深海无肋锚链张力测量技术研究

锚链张力是系泊系统评价的主要参数。在现场获得真实的锚链张力不但能够为平台运行提供安全保障,还能够为锚链的设计研究提供重要的数据支持。针对目前缺少有效的锚链张力测量手段的现状,本文基于有限元分析和无肋锚链形状特性提出了一种水下锚链力测量方法。首先利用有限元软件Ansys对锚链进行数值分析;基于分析结果和水下锚链张力测量需求设计了无肋锚链张力计样机;最后设计了验证实验,通过实验证明了样机和测量方法的可行性。     

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。     

锚链弹性系数研究

移动式海洋结构物定位的主要方式是用锚链系泊定位,要了解海洋结构物的运动响应、动力特性等,必须知道锚链的弹性系数.本文给出了锚链弹性系数的定义.从锚链悬链线方程着手,推导出了系泊移动式海洋结构物(主要是移动式海洋石油钻井、采油平台)用锚链的弹性系数的数学表达式.最后,分两种情况进行了讨论,给出了简化条件下锚链弹性系数的数学表达式.     

LNG运输船旁靠FLNG卸载作业时的水动力性能试验

针对LNG(液化天然气)运输船旁靠FLNG(浮式液化天然气生产储存装置)进行卸载作业时两船间存在复杂的水动力响应问题开展了水池模型试验,研究了不同载况下FLNG、LNG运输船的运动响应与相对运动特性以及旁靠定位系统连接缆与防碰垫的受力情况,并分析了斜浪对两船相对运动、旁靠定位系统连接缆与防碰垫的受力和系泊定位系统锚链受力的影响。结果表明:两船的艏摇一致性较好;横荡和纵荡存在较明显的相对运动,相对横荡运动波频运动特性明显,相对纵荡运动低频运动特性明显且幅值更大;风和波浪的夹角变化对于两船相对运动和旁靠系统所承受载荷有一定的影响,而且斜浪工况下两船相对运动和承受载荷都更加明显。这些研究结论可为LNG运输船旁靠FLNG卸载作业以及未来FLNG的设计提供参考。     

具有不同浮箱端部形状的半潜式钻井平台运动性能对比

半潜式钻井平台是深海油气资源开发的重要装备,通常有两个浮箱作为提供主要浮力的组件,不同的船型设计会采用不同的浮箱端部形状,可因此会影响平台的总排水量并改变平台的运动性能。该文以某半潜式钻井平台为研究对象,分别对尖形、半圆形、倒角方形三种代表性浮箱端部形状的船型方案进行了运动性能计算,并对计算结果进行了横向对比。结果表明,在主尺度不变的前提下,相对于尖形端部浮箱而言,半圆形、倒角方形端部浮箱有利于提高的整体装载能力,同时平台的运动性能没有显著改变。     

半潜式钻井平台锚链携带量对运动性能的影响研究

半潜式钻井平台是深海油气资源开发的重要装备之一。具备锚泊作业能力的半潜式钻井平台锚链的携带量会引起平台装载工况的变化,从而影响平台的运动性能。为了确定上述影响的程度,采用Sesam软件对某深水半潜式钻井平台作业和生存工况下不同锚链携带量的运动性能进行计算和对比。结果表明:平台锚链携带量对其运动幅值、加速度值和静气隙影响较小。可为今后半潜式钻井平台设计及装载配置提供参考。     

半潜式平台系泊系统失效模式下动力响应分析

该文采用时域分析方法,分析了平台在系泊完好时和受力最大的锚链断裂情况下的运动响应,并参照生存状况下的操作放松未破损锚链,以减小平台系泊系统的受力。分析结果表明,平台在受力最大的锚链断裂情况下,放松其余锚链能有效减小锚链张力,该文的分析可为工程实践提供参考。     

浮式液化天然气储存装置单点系泊水动力特性分析

针对设计的计划作业于南海1 500 m水深海域的浮式液化天然气储存装置(FLNG),开展了水池模型试验和数值计算分析,模拟了南海的环境条件,采集了单点系泊下的FLNG船体六自由度运动以及系泊锚链顶端载荷时历,在频域和时域范围对FLNG水动力特性以及舱内液体晃荡对FLNG的影响进行了研究,结果表明:在频域分析中,舱内液体晃荡使得FLNG的横摇运动在波频范围表现出较固体装载更小的运动响应;在时域分析中,舱内液体晃荡在南海一年一遇海况下加剧了FLNG的横摇运动;在百年一遇海况下削弱了该型FLNG的横摇运动;舱内液体晃荡对FLNG的纵摇、垂荡、纵荡、横荡以及艏摇运动影响较小。在此基础上,提出了系泊系统优化方案并进行了数值计算研究,认为在满足一定安全裕度的条件下能够通过减少系泊锚链数目显著降低建造成本,这对现阶段FLNG的自主设计提供了一定的参考依据。     

