基于气动-水动-结构耦合模型的半潜风机动力响应分析

针对我国海洋环境条件,提出一种新型半潜式浮式基础,用于支撑5 MW海上风机。针对该新型浮式风机系统,采用叶素动量理论计算风轮所受气动载荷,采用三维势流理论计算基础水动力性能,分别采用杆单元和梁单元模型,基于有限元方法计算柔性体的动力响应。建立气动-水动-结构耦合的动力学分析模型,针对切入、额定和切出海况,在时域内计算风机的动力响应特性。计算结果表明：在不同作业海况下,新型半潜浮式风机基础运动性能良好,且系泊缆张力满足安全要求;风机叶片在风轮旋转平面外的变形显著大于风轮平面内的变形,且在额定海况下变形更大。     

海上浮式风机码头系泊方案及系统动力响应

研究浮式风机整机码头系泊方案及环境载荷作用下的动力响应。考虑钢缆-尼龙缆复合缆、非线性护舷,设计高位系泊和低位系泊两种浮式风机的码头系泊方案。考虑风浪流环境载荷,计算浮式风机整机码头系泊的动力响应,分析系泊方式、浪向、谱峰周期等参数对浮式风机运动、机舱加速度、缆绳张力等的影响。结果表明：针对给定的环境参数,浮式风机各自由度运动极值都不大,在90°浪向下浮式风机的运动最明显;高位系泊比低位系泊更安全,在施工允许的情况下,采用较高的系泊位置是有利的。所作研究为浮式风机系统码头系泊方案提供参考。     

绷紧式系泊浮式风机动力响应及系泊优化

针对OC3-Hywind Spar式浮式风机,建立风机基础模型,利用FAST软件与ANSYS AQWA软件进行空气动力与水动力耦合分析,研究采用绷紧式系泊的浮式风机的运动响应。对比绷紧式与悬链式系泊在相同水平跨距、不同水平跨距和不同系泊点位置时浮式风机的运动响应,选取最优系泊布置方式。结果表明:与悬链式系泊相比,绷紧式系泊在满足浮式风机使用要求的同时,能够显著减小系泊的水平跨距。     

基于空气动力-水动力耦合分析的SPAR基础浮式风机系泊系统疲劳分析

以OC3 Hywind SPAR单立柱基础形式浮式风机为研究对象,基于非线性空气动力-水动力耦合时域算法,对该浮式风机在中国南海北部某海域风浪流共同作用下的系泊系统疲劳响应特性展开研究,对比钢链、钢缆的疲劳响应特性以及定常风与湍流风模型对浮式风机系泊系统疲劳特性的影响。计算结果表明:在条件一致的情况下,钢缆疲劳性能优于钢链;系泊系统疲劳累积损伤主要来自于风机运行工况,开机、关机以及故障工况的贡献较小但不应忽视;与湍流风相比,采用定常风进行浮式风机系泊系统疲劳分析将得到偏于危险的结果。建议在系泊系统设计阶段充分重视系泊缆材质的选择,采取湍流风模型开展系泊系统的疲劳设计以保证浮式风机运行安全。     

西非深水外输浮筒系泊系统设计分析

针对西非海域1500m水深外输浮筒系泊系统进行了设计分析。利用水动力分析软件Orca Flex建立不规则涌浪和风浪流联合作用下外输浮筒与系泊系统耦合模型,对外输浮筒系泊系统时域的动力响应结果进行统计分析。系泊系统满足了西非海域生存工况和作业工况下的设计标准及外输浮筒运动响应标准,可为深水油气开采工程提供参考。     

深海半潜式平台的水动力及系泊系统时域耦合分析

该文利用有限元分析软件ANSYS和水动力计算软件AQWA进行了有限元建模和水动力特性研究。考虑复杂的海洋环境载荷,包括随机波浪载荷、风载荷和流载荷的多重作用,浮式平台与系泊缆索之间的相互影响,采用时域耦合的分析方法对深海领域复杂工况下的半潜式钻井平台的水动力性能和系泊性能进行了分析。研究结果表明,规则波频域下,在纵荡、横荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇各方向上,附加质量和附加阻尼随着波浪频率的增加,呈现先增大后减小的趋势,但局部均有起伏,平台在高频波浪区域内运动性能表现良好,响应幅值较小。同时,通过将浮式平台和系泊系统进行时域耦合分析,得出在环境力入射角为45°时,平台运动响应的幅值和系泊系统缆索的最大张力符合规范要求。     

极端海况下浮式防波堤的水动力性能分析

基于三维势流理论,以消波性能形式较好的双圆筒浮式防波堤为研究对象,通过有限元软件Workbench建立不规则波作用下浮式防波堤的湿表面模型,利用水动力分析软件AQWA对浮式防波堤进行频域水动力性能分析和时域全耦合分析,重点研究浮式防波堤在极端海况下的响应幅值算子、运动响应和系泊缆张力,为相关实际工程提供参考。     

浸没式外输浮筒的动力响应影响

针对南海边际油田开发实际项目中概念设计的浸没式外输浮筒开展水动力响应分析和时域耦合分析,研究不同阻尼比、浮筒不同几何形状对浸没式外输浮筒水动力性能和时域运动响应以及系泊线张力的影响。结果表明：阻尼越大、浸没式浮筒几何形状越细长,浮筒的时域运动响应和锚链张力越小;几何形状对浮筒频域、时域运动响应的影响趋势不同。     

浮式风机浅水系泊松弛-张紧特性

以10 MW浮式风机的系泊系统为研究对象,分析不同工况、不同系泊参数下系泊缆张力和风机运动响应变化规律,探讨系泊缆松弛-张紧现象产生的原因,分析不同系泊参数对系泊缆极限张力的影响。结果表明：提高导缆孔高度、在系泊缆上增加质量块和浮筒均可有效消除系泊缆松弛状态,减小系泊极限张力,保证系泊安全。     

