浮式风机基础非对称式系泊系统设计方法

浮式风机在离岸工作时,通常需要运维船靠泊风机基础进行定期维护保养等作业。为了避免运维船作业时与浮式风机的锚链碰撞造成事故,浮式风机基础的系泊系统应当采用非对称设计,为运维船靠泊留出足够的操作空间。为了解决非对称系泊系统在不同环境力方向定位能力相差较大的问题,提出浮式风机非对称式系泊系统设计方法,将非对称系泊系统设计转化为一个多目标优化问题,结合非占优排序遗传算法（NSGA-II）优化系泊系统参数,保证风机基础全环境力方向上系泊定位安全性。     

海上半潜式浮式风机平台系泊系统对比研究

选取5MW-OC4深水半潜式浮式风机平台为参考模型,利用AQWA软件建立半潜式浮式风机平台模型,在频域范围内计算浮式风机平台运动响应,得到平台幅频响应曲线,以验证数值分析的可靠性。选取3种浮式风机平台系泊系统,对比研究系泊系统改变对浮式风机平台运动响应的影响规律,同时分析极端环境条件下单缆失效对浮式平台运动响应及系泊缆张力的影响。计算结果对浮式风机平台系泊系统的优化设计有一定的参考意义。     

半潜型浮式风机运动特征及系泊系统的研究

近年来海上浮式风机的研究备受关注,安全可靠的系泊系统将保证风机在风、浪、流等复杂环境荷载作用下稳定运行,准确合理地描述风机运动将为评估风机发电效率提供支持。以半潜型浮式风机的系泊系统为研究对象,基于经典悬链线理论,采用准静态分析法提出一套系泊系统的设计方法。通过坐标变换,得到风轮真实的俯仰运动用于计算风机的动力效应及评定其发电效率。采用动力法分析了系泊系统锚链的导缆孔位置、预张力大小、锚链间夹角等参数对风机系统发电效率、浮式平台运动性能和系泊锚链张力的影响,得到了浮式平台迎风面俯仰倾角、水平偏移及锚链张力随参数的变化规律,为半潜型浮式风机系泊系统的设计提供了参考。     

新型干树半潜平台系泊系统的时域耦合分析

我国海洋油气开发正逐步从近海浅水区域不断往远海深水区域发展。随着水深的增加,传统的以锚链为材料,以自重为回复力的悬链线式系泊系统已经不再适用。世界上超深水浮式生产平台基本上都采用张紧式系泊系统,并且中间段采用超轻的聚酯缆材料以降低其施加在平台上的荷载。基于1500米超深水的中国南海环境,开发了一种运动性能良好的新型干树半潜平台。新型平台的系泊系统采用张紧式锚链-聚酯缆-锚链形式。根据平台尺度和环境条件,对系泊系统进行了布置和设计。通过时域耦合方法对系泊系统进行了数值分析,分析结果表明系泊系统强度满足规范和设计要求。     

Spar基础浮式风机系泊系统全耦合分析

以OC3 Hywind Spar基础浮式风机为研究对象,采用先进的空气动力-水动力耦合时域分析方法,对其在中国南海某海域风浪流共同作用下的系泊系统、浮式基础运动以及风机和塔架载荷响应进行分析,对比定常风与湍流风模型对浮式风机系泊系统、整体运动响应以及风机载荷的影响。计算结果表明:相比于湍流风,采用定常风进行浮式风机系泊系统分析将得到偏于危险的结果,并且,浮式风机运动响应与风机载荷结果偏小。因此,建议在系泊系统初始设计阶段采用定常风方法进行设计,在系泊分析阶段采用湍流风进行分析,以保证浮式风机的长期服役安全。     

Spar基础浮式风机系泊系统全耦合分析

本文以OC3 Hywind Spar基础浮式风机为研究对象,采用先进的空气动力-水动力耦合时域分析方法,针对其在中国南海某海域风浪流共同作用下,系泊系统、浮式基础运动以及风机与塔桶载荷响应进行分析。对比了定常风与湍流风模型对浮式风机系泊系统、整体运动响应以及风机载荷的影响。计算结果表明：相比于湍流风,采用定常风进行浮式风机系泊系统分析将得到偏于危险的结果,同时浮式风机运动响应与风机载荷结果偏小。本文建议在系泊系统初始设计阶段采用定常风方法进行设计,在系泊分析阶段采用湍流风进行分析,以保证浮式风机长期服役安全。     

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。     

近岛礁浮式平台系泊系统设计研究

本文针对近岛礁浮式平台,提出了一种桩柱式系泊系统设计方案,并基于三维势流理论与时域分析方法,对所设计的浮式平台桩柱式系泊系统以及船舶停靠下考虑多体水动力干扰的整个系统开展了浅水环境下水动力性能与系泊特性分析,为平台的水池模型试验、系泊系统的设计优化以及考虑船舶停靠的作业状态允许海况提供依据与技术参考.     

