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。     

带有弹性索的潮流能电站系泊系统的设计及特性

基于漂浮式潮流能电站,设计开发一套带有弹性索的系泊系统。以悬链线理论为基础,分析系泊系统中加入弹性索的长度及不同水深下其对系泊系统的影响。研究发现:当工作在水深小于60 m的浅水海域时,弹性索对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。     

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。     

近岛礁浅水环境下浮式平台系泊系统设计研究

基于有限水深格林函数、Morison公式和时域耦合动力分析方法,以一近岛礁半潜式生产生活平台为研究对象,分析了传统系泊方式(悬链线式和张紧式)和桩柱式系泊方式下平台的运动和系泊系统动力响应。结果表明,通常应用在中深水海域的传统系泊方式,在近岛礁浅水环境下使用时会出现一系列的问题,且进一步优化的空间较小。而文中提出的新型桩柱式系泊系统,很好地解决了传统系泊方式在浅水中存在的问题,且使得船舶的停靠变得更加便利。该文中的分析结果可为平台的水池模型试验和浅水环境下浮式平台系泊系统的进一步设计提供参考。     

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。     

浅水浮式平台多点系泊系统适用性研究

为研究浅水海域船型浮式平台多点系泊系统的适用性,以某船型浮式平台为例,设计了2套多点系泊系统。利用AQWA水动力软件,基于三维势流理论,计入风、浪、流的联合作用,分别对悬链式和张紧式多点系泊系统进行时域耦合分析,得到了浮体的六自由度运动和各系泊缆的张力。计算结果表明,张紧式系泊系统浮体平动位移小,横摇幅值较大,各系泊缆张力较大,系泊缆张力不满足规范要求;悬链式多点系泊系统浮体平动位移相对较大,各系泊缆张力较小,浮体的水平偏移和系泊缆张力都满足规范要求。悬链式系泊系统性能较优,不过水平位移仍然需要重点关注。本文研究成果对浅水船型浮式平台多点系泊系统的设计有一定的参考价值。     

非对称系泊系统作用下浅水浮式海洋平台运动耦合分析

选择地理位置、区域环境较为关键的岛礁,建立浅水浮式海洋平台,具有重要意义。应用在岛礁浅水区域的浮式海洋平台,由于受地理环境限制,很难设计对称式系泊系统。因此,本文设计2种典型非对称式系泊系统布置方案,基于TMA浅水波浪谱理论,对2种非对称系泊系统作用下浮式平台的水动力响应进行时域数值计算,计算结果与对称式系泊系统作用下结果对比分析,获得了非对称系统状态下平台运动响应特点及系泊张力分布特点。     

局部系泊失效下半潜式平台的动力响应特性

运用ANSYS/AQWA软件建立半潜式平台和锚泊系统的三维分析模型,研究平台主体的运动响应特性和系泊链张力响应特征,并对系泊链断裂前后2种状态下的平台动力响应特性进行对比分析。结果显示:当局部系泊链断裂后,系泊链最大张力最高增加18.07%,系泊链的可靠性最高降低了146.16倍;而平台的横摇角最大值增加了15.99%,横荡最远距离增大100%;系泊链3断裂时,平台的纵荡最远距离增大116%。因此,需要避免环境载荷迎面系泊链断裂的情况,一旦发生断裂,需要立即采取措施,以避免系泊系统发生连锁失效反应,同时采取适当措施降低平台横荡、纵荡和横摇的增加,从而保证平台和人员安全。     

长周期波浪影响下连片式码头系泊布置优化

为改善长周期波浪影响下连片式码头的泊稳条件,结合工程实例,利用数值分析软件分析长周期波浪作用下连片式码头系泊船舶的缆绳张力、船舶运动量特点,提出改善长周期波浪影响下泊位系泊稳定性的关键因素。结果表明,随着波周期的增大,系泊船舶的缆绳张力、船舶运动量均会显著增大;系泊优化的关键在于增加系泊体系的弹性以便吸收船舶的动能量。系泊优化措施包括增加缆绳长度、采用非刚性缆绳系泊或增加缆绳的尼龙尾缆长度。采取系泊优化措施后,可大幅降低长周期波浪作用下缆绳张力,达到系泊布置优化目的。     

深水半张紧系泊系统设计研究

对比分析作业水深、锚基础垂向负载能力与平台许用水平偏移量等因素对深水半张紧型系泊缆结构设计的影响。以1座深水FDPSO平台为例,分别采用悬链线与半张紧型模式对其进行系泊设计,并采用准静力法对系统整体的动力响应进行分析。结果表明:与传统的悬链线系泊系统相比,半张紧型系泊系统可有效降低系泊水平辐射距离,并节约可变载荷,减少整体用钢量,但会增加系泊回复刚度中的非线性效应,可能导致缆绳张力的突然增大,设计阶段应予以重视。     

