基于自容式技术的系泊缆水下监测方法

针对深水系泊缆缺少在位监测手段的问题,开展了系泊缆力学行为监测系统的研究。采用悬链线系统集中质量模型对深水系泊缆动力行为开展理论分析,通过改变传统求解中的边界条件,提出了一种适用于深水系泊缆张力监测的测量策略;同时针对水下系泊缆缺少成熟测量装置的问题,基于自容式技术开发了系泊系统水下测量传感器和水下安装/回收装置。监测系统在南海一座半潜式平台开展了5个月的连续测量,证明了监测系统的可靠性;同时通过20 min的采集样本分析,证明了系泊缆测量方法能够有效的获取系泊缆张力信息。     

海上风机半潜式基础概念设计与水动力性能分析

针对5 MW海上风机动力响应较大的问题,提出了半潜型浮式基础的概念设计,研究了半潜式浮式基础在不同风浪环境下的运动响应和生存能力。考虑叶片空气动力载荷及风浪载荷,以及浮式基础与系泊系统的耦合,建立风机结构系统及水动力模型,采用动量－叶素理论计算叶片空气动力载荷,在频域范围内计算了载荷传递函数。计算分析浮式基础风机系统不同风浪情况下的时域动力响应,评估了半潜型浮式基础在极限海况下的生存能力。结果显示,半潜型浮式基础运动性能良好,且在极端海况下,各系泊缆安全系数均大于1．67,破损状况下安全系数均大于1．33,该浮式基础及其系泊系统具有足够的抵抗极端海况的能力。     

基于直接计算的半潜式平台结构总强度评估

半潜式平台是船舶与海洋工程领域重要的浮式装置,采用直接计算法对某半潜式平台结构的总强度进行了评估.对半潜式平台结构进行有限元模型化,根据海况不同将静水、正常工作和风暴自存3种状态划分为48种计算工况,利用频域内的三维线性水动力理论和设计波法计算半潜式平台在各工况下的波浪载荷,同时考虑各工况下的莫里森力,风载荷,锚链预张力,吊车载荷、钻井载荷等载荷,进而计算平台在48种工况下的应力响应.根据ABS规范对平台结构总强度进行了校核,并对不满足许用应力标准的结构给出了相应的修改建议.结果表明,直接计算为平台结构强度评估提供了有效技术手段,评估结果可为半潜式平台的设计开发提供参考.     

半潜式采油平台波动压力分析

本研究依据波浪辐射和绕射理论,采用高阶边界元方法并考虑了半潜式采油平台几何形状的对称性,得到了特征波向和波浪频率下半潜平台湿表面的流体波动压力分布。研究中首先将半潜平台有限元建模、运动参数计算以及边界元数据输出统一成一个有机整体,并在半潜平台的复杂直角边和角点处发展了双重和多重节点重置的新方法,该方法极大的提高了波浪压力分析的准确性和高频波浪计算的数值稳定性。     

海上浮式风机平台弱非线性耦合动力响应分析

为了准确有效地预报海上浮式风力机载荷与运动响应,本文针对系泊平台系统提出一种弱非线性间接时域方法。风力机平台遭遇的入射波作用力和静水恢复力直接在瞬时湿表面上积分计算获得;散射力采用线性势流理论处理;平台系泊力由悬链线方程计算得到。以OC3-Hywind spar风力机平台为对象进行了计算与分析,与线性方法相比,弱非线性方法得到的幅值响应算子(response amplitude operator,RAO)更大,且能够反映波浪力和恢复力与平台响应的相互影响。由于考虑了瞬时湿表面的影响,弱非线性方法计算结果更为合理,可以更好地反映大波高海况的波浪力特征,因而更加适合高海况下的平台运动性能分析。     

半潜型垂直轴风机纵荡下气动载荷特性

为了研究半潜式垂直轴浮式风机纵荡运动对风机气动载荷的影响,本文建立了5MW浮式风机、平台、系泊系统全非线性耦合的计算模型,采用流体固体交互方法和重叠网格技术对风浪双激励下平台纵荡运动时的风机气动载荷进行分析,研究了不同速比下纵荡运动对转矩系数、叶片推力系数、能量利用率的变化规律,并与相同速比下陆地垂直轴风机进行比较。结果表明:高速比下平台以较高纵荡均值做高频小幅振荡;回复运动时转矩系数大于正向运动时转矩系数;能量利用率系数在中低速比时大于陆地风机;叶片推力系数和转矩系数变化趋势相同。本文的研究结论对于分析浮式风力机叶片载荷和估算深远海风场年发电量具有理论指导意义。     

深吃水半潜式平台垂荡响应数值分析

为优化半潜式平台的垂荡性能,以DPS 2001-4深吃水半潜式平台半潜式平台为例,在频率内采用粘滞阻尼线性化方法,通过数值迭代计算得到了该平台的垂荡响应幅值算子(RAO).根据得到的垂荡RAO,分析了垂荡板对平台垂荡响应的影响,并进一步求得了平台在墨西哥湾、西非和中国南海海域百年一遇海况下的垂荡响应极值.计算结果表明:垂荡板系统对平台的垂荡响应有着很好的抑制作用,但随着垂荡板放置水深的增加,平台在各海况下的垂荡响应极值逐渐变小,当水深超过100 m后,垂荡响应极值将逐渐趋于恒定.     

