用要求。     

S型铺管中上弯段管道受力研究

在使用S型铺管法铺设海底管道过程中,位于托管架上的管道(简称为上弯段)因受到较大的张力、弯矩及托管架的支撑反力作用,容易发生局部屈曲破坏。文中将托管架简化为连续型和滚轮支撑型两种,对连续型托管架上的管道进行了理论研究,并利用非线性有限元方法模拟了滚轮支撑作用下海底管道的受力状态。然后以12英寸管道为例,将两种托管架上的管道应变分布进行了对比。结果表明在连续型托管架上管道应变是一条直线;而滚轮支撑托管架上应变为波浪线,在滚轮作用处较大,滚轮之间较小。而且,应变随着张力的增大而增大,随托管架半径的增大而减小。     

作业状态下铺管船托管架联合体的水动力性能研究

本文将铺管船托管架联合体为研究对象,对100%装载铺管和10%装载铺管两个极限工况进行数值模拟计算。以此为数据基础,对铺管船铺管作业期间多个浪向下的水动力性能进行研究。通过多海况多浪向下的船舶运动计算结果对比,详细分析托管架对铺管船水动力性能的影响。结果托管架对于船体的垂荡运动的影响较大,并随浪向的变化而不同。且加装托管架后,船体的横摇运动大幅减弱。     

某起重铺管船航行中的托管架绑扎校核与结构分析

基于MOSES软件,建立某起重铺管船的船体模型及船体-托管架模型,计算船体-托管架在极限工况下的运动响应,得到船体-托管架的响应幅值算子(Response Amplitude Operator, RAO)值,将RAO值导入结构分析计算机系统(Structural Analysis Computer System, SACS)进行船舶航行中的托管架绑扎校核与结构分析。计算结果显示,在极限环境条件下,该船的稳性、总纵强度及艉部托管架结构均满足航行安全要求。计算方法可为同类船舶的航行安全提供参考。     

基于ANSYS的深水海底管道铺设受力分析

采用ANSYS11.0研究深水海底管道铺设过程中管道变形及受力。针对海底管道铺设边界的特殊性,提出了边界处理的新方法。根据管道在触地点处所受海底反力为零的假设,利用ANSYS参数化设计语言(APDL)编程迭代,寻找出管道触地点;根据给定的托管架形式,迭代求出管道与托管架的分离点。利用pipe59单元模拟管道的大位移非线性变形,分析了张紧力、水平力、悬跨段弯矩、悬跨段长度及管道与托管架的分离角之间的关系,据此工程人员可以根据所要控制的悬跨段弯矩计算所需的张紧力和入水角。最后通过与OFFPIPE专用软件所得结果进行比较,说明方法的可行性与准确性。     

浅水铺管船托管架连接点损伤分析和优化设计

针对由特厚高强度钢板组焊而成的托管架连接点结构在实际工程中的损伤情况,文中通过对典型工况下铺管船托管架、铺设管线和船体的整体有限元分析及损伤区域局部有限元分析,利用ABAQUS/Explicit显式分析方法,对最大环境载荷及操作载荷下的构件进行应力分析和低频冲击载荷分析,探讨了结构变形和损伤产生的原因和设计的优化方向。     

动力定位作用下S型铺管作业耦合运动分析

文章建立了S型铺管船的船体、托管架和管线动态耦合模型。考虑了海浪、风和海流载荷作用下以及动力定位系统的控制下,分析时域内管道对船舶运动和受力特点的影响。主要包括：建立起重铺管船的动力定位运动模型,建立基于碰撞-接触原理的V型托辊和托管架模型,设计具有PID伺服系统的张紧器模型,提供连接托管架和船尾的非线性弹性铰接模型。进行时域动态模拟得到结果,通过与非铺管作业工况下的运动响应的对比表明,管线对船舶横摇运动影响较大,对纵摇和垂荡运动有一定程度的影响;管道对船舶纵荡、横荡和艏摇三个自由度上的受力影响极大。