深水Truss Spar水动力计算方法研究

为了研究深水Spar平台的运动特性,考虑平台与波浪的相对运动,对一座深水Truss Spar平台进行波浪载荷及运动响应计算。波浪载荷计算中Truss Spar主体和软舱采用3D势流理论计算,而垂荡板、桁架和立管系统采用线性化的Morison公式计算,同时求解中考虑系泊系统的影响。计算结果表明,Spar平台波频运动较小,而低频运动较为显著,其响应幅算子较大。     

考虑粘滞阻尼的Truss Spar频域响应分析

联合势流理论与修改的Morison方程,建立波浪作用下的Truss Spar平台运动响应计算模型。波浪激振力与相关水动力信息采用高阶边界元计算方法获得。通过数值模拟得到Truss Spar平台纵荡、垂荡和纵摇RAO,针对Morison阻力系数对响应的影响进行参数分析。计算结果显示,纵荡和纵摇仅在低频部分对阻力系数敏感。因此平台在遭受二阶波浪慢漂力作用时,粘滞阻尼将起到重要作用。对于垂荡方向,由于Truss Spar安装的垂荡板提供了较大的竖向粘滞阻尼,因此垂荡RAO受阻力系数的影响较大。     

S-spar平台垂荡板数目确定及立管系泊系统耦合分析

考虑到目前S-spar平台垂荡板数目是参考Truss Spar平台3块垂荡板的设计,而未结合平台本身特性进行深入研究,因此基于SESAM对S-spar平台进行频域分析,确定S-spar平台采用4块垂荡板更为合适。在4块垂荡板的S-spar平台频域分析的基础上,对系泊系统及立管进行耦合分析,对比有无立管情况,发现考虑立管后平台各自由度上运动显著减小。为解决立管张力过大的问题,在立管上安装浮子,讨论浮子位置、浮子浮力对立管张力的影响,确定安装500 k N的浮子在距立管悬垂段距顶端65%处为最优方案。     

Spar平台垂荡板受迫振荡水动力特性研究

首先针对圆形实板以及不同透空率下垂荡板作受迫正弦振荡的水动力特性进行了数值模拟研究,得到垂荡板作正弦振荡的阻力和附加质量系数,进而分析得出透空率对垂荡板阻尼及附加质量的影响规律;其次比较了相同透空率情况下不同小孔数目对垂荡板水动力特性的影响,并比较了不同形状垂荡板的水动力特性;最后还对双板之间的间距进行了优化计算.在此基础上综合考虑垂荡板受迫振荡水动力特性,为深水Spar平台的垂荡板优化设计提供技术指导,使其能够有效地改善Spar平台的垂荡运动性能.     

Spar平台垂荡一纵摇耦合运动的不稳定性

研究了深水Spar平台垂荡—纵摇耦合不稳定运动的形式和条件。以经典Spar平台为例,基于垂荡包络线概念,分析了平台垂荡—纵摇耦合运动的相互放大效应及"舞动"运动。结果表明,当垂荡包络线周期与纵摇固有周期相等时,纵摇运动失稳;因纵摇对垂荡的耦合影响,垂荡幅值不断增大,同时垂荡运动的变化又影响纵摇运动,使得纵摇幅值小幅度增加,平台运动存在相互放大效应。纵摇失稳后,Spar平台将处在一种奇特的"舞动"运动形式。     

深水Spar钻采储运平台极限强度可靠性分析

针对一种新型的深水立柱式Spar钻采储运平台(Spar Drilling Production Storage Offloading)的结构特点进行极限强度可靠性研究。SDPSO平台的中间舱段为储油系统,其结构的安全性尤为重要,本文验证了在波浪弯矩年极值条件下其特殊储油系统结构的安全性。采用SESAM/Wadam软件对SDPSO平台进行水动力计算,利用序列统计法得到年极值短期海况,然后采用极值I型分布得到该短期海况下的波浪弯矩极值;利用ABAQUS非线性有限元软件和改进的Rosenblueth法进行SDPSO平台中舱段的极限强度计算,并得到极限承载能力的概率分布。最后基于一次二阶矩法完成SDPSO平台弯曲极限强度的可靠性计算,结果表明平台结构极限强度具有较高的安全水平,为深海立柱式海洋平台设计提供了依据和参考。     

