基于锚泊系统的半潜式海洋平台定位方法研究

以工作水深1200m、8缆系泊的半潜式海洋平台为对象,研究其系统定位方法,通过改变锚泊系统系泊缆长度来实现平台的定位。建立反映半潜式海洋平台锚泊系统动力响应的多目标优化模型,通过求解得到船体目标位移与最优系泊缆长度,借助多学科软件iSIGHT,通过开发程序接口,调用水动力分析软件ANSYS/AQWA求解器求解,实现了半潜式平台锚泊系统的结构动力响应优化设计。对半潜式平台进行风、浪、流联合作用下的水动力耦合分析,实时控制系泊缆长度来实现平台的定位并保证平台的稳定性。     

旁靠外输作业系泊系统优化分析

对渤海明珠号旁靠外输系统进行数值模拟,采用多项式拟合系泊缆的非线性,通过调整系泊缆和靠球参数并对旁靠系统进行时域计算,对比系泊缆的张力最大值及其均衡性,从而提出针对系泊缆和靠球的优化方法。结果表明:通过合理的调整系泊缆长度、增大系泊缆刚度、优化布置形式和选用特性更好的靠球,可以达到系泊缆张力明显减小和更加均衡的目的,从而有效地提高旁靠外输系泊系统的安全性和可靠性。计算结果可为同类型旁靠作业的系泊系统设计和优化提供参考,具有一定的工程实用价值。     

内转塔单点系泊刚度对不同参数的敏感性分析

内转塔式单点系泊系统在海洋石油装备中得到广泛应用。为研究该类型单点系泊系统的刚度特性,以我国南海一艘内转塔式单点系泊浮式生产储油设备(FPSO)的系泊系统为研究对象,采用浮体系泊分析软件Ariane分别建立单根系缆和系泊系统的静力分析模型,基于线弹性悬链线理论计算单根系缆和系泊系统的刚度,并重点针对吃水、系缆轴向拉伸刚度、系缆配重、系缆长度等参数进行系泊刚度敏感性分析,研究不同参数变化对系泊刚度的影响。结果表明:系泊刚度对系缆长度变化十分敏感;吃水和系缆长度主要通过影响系缆预张力来影响系泊刚度;系缆轴向拉伸刚度主要影响大位移条件下的系泊刚度;配重只影响一定位移范围内的系泊刚度。最后,给出了单点系泊系统设计的建议。     

深水半潜平台聚酯缆非线性刚度模拟分析

为了解深水半潜平台系泊系统聚酯缆不同张力状态下轴向刚度非线性特性,采用聚酯缆静态-动态刚度模拟方法,利用聚酯缆静态刚度作为初始输入,通过时域分析获取动态刚度及长度,对不同环境条件作用下,不同位置聚酯缆重新设置独立动态刚度及长度进行二次时域分析,计算半潜平台系泊系统受力及运动,与其他模拟方式计算结果对比表明,本文方法可以较为准确地反映半潜平台运动和系泊系统受力,降低计算量,提高设计效率。     

泊位长度与系缆方式对系泊船舶的影响

泊位长度与系缆方式影响系泊船舶的运动量和系缆力,泊位长度确定和系缆方式选择是大型开敞式码头设计中的一个重要课题。以17.2万m~3LNG船为研究对象,通过物理模型试验,研究风、浪、流共同作用下系泊船舶的运动量和系缆力,分析泊位长度与系缆方式对系泊船舶的影响,研究结果表明:较短的泊位长度对横向运动、缆力大小以及缆力间的均匀性有一定的改善;在横风横浪作用下,短泊位时横缆分开布置对船舶运动有较好的约束,能减小艏艉缆及倒缆的受力,而在泊位较长时,横缆应集中布置,避免横缆长度不一,较短的横缆承担较大的作用力。     

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.     

连接缆形式对旁靠外输安全的影响分析

联合考虑FPSO与穿梭油船之间的水动力耦合效应,以及船体与软刚臂系泊系统、连接缆、旁靠靠球之间的相互作用,基于三维势流理论对软刚臂系泊FPSO旁靠外输作业进行多浮体水动力响应时域分析。针对耦合外输系统中的连接缆,分析缆绳刚度、绳长和布置形式的改变对缆绳安全系数的影响。通过不同环境组合下两种典型装载工况结果分析表明:加粗连接缆、交叉布缆、以及调整连接缆长度使得连接缆受力均衡可以有效地提高系统作业安全性。     