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。     

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。     

浮式风机系泊区域局部强度分析

对浮式风机系泊区域局部结构强度运用简化船体梁法进行计算分析,借助有限元软件对该区域局部结构进行有限元分析,描述建立这种复杂不规则模型时需要运用的技巧,建立浮式风机系泊区域局部结构有限元模型,阐述浮式风机系泊区域局部结构有限元结构分析方法,以及在加载过程中应该注意的受力转换,所得到的浮式风机系泊区域局部结构的分析结果满足规范要求。     

新型半潜式浮式风机在不同流速下的动力响应特性研究

本文提出一种适用于50～120 m水深的新型半潜式浮式风机，用频域法研究浮式平台的水动力特性，通过建立风机-塔筒-浮式平台-系泊系统全耦合分析模型，考虑二阶差频波浪力作用，对其开展风、浪、流联合作用下的时域分析，重点分析不同流速条件下新型半潜式浮式风机耦合动力响应特性。分析结果表明：新型半潜式浮式风机结构设计合理，其固有周期能较好地避开波浪能量密集的周期范围，有效避免了共振发生；风浪条件一定的情况下，流速增大将使新型半潜式浮式风机的最大纵荡响应和锚链拉力显著增大，但对纵摇和艏摇响应有一定程度的抑制作用。流速变化对基础垂荡运动和发电功率影响较小。     

Spar型海上浮式风机系泊系统的动力学分析

以美国某可再生能源所的海上5MW风机为模型,综合风机塔柱的特点,利用Orca Flex建立了一种Spar型海上风机简化模型。通过对风机平台的不同风速工况环境载荷的计算,实现了对该风机系泊系统的水动力学分析,对比并分析了不同工况下风机锚泊系统系泊张力的变化。结合改变锚链上不同导缆孔的位置和布置形式,为海上风机浮式基础系泊系统的设计及优化提供依据。     

深海半潜式生产平台张紧式系泊系统安装方案

深海半潜式生产平台通常采用永久张紧式系泊系统,通过搜集整理行业内深水张紧式系泊安装流程的相关资料,对系泊系统海上安装方案进行归纳和总结,详细阐述吸力锚及系泊缆的安装作业流程,并针对海上意外事件出现而采取的相应措施进行说明,为今后深水张紧式系泊系统的海上安装提供参考。     

塔柱和风机位置对半潜式浮式风机系统动力性能的影响研究

研究塔柱和风机布置位置对半潜式浮式风机系统动力性能的影响。以OC4-deepCwind浮式风机参数为例,将塔柱和风机分别布置在半潜式浮式基础的中心和其三角形浮筒上,建立浮式风机系统动力学模型,计算不同工况下系统的动力响应。结果表明,塔柱和风机由基础中心调到其浮筒上后,浮式基础运动、机舱加速度、叶片气动力及系缆力的平均值变化不大,标准差有显著的增加;特别在极限工况,机舱X向加速度、叶片气动力的标准差增加近1倍,首摇超过5°,1号缆受力的标准差增加约30%。实际设计中,综合考虑浮式风机系统动力性能、安装和运输过程的便利性及结构强度等设计塔柱和风机位置。     

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。     

永久式与可解脱式FPSO

浮式生产储卸油系统（FPSO）是一种经济有效的浮式平台方案,特别是在缺乏足够的输油管道系统的深海领域．大多数FPSO是永久系泊的,即整个系统能够抵抗工作海域内的各种极值环境条件．目前,能够将FPSO与其系泊及立管系统快速解脱的装置已经设计并发展了．可解脱式FPSO的主要特点是可解脱性,并能避免一定的环境条件,如冰山,美国摩西哥湾的飓风,中国南海的台风．本文将针对深水海域可解脱式FPSO,提出其主要技术和工程分析与设计思路,评估可解脱式FPSO与永久式FPSO的优缺点,等等．可见可解脱式FPSO与永久式FPSO都是十分有效的浮式系统,并根据平台设计的安全性、技术、成本和运行要求,来决定选择何种系泊方式．     

永久式与可解脱式FPSO(英文)

浮式生产储卸油系统(FPSO)是一种经济有效的浮式平台方案,特别是在缺乏足够的输油管道系统的深海领域.大多数FPSO是永久系泊的,即整个系统能够抵抗工作海域内的各种极值环境条件.目前,能够将FPSO与其系泊及立管系统快速解脱的装置已经设计并发展了.可解脱式FPSO的主要特点是可解脱性,并能避免一定的环境条件,如冰山,美国摩西哥湾的飓风,中国南海的台风.本文将针对深水海域可解脱式FPSO,提出其主要技术和工程分析与设计思路,评估可解脱式FPSO与永久式FPSO的优缺点,等等.可见町解脱式FPSO与永久式FPSO都是十分有效的浮式系统,并根据平台设计的安全性、技术、成本和运行要求,来决定选择何种系泊方式.     

海上浮式风机的动力学建模与响应分析（英文）

在恶劣的海洋环境下，浮式风机展现出复杂的动力特性。因此，对海上浮式风机的动力响应进行研究非常重要。本文基于有限元法与若丹速度变分原理，建立了浮式风机的刚-柔耦合动力学模型，依此编写了相应的数值计算程序并验证了程序的正确性。以安装在OC4半潜型浮式基础上的NREL-5MW水平轴风机为例，通过对比分析，研究了浮式基础的运动对风机动力特性的影响。结果表明，基础运动通过改变风机在风场中的位置与姿态对气动载荷与叶片变形产生影响。本文研究成果可以为海上浮式风机叶片设计提供一些合理建议。     

单柱式浮式风力机动力响应数值与试验分析

以200 m作业水深的5 MW OC3单柱式浮式风力机为研究对象,采用FAST程序对其在不同海况下的运动进行全耦合时历数值计算,并与采用1∶50缩尺比模型试验所得时历结果进行对比,通过时域以及频域方法对平台主要自由度运动以及系泊拉力进行分析。研究发现:垂向运动带来的自由面记忆效应较纵向和横向小;悬链线式模型所能提供的系泊拉力较张紧式系泊提供的拉力小;风浪联合作用下,风载荷主要激励低频固有频率运动,波浪载荷则主要激励波频运动;平台纵荡和纵摇运动受系泊系统的影响较大,而垂荡运动则不受系泊系统的影响。