基于CFD方法研究月池内部流体对Spar平台垂荡运动的影响（英文）

文章采用CFD方法研究了Spar平台月池内部流体对平台垂荡运动的影响。建立了二维和三维的数值水池,并获得了稳定的规则波。针对月池的不对开口率计算了Spar平台的垂荡阻尼系数,分析了月池内部流体的运动特性,并研究了开口率对平台垂荡运动的影响。研究表明,半封闭月池时Spar平台的垂荡阻尼有所增大,月池的开口率影响月池内部流体的运动以及平台垂荡运动的RAOs。在实际中,对月池开口率的优化设计可以适当地降低Spar平台的垂荡运动。     

基于CFD方法研究月池内部流体对Spar平台垂荡运动的影响

文章采用CFD方法研究了Spar平台月池内部流体对平台垂荡运动的影响.建立了二维和三维的数值水池,并获得了稳定的规则波.针对月池的不对开口率计算了Spar平台的垂荡阻尼系数,分析了月池内部流体的运动特性,并研究了开口率对平台垂荡运动的影响.研究表明,半封闭月池时Spar平台的垂荡阻尼有所增大,月池的开口率影响月池内部流体的运动以及平台垂荡运动的RAOs.在实际中,对月池开口率的优化设计可以适当地降低Spar平台的垂荡运动.     

一种新型深水多功能干树半潜平台水动力性能试验和数值研究（英文）

针对南海深远海油气田开发提出一种含有垂荡板的新型深水多功能干树半潜平台构型。与其他新型干树半潜平台相比,该新型平台采用张力腿和柔性接头的方式解决了主船体与垂荡板的连接问题。本文对该新型平台在不同海况下的水动力性能进行了试验和数值研究,数值结果与试验结果较好的吻合度证明了所采用的数值方法的正确性。随后,本文开展了一系列的敏感性分析进一步研究影响平台各项性能的因素。试验和数值研究发现：该新型平台具有优越的垂荡运动性能,可满足干式采油树的使用要求,系泊刚度、系泊长度、谱峰周期和谱峰因子均能影响平台的各项性能。     

Truss Spar平台在船舶碰撞下的数值模拟分析

海洋平台在海上进行工程作业时除了遭受恶劣的环境载荷外,还可能与海上船舶发生碰撞。为探究Spar平台在遭受船舶碰撞后的动力响应,本文选取1座墨西哥湾的Truss Spar平台,运用有限元分析软件Ansys/Lsdyna,建立5 000吨级补给船与Truss Spar平台的有限元模型并模拟碰撞过程,得到船舶在不同速度下与Spar平台碰撞过程中的能量转化情况和船舶撞击力时程曲线,通过对结果的分析得出一般性规律和结论,为Spar平台的设计提供理论参考依据。     

基于AQWA的S-Spar平台动力响应分析

为了研究深水极端海况下带螺旋板的S-Spar平台的动力响应性能,基于三维势流理论和波浪的绕射/辐射理论,结合水动力分析软件AQWA,在频域内计算了单位波幅规则波作用下螺旋板导程分别为120 m、90 m和60 m的平台的动力响应,得到平台的附加质量、阻尼和运动RAO等水动力参数;基于频域分析结果,考虑随机波浪荷载及风、流的共同作用和系泊缆是否破断的工况,计算了系泊于1 500 m水深的螺旋板导程为120 m的平台在极端海况JOHNSWAP谱作用下的动力响应,并与不带螺旋板平台的动力响应进行了对比.分析结果表明:不同螺旋板导程的平台垂荡方向上的附加阻尼差异较大;在极端海况下,螺旋板导程为120 m的S-Spar平台的运动响应满足要求;螺旋板存在时会大幅增加平台的首摇运动幅值,忽略螺旋板可能会高估平台的首摇运动性能;不带螺旋板的平台的系泊缆张力幅值偏大,忽略螺旋板可能会高估系泊缆的极限张力.     

Truss Spar平台滑移装船研究

Truss Spar平台是当今Spar平台的主流形式.由于Truss Spar平台主体结构的特殊性,致使其滑移装船工程设计具有一定的特殊性.该文依据NOBLE DENTON指导性文件,从Truss Spar结构特点出发,对与平台装船相关的船舶滑道设计、滑靴设计、系泊设计、调载方案设计、泵和拖拉设备的选型等进行了研究,提出了需要关注的关键性技术问题,为今后Truss Spar平台主体结构的滑移装船设计提供参考.     

Trussspar平台垂荡一纵摇耦合运动数值模拟研究

采用SESAM软件建立平台模型进行数值模拟,得出平台在规则波浪中附加质量系数、阻尼系数和波浪力,建立平台垂荡-纵摇耦合方程,采用龙格库塔法求解该非线性方程,借助于Matlab软件编制计算程序,建立了垂荡-纵摇运动的非线性耦合算法.针对Spar平台垂荡-纵摇耦合运动响应问题,与SESAM软件中的算法相比,本研究建立的垂荡-纵摇运动的非线性耦合算法更接近实际情况.     