基于损伤累积效应的半潜式平台结构疲劳分析方法

采用简化法对半潜式钻井平台的疲劳损伤和应力范围进行分析,并通过平台结构疲劳谱闭合分析得到波浪谱的短期分布密度函数,根据Miner线性累积疲劳损伤准则求解平台整体疲劳损伤。研究半潜式钻井平台在极端海况下的疲劳损伤对其疲劳寿命的影响,以及历史疲劳损伤对在用半潜式钻井平台的剩余寿命产生的影响,并提出基于历史损伤累积效应和极端海洋环境载荷作用的半潜式钻井平台剩余寿命分析方法。     

多重分形的海上漂浮式风力机系泊状态特性分析

漂浮式风力机因长期受风浪流作用,系泊极易发生蠕变导致腐蚀加速,增加失效概率,影响平台稳定性。为保证海上漂浮式风力机的安全运行,在系泊蠕变早期阶段实现预警,提出了基于多重分形的漂泊式风力机系泊故障诊断方法。首先,通过变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)方法提取了系泊故障非线性信息,分析了系泊蠕变和不同位置系泊失效对漂浮式风力机稳定性的影响;其次,针对非线性信号具有多测度性特征,采用多重分形去趋势波动分析法提取故障信号特征,并判断系泊是否发生蠕变以及系泊蠕变的位置;最后,对不同位置系泊蠕变下的平台响应数据进行了对比分析。结果表明：原始信号经VMD处理,并采用分形盒维数筛选特征信号,可有效滤除噪声,提取出具有代表性的非线性特征;系泊故障信号呈多重分形特征,通过奇异指数α₀可有效判断系泊蠕变及其位置;通过多重分形去趋势波动分析法分析VMD提取的非线性特征,可根据数据复杂度判断系泊状态。研究结果能够为海上漂浮式风力机系泊的信息提取和故障判断提供理论方法。     

复杂外形工件自动磁粉探伤系统

为实现对大型三维复杂外形工件系泊链的磁粉探伤,研究基于磁痕可视化的自动检测系统.根据系泊链表面裂纹探伤的工艺要求,制定自动探伤的扫查策略,设计以探伤塔架、旋转平台、自适应探头架三者为主体的探伤机械系统.控制系统采用触摸屏与PLC的上下位控制方式,通过安装在探头架的CCD向操作员实时提供磁痕信息.经现场测试,该系统基本能满足自动探伤以取代人工探伤操作的要求.     

悬链线式系泊及立管系统等效截断设计

为解决海洋工程水池横向跨度不足的问题,对悬链线式系泊、立管系统进行等效截断设计,根据静态特性相似准则提出3种系泊线截断方案.方案1仅截断底部系泊线,方案2仅截断中间部分系泊线,均适合于横向跨度相对较大的情况.当跨度相对较小时,采用方案3,对底部和中间部分系泊线按一定比例都进行截断.而立管成分单一,直接进行截断设计即可.提出各方案的截断设计步骤,以及系泊线、立管的特性参数与自身截断因子之间的关系式.并针对一作业水深914 m的内转塔式FPSO系泊、立管系统进行截断设计和时域耦合分析,截断前后系统静态特性、平台总体响应和系泊线受力都吻合良好,并与已有全水深试验结果一致,证明了等效截断设计的合理性和正确性.     

不同海域Semi平台关键节点的疲劳可靠性分析

为了确保深水半潜式平台(Semi平台)的安全可靠运行,对不同海域深水半潜式平台关键节点的疲劳可靠性进行研究.根据中国南海12个深水海域的波浪统计特征,利用水动力软件WAMIT计算平台疲劳分析的波浪荷载,进行不同工况下平台的应力响应分析,确定平台疲劳关键节点.采用改进的子模型技术分析局部精细子模型的应力响应,运用几何应力外插法计算各疲劳关键节点的热点应力.结合南海12个深水海域海况应用S-N曲线法分析平台各关键节点的疲劳可靠性.结果表明,12个深水海域平台各关键节点的疲劳可靠性指标各不相同,可以满足设计要求,78号海域对平台关键节点的疲劳可靠性影响最大,227号海域影响最小.研究结果可以为深水半潜式平台在南海海域作业时的运行维护和安全评估提供参考.     