可调式水下软刚臂单点系泊方案试验研究

针对渤海浮式生产储卸油轮(FPSO)浅水系泊,提出一种简易可调节式水下软刚臂(YOKE)单点系泊方案。该方案对传统单点进行改进,将军柱移到水下,无水上系泊塔,减小了载荷作用;其系泊臂为水下可调节刚性结构,可按作业水深调节FPSO的铰接点。对方案进行模拟试验,包括FPSO满载和压载、百年一遇和作业工况。试验主要考察方案运动和系泊力并与理论计算进行对比分析。结果显示:试验值大多小于理论值,它们的误差除横荡在15%左右外,其余误差基本在9%以内。     

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。     

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.     

超大型浮体单模块在浅水斜底系泊下的动态响应

岛礁附近的海域通常水深极浅且海底为斜坡,在这类海域中,浮式结构物对环境载荷的动态响应与其在深水中的表现会有较大差别。本文研究超大型浮体的单模块在浅水斜底海域中对风浪载荷的动态响应,分别通过Orca Flex数值计算和模型试验得到了单模块横荡和横摇运动的时历及统计数据以及锚链张力的统计结果。结果显示定常风对单模块运动的稳定性以及锚链的最大张力影响较小,而波浪载荷对单模块运动及锚链最大张力都有显著的影响。     

深水半潜式钻井平台码头抗台风系泊计算分析

深水半潜式钻井平台在码头舾装的周期较长,为确保安全,需对其码头系泊系统进行计算,以得到合理的系泊布置方式。以某深水半潜式钻井平台的码头系泊系统为例,进行风、流载荷共同作用下的抗台风系泊计算分析,建立了多浮体混合带缆系泊系统。     

浮式风机浅海区域系泊系统定位特性研究

由于水深较浅,水下地形和环境复杂,浅水海域浮式风机系泊系统的设计具有较大难度。以X1 Wind公司设计的X30浮式风机结构为母型,针对悬链线式、半张紧式和张紧式系泊方式,设计了8套不同的系泊方案,开展浅海区域浮式风机多点式系泊系统特性研究。通过水池模型试验修正数值模型,通过计算获得各系泊方案的定位特性,为浅海区域浮式风机系泊系统设计提供参考。     

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。     

大型集装箱船码头系泊及抗台风计算分析

运用BV(法国船级社)系泊分析软件ARIANE7.0.2对某10000TEU集装箱船码头系泊状态进行研究,采用时域计算方法分析了风、流载荷共同作用下预张力、缆绳材质和系泊布置等对系泊系统张力的影响。结果表明:确定合适的预张力能够改善系泊系统的受力状态;弹性模量的取值大小对缆绳张力影响明显;缆绳配置数量并非越多越好,同时要尽量避免系泊缆的垂向角度过大。还给出了满足台风状态下码头系泊安全要求的系泊布置方案。     

缆绳预张力和刚度对自升式平台码头系泊性能的影响

在台风等恶劣环境下,自升式平台在码头进行舾装、维修作业时极易发生碰撞事故,需要对其进行码头系泊。系泊方案一般采用中间垫靠驳船的方式。本文利用流体软件Fine/Marine计算平台的风、流载荷系数,结合系泊软件Orcaflex模拟了在台风状态下自升式平台码头系泊系统,通过给缆绳设置不同预张力和刚度,计算分析最终系泊缆绳受力和平台运动。结果显示施加预张力和增加缆绳刚度均能减小缆绳最终受力和平台运动幅度,而且增加刚度的效果好于增加预张力;每根缆绳预张力大小还应保证一致,更有利于系泊系统稳定性。所得结论对于自升式平台码头系泊方案设定具有重要意义。     

深海平台复合单系泊缆形状和张力分析

以一工作水深为310 m的转塔式浮式生产存储系统为例研究了复合单系泊缆索静力特性的计算方法,用C++编写了基于悬链线方程式的深海平台系泊缆形状和张力的分析计算程序,计算并分析了复合单缆在无浮筒重物、只有浮筒、只有重物、既有浮筒又有重物四种情况下的形状和张力,为动力计算提供条件。本方法简单直观,并且完成一次计算所耗时间不到1 s,特别适合于需要多次迭代计算复杂系泊系统静力特性的等效水深截断系统优化设计。