6 MW新型浅水浮式风力机概念设计和运动响应分析

为使浮式风力机向浅海水域拓展,结合Spar与Semi平台的特点,提出适用于南海浅水水域的新概念浮式风力机平台。运用NREL_FAST软件建立浮式风力机系统气动-水动-锚链-弹性-伺服耦合的非线性动力学分析模型,采用叶素-动量理论计算气动载荷,采用势流理论和莫里森黏性阻尼修正方法计算水动力载荷,采用三维有限元法计算锚链系统载荷,在风、浪、流环境载荷作用下研究不同风浪夹角下新概念浮式风力机运动响应性能。结果表明：6 MW新概念浮式风力机在南海50 m水深水域中支撑6 MW风力机运动响应良好;浪向角改变对纵荡运动影响较大,对纵摇、艏摇和垂荡运动运动有一定影响。新概念浮式风力机在南海50 m设计海域运动性能良好。     

考虑水动力干扰的浮式起重船动态响应

基于三维势流理论，考虑运输船舶对起重船的水动力干扰作用，建立双浮体系统中起重船-吊物的时域耦合分析模型，研究4种系泊方案下起重船与吊物的运动响应，结合系泊缆张力的动态响应，对比分析系泊系统对起重船和吊物的影响。结果表明：起重船与吊物的运动响应具有同步性；当运输船旁靠起重船时，起重船和吊物的运动响应较小，可有效地降低运输船对起重船的水动力干扰。     

浮式风电装备动态响应敏感性参数分析

为研究各参数对浮式风电装备动态响应的影响程度,寻找响应变化规律和设计优化方向,根据海装6.2 MW浮式风电装备参数进行一体化仿真。结合规范要求、设计经验和环境条件特点,针对不同环境条件的重现期、风谱类型、波浪谱类型、极端阵风周期进行参数敏感性分析,得到浮式风电装备不同部分动态响应结果。结果表明：不同环境条件的重现期和组合方式对运动响应和锚链张力影响十分明显,对机组载荷的影响则与机组所处状态相关;风谱类型主要影响机组载荷,对平台运动和锚链张力影响不大,考虑空间相干性的湍流风谱结果最危险;波浪谱类型对运动幅值和锚链张力极值影响较大,在发电工况下对机组载荷的影响较小,但在空转工况下对机组载荷的影响较大;阵风周期对运动响应、塔筒载荷、机舱加速度影响相对明显,但对轮毂载荷、锚链张力影响不大。     

6 MW单柱型浮式风力机系泊链预张力对运动响应特性的影响

以6 MW海上单柱浮式风力机为研究对象,运用时域耦合分析方法探讨系泊链水平预张力对浮式风力机系统整体运动响应特性的影响。数值研究结果表明:增加系泊链水平预张力能有效改善浮式风力机的纵荡和垂荡运动,对浮式风力机纵摇和横摇运动的影响有限。根据系泊链预张力对浮式风力机整体运动的影响特性优化系泊系统,优化后的浮式风力机具备良好的总体运动响应,该系泊系统能保证浮式风力机的安全。所得结论对浮式风力机系泊系统设计具备一定参考意义。     

极浅水大潮差海域漂浮式海上光伏阵列系泊系统优化设计

面向海上太阳能资源开发,提出一种轻量化单层框架式漂浮式海上光伏支撑结构。为应对极浅水、大潮差给漂浮式海上光伏阵列系泊系统设计带来的极大挑战,考虑风、浪、流等环境载荷联合作用,采用时域耦合动力分析方法对漂浮式光伏阵列与系泊系统整体动力响应进行数值仿真,探究不同系泊参数对模块阵列运动响应和系泊缆受力等的影响规律。结果表明,合理选择系泊半径、浮子位置、浮子净浮力和预张力大小等可有效改善漂浮式海上光伏模块阵列的运动响应和系泊缆张力。基于此对系泊系统进行优化设计,并给出满足工程要求的系泊系统设计方案。     

非线性静水恢复力影响下的海上漂浮式Spar型风机水动力特性

研究非线性静水恢复力对海上漂浮式Spar型风机的水动力特性的影响。通过解析法推导非线性静水恢复刚度系数,并使用AQWA中的非线性模型验证当前推导的解析解的准确性。考虑非线性静水恢复刚度系数,采用编程程序对Spar型浮式风机进行时域分析,将结果与线性静水恢复力作用下的运动响应进行对比,并分析Spar型浮式风机的水动力特性以及静水非线性带来的影响。结果表明：流体静力非线性对浮式风机垂荡响应有显著影响,且这种影响随浮式风机旋转运动增大而增大;在极限海况下,由静水非线性引起的垂荡、横摇和纵摇响应差异为16%~40%,显示非线性静水力在运动响应中应予以重视。     

适应南海海况的FPSO系泊系统设计与运动响应

为保障一艘多点系泊浮式生产储卸油装置（Floating Production Storage and Offloading,FPSO）在南海恶劣海况下的安全作业,设计外转塔式系泊系统,并对船体线型进行优化分析。基于三维势流理论,应用Wadam软件建立水动力计算模型,研究不同船型方案下的FPSO频域水动力性能,最终确定优选船型。通过时域耦合动力分析方法研究FPSO系泊船体在风、浪、流作用下的运动响应特性,对比船型优化前后的运动响应和系泊缆张力结果。计算结果表明,减小艉柱倾角、增大艏柱倾角能在一定程度上降低该型FPSO在南海的纵摇和垂荡运动响应,系泊系统设计满足船级社规范要求。