波浪能装置抗台风恒张力系泊系统的数值模拟

为了在恶劣海况下保持系泊系统的恒定张力,本文提出一种适用浮式波浪能装置的恒张力系泊系统。通过浮体运动距离释放动能,建立有效的系泊收放方案,保证瞬时最大系泊力永不超过系泊线破断力。采用中国南海风浪流环境条件,部署水深28 m,基于时域势流理论研究了260 kW鹰式波浪能装置与恒张力系泊系统的耦合动力响应,分析了锚链尺寸、布局以及安装成本的影响。通过与传统的悬链线系泊系统的比较,发现恒张力系泊系统可有效地减小锚链长度、材料用量和系泊线最大张力。恒张力系泊系统由于保持基本恒定的张力,避免系泊线拉直和结构受力过大而被破坏的可能,因此可有效提高装置在台风中的生存能力。     

基于泰勒展开边界元方法的某半潜式平台水动力计算分析

为了研究一阶泰勒展开边界元方法对半潜式平台的水动力性能以及运动响应的预报精度,将其计算结果与商业软件AQWA的计算结果进行比较。在试验结果的基础上,通过对两种计算方法结果的比较分析,表明一阶泰勒展开边界元方法计算结果与AQWA的计算结果吻合较好,而且一阶泰勒展开边界元方法有着较好的收敛速度,可用于半潜式平台水动力分析,本文工作也为该类平台的水动力响应分析提供了参考。     

半潜式海洋平台动力定位控制系统研究现状与进展

在分析与总结相关文献的基础上,介绍了动力定位系统的优缺点;介绍了半潜式石油平台动力定位控制系统的原理、组成、结构以及一般定位精度要求和常见位置参考方式;着重对比分析了动力定位系统建模以及半潜式海洋平台动力定位控制方法,并针对目前研究现状及热点问题提出了研究展望．     

固有周期下阻尼板对半潜式平台阻尼的影响

为了研究半潜式平台在固有周期下的自由衰减运动,本文基于重叠网格技术的计算流体力学(CFD)方法对半潜式平台垂荡、横摇和纵摇自由衰减运动进行数值模拟。利用该方法分别研究了不同初始衰减位置下,阻尼板宽度和厚度对半潜式平台垂荡、横摇和纵摇阻尼的影响规律,并从流场角度分析了阻尼板的作用机理,通过与实验数据对比,验证该方法的准确性。研究结果表明:平台运动幅度越大,阻尼板起到的抑制作用越强,阻尼板边缘处的流动分离是平台阻尼增加的直接原因;阻尼板宽度与平台垂荡、横摇及纵摇阻尼呈正相关,而阻尼板厚度与其呈负相关。     

方形FPSO系泊系统动力分析

海洋结构物系泊系统设计和分析对其安全操作至关重要,以往的研究大多集中于深水平台。将对浅水中作业的方形FPSO系泊系统动力特性展开研究,分析对比浅水中钢链和聚酯缆两种系泊系统的动力特性和浮体位移,并根据API规范校核自存工况下系缆强度并验证浮体在浅水中是否会触底,之后根据结果确定合理的系泊系统设计方案。分析方法基于三维势流理论和浮体运动的耦合时域模拟,浮体水动力分析中考虑浅水效应,计算了二阶波浪的二次传递函数矩阵,系缆张力分析基于有限元理论。结果表明聚酯缆系泊系统更适用于浅水区域作业的FPSO。     

半潜式平台立柱入水砰击特性数值模拟

为了探讨了入水砰击面压力空间分布规律,本文基于冲量入水砰击理论,建立了包含结构-水-空气三者耦合的数值计算模型,开展了半潜式平台立柱入水砰击载荷与入水角度和速度之间关系的研究。研究结果表明:砰击压力的大小与分布与入水角度和结构物入水面的空间位置密切相关,入水速度对其也存在有一定影响。数值计算的结果可以实现立柱砰击载荷的快速预报,对实际工程中平台立柱体结构的安全性评估具有指导意义。     

半潜型浮式风力机平台的完整稳定性研究

为研究半潜型浮式风力机平台的初稳性高度限值和完整稳定性的影响因素等问题,对半潜型浮式风力机平台的完整稳定性进行了理论分析和数值计算。基于重心移动原理,结合风力机平台的静平衡角和摇摆周期等因素,提出了适用于半潜型浮式风力机平台的初稳性高度限值计算公式。从进水角的角度分析了浮式风力机平台大倾角稳定性中的最不利倾斜轴问题。利用Sesam软件对某半潜型浮式风力机平台进行数值模拟,研究了浮筒间距、浮筒直径和干舷高度三个因素对风力机平台稳定性的影响规律。结果表明:三个因素以不同的方式改变稳定性,同时会对初稳性高度、重心高度和排水体积等产生不同程度的影响。这些结论可为半潜型浮式风力机平台设计提供参考。     

救援井用大直径贯通式潜孔锤及钻头的研制

研制了大直径贯通式潜孔锤及反循环钻头,并进行模拟仿真电算及现场试验。试验结果表明:潜孔锤最高钻进效率可达6m/h;平均钻进效率为4.5m/h,且反循环排渣顺畅、井底无沉渣、成井质量好,可以解决大直径应急救援井的碎岩和排渣两大难题,能够充分满足应急救援井对钻进效率和成井质量的要求。