FPSO系泊系统参数的动力效应影响分析

利用水动力分析软件AQWA研究了内转塔式单点系泊参数对海上浮式生产储油船FPSO（floating production,storage and affcoading system）系统动力效应的影响特性,定量分析了内转塔位置、系泊缆材料分布、系泊缆预张力、系泊缆数量、系泊缆布置形式等参数对FPSO系统动力效应的影响,对每个系泊参数采取多个特征量进行比较分析,计算结果表明：转塔位置距船艏柱25%Lpp时风标效应及定位效果最好,多成分系泊缆材料分布采取下端钢链9%、聚酯缆90%、上端钢链1%时,系泊缆数量取9根且为3组×3根/组布置时定位效果最好,缆绳受力最小.以FPSO水平偏移量与系泊缆的安全系数为目标,提出了一套系泊系统的优选方案,计算结果表明系泊性能优良,与初步设计方案相比有了显著地提高.文中的计算及分析结果对内转塔式FPSO系泊系统的设计具有一定指导意义.     

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。     

无缆自动系泊系统分析和展望

为促进无缆自动系泊系统的进一步发展，对国内外无缆自动系泊技术发展情况、无缆自动系泊系统类型及应用情况进行介绍，并对关键技术进行分析。在此基础上，对自动系泊技术的未来发展趋势进行展望。研究成果可为无缆自动系泊系统的设计与研究提供一定参考。     

自动系泊系统应用

自动系泊系统作为一种新型的系泊方式在国外已取得了较多应用,而在国内尚无实际应用。介绍自动系泊系统的特点及优缺点,初步分析该系统对码头平面布置及经济性的影响。经分析,自动系泊系统具有系泊和离泊作业速度快、安全可靠,系泊期间运动量小等优势。同时,采用该系统能够按码头类型减少码头长度;在加固改造的情况下,使用该系统可在仅对原有码头进行少量改造的情况下,完成码头的升级,无须加长码头。在码头单位造价偏高的情况下,自动系泊系统可通过减少码头长度取得良好的经济性。     

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。     

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。     

FLNG单点系泊系统选型及设计探讨

FLNG由单点系泊系统定位在作业海域。分别介绍了软钢臂式、硬钢臂式和内外转塔式等四种单点系泊的主要特点。并介绍了单点系泊系统设计的关键点,包括环境因素、系泊载荷、系泊缆布置及组合和分析方法等。最后以一艘210,000m3 FLNG单点系泊系统为例,介绍了单点系泊计算分析的基本流程,通过计算分析得到的结论可为FLNG的单点系泊系统设计提供了一定的参考。     

开敞式码头系泊缆绳的优化研究

运用OPTIMOOR系泊软件,以减小环境荷载作用下船舶运动量及均衡缆绳张力分布为优化目标,结合江苏某港10万吨级石化码头,通过对比不同的缆绳材质、调整缆绳长度、调节缆绳预张力来优化开敞式码头系泊缆绳的布置。计算结果表明:增加缆绳长度可降低缆绳张力,设置尾缆能显著降低系泊钢缆的动力负荷,减少船舶的运动量;施加合理大小的预张力能有效降低船舶的位移量,均衡缆绳张力;建议大船主缆选用钢缆。     

多浮筒悬链线系泊系统计算软件的开发及试验

构建多浮筒悬链线静力学模型,在此基础上进行系泊线姿态计算软件开发。应用均匀弦横向运动模型推导出悬链线方程,对多浮筒悬链线非线性方程组进行迭代计算,获得多浮筒悬链线系泊缆索姿态参数,并试验验证算法的正确性。研究表明:开发的多浮筒悬链线系泊系统计算软件在水平系泊力、系泊缆索参数、海底系锚泊位置、悬跨长度和浮筒规格一定时,能够准确输出系泊系统的真实形状,并准确判断浮筒在水中的位置,满足安装工程施工需求。研究结果可为多浮筒悬链线系泊系统动力分析提供参考。     

深水悬链锚泊系统等效截断水深优化设计

工程中,常用的深水悬链锚泊线通常是由顶部锚链、中部钢索和底部锚链三段复合而成。该文采用分段外推的数值解法,考虑锚泊线所受的重力、张力、流力以及锚泊线的弹性伸长,利用黄金分割算法求解锚泊线顶端张力对应的顶张角,对其进行静力特性分析。基于混合模型试验方法应用,考虑锚泊系统静力特性相似,采用遗传算法编制开发等效截断水深系统优化设计程序。以一座工作水深为1500 m的深水半潜式平台为例,对其悬链式锚泊系统在700 m水深处进行等效截断优化设计计算,为下一步进行混合模型试验提供参考。     

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。