桁架式Spar平台方案设计研究

Spar平台是一种用于深海油气开发的海洋结构物.目前对Spar平台的研究集中在其运动特性和水动力分析、结构强度和疲劳研究以及垂荡板的性能和设计上.然而,国内对于Spar平台设计方法的研究却很少,国内外公开发表的文献也很少,这给Spar平台的设计带来了困难.本文归纳了桁架式Spar平台方案设计的基本流程,包括总布置、主尺度的选择,以及对设计方案进行的稳性校核和水动力分析.在此基础上,针对平台的不同结构推荐使用相应的ABS和API规范进行结构设计,并应用设计波法对得到的结构尺寸进行强度校核.通过一个实例详细说明了整个设计过程,分析结果表明该设计方案是可行的.同时指出了传统的海洋工程设计方法存在的问题,提出在传统设计方法的基础上,应用多学科设计优化思想进行海洋平台的方案设计的基本思想.     

一种新型立柱式平台(Spar)的垂荡板设计

SPAR平台大多需要满足干式井口作业要求,对平台的垂荡性能要求较高。为降低平台的垂荡运动响应,通常在SPAR平台的桁架段设置垂荡板以增加垂荡阻尼和附加质量。以某新型立柱式平台(SPAR)为研究对象,对不同间距设置和型式的垂荡板进行性能分析,确定了平台的垂荡板的最终设计方案。     

浮式平台水动力参数识别方法

以深水半潜平台为研究对象,计算不同周期下的纵荡、垂荡、横摇3个振荡模态深水半潜平台的附加质量和阻尼系数,并与势流方法结果进行对比。利用1阶方法,只考虑线性1阶线性阻尼在运动中的影响,此外,还采用神经网络建模训练获得了水动力参数模型,对平台附加质量、1阶阻尼系数、2阶阻尼系数进行计算。研究结果表明,在附加质量和阻尼系数预报方面,传统势流方法与试验识别结果较为接近,可以利用神经网络计算提高水动力问题求解效率,为解决传统计算难题带来了新思路。     

新型Spar平台安装扶正过程运动及强度分析

介绍一种新型多立柱Spar平台的安装扶正方法。采用准静态分析方法,设计了平台扶正前的硬舱装载方案及扶正竖立过程的软舱加载方案,并预测了平台扶正过程的运动历程。在Spar平台扶正过程中,对典型倾斜工况计算关键截面处的弯矩及剪力分布,求出最大剪力和弯矩,及其出现的截面位置和平台倾角。     

一种新型深水浮式平台及其系泊系统动力响应分析

本文以一种可支持干式采油树的新型深水浮式平台为研究对象,采用频域和时域分析方法,分析不同工况下该平台的运动响应和锚链力特性,并与试验数据相对比以验证数值方法的正确性。在此基础上,重点分析了锚链断裂和伸缩立柱长度对该平台各项性能的影响。研究表明,该新型深水浮式平台具有优越的垂荡运动性能,且伸缩立柱长度对其垂荡运动具有影响。此外,如果发生锚链断裂,将对平台水平运动及锚链力产生较大影响。     

一种新型深水浮式平台及其系泊系统动力响应分析

本文以一种可支持干式采油树的新型深水浮式平台为研究对象,采用频域和时域分析方法,分析不同工况下该平台的运动响应和锚链力特性,并与试验数据相对比以验证数值方法的正确性。在此基础上,重点分析了锚链断裂和伸缩立柱长度对该平台各项性能的影响。研究表明,该新型深水浮式平台具有优越的垂荡运动性能,且伸缩立柱长度对其垂荡运动具有影响。此外,如果发生锚链断裂,将对平台水平运动及锚链力产生较大影响。     

基于小波分析的Spar平台阻尼系数研究

连续小波分析方法作为典型的时频方法虽已广泛应用于工程界,但在海洋工程领域并未得到大力推广。文章应用连续小波分析方法对海洋工程领域中与Truss Spar平台涡激运动相关的阻尼系数进行求解。通过构建测试信号对这一方法进行数值检验,验证了小波分析方法的可靠性和准确性。利用试验数据,成功将小波分析方法应用于求解Truss Spar平台阻尼系数问题中。结果表明小波分析方法具有较好的可靠性,能够准确求解平台的阻尼系数。