浮式平台损伤锚链的强度评估方法

基于接触算法和相对强度法,提出浮式平台系泊系统损伤锚链强度评估方法.实例利用接触算法和相对强度法对一浮式平台的损伤平台链环的破断力进行了计算,并对其进行了强度评估.计算结果表明,该评估方法可用于浮式平台系泊系统损伤锚链的强度评估,也可用于其他系泊系统损伤锚链的强度评估.     

漂浮式风电平台锚链检测机器人动力学仿真

提出一种新型锚链检测机器人用来检查海上漂浮式风电平台系泊锚链。与传统水下机器人相比,该机器人作业时沿锚链进行爬行作业。针对该新型锚链检测机器人,采用ADAMS软件对机器人沿锚链行进运动进行仿真分析。在此基础上,对机器人在锚链以45°和60°两种倾斜状态下的越障能力开展研究。结果表明,该锚链检测机器人在移动过程中运行平稳,符合结构设计要求,同时也为优化机器人结构提供重要数据。     

针对边际油田开发的简易单锚腿单点系泊系统研究

单点系泊系统因其投资小、易于回收、施工简便、工期较短,抵抗恶劣环境优势明显等诸多优点,越来越广泛地应用于边际油田的开发。参考国内外单点系泊系统的设计经验,开发出一种新型的简易单锚腿系泊装置——配重缓冲和浮筒缓冲综合型系泊装置,文章对设计中的关键技术进行了说明,并对该系泊装置的系泊原理、系泊刚度和系泊力进行深入研究,为浅海水域中小油田和边际油田的开发提供一种选择方案。     

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。     

极端波浪条件下浅水系泊线张力陡增及应对方案

针对浅水条件下系泊刚度过大、在极端海况下容易出现系泊线张力陡增的问题,采用数值计算方法,研究系泊线张力陡增成因,分析2种水深下系泊线躺底段长度变化对半潜式平台最大水平偏移和系泊线最大张力的影响,并考虑海床参数对系泊系统响应特征的影响。结果表明：在浅水系泊中,系泊刚度过大及强非线性是导致系泊线张力陡增的重要原因;增加系泊线躺底段长度、减小系泊线轴向刚度,可有效改变和优化系泊系统水平方向总刚度,减小系泊线张力陡增幅值。优化系泊线躺底段长度的方案可用于浮式平台的浅水系泊系统。     

新型内河LNG燃料加注趸船

为了解决天然河流水位高差与航道宽度季节性变化大而导致的LNG船舶燃料加注困难的问题,提出了一种介于岸基式加注站与加注船之间的新概念——内河LNG燃料加注趸船。为此,分析了LNG加注趸船概念提出的背景、船型的市场需求和分级管理理念,并从安全屏障角度讨论了LNG加注趸船的安全设计原则,重点阐述了LNG的安全储存理念及其实现手段,从储罐的选型、设计压力的确定、选材、泄漏防护原则及其试验验证等方面明确了LNG安全储存的实现方式。在LNG系统方面,提出了LNG补给及加注系统的工艺安全要点,阐明了轻型加注臂的技术特点,同时论述了锚泊与系泊的安全考虑。结论认为:①基于分级管理,采用国际海事组织的C型独立罐,并进行工艺安全、锚泊和系泊设计的LNG加注趸船是可行的;②至2025年,我国长江和珠江上500 m~3规模LNG加注趸船的需求量将接近30艘;③该船型的安全性、可靠性已经得到了实践的检验,目前已发展出第四代船型。     

单点系泊船形浮动采油装置在海浪中的运动响应分析

确定单点系泊船形浮动采油装置在海浪中的运动响应是确定装于其上的油气分离器分离效率的前提。本文通过简化、得到了单点系泊船形浮动采油装置的力学模型,在此基础上,导出了其运动微分方程式。根据船舶工程中常用的“切片理论”对油轮进行了受力分析,求得了它在纵荡、升沉、纵摇时所受到的相应的惯性力、阻尼力、静水压力引起的恢复力、波浪力。根据相似理论,采用模型试验的方法测得了锚链的张力-拉伸关系,及其函数关系式,从而算出了油轮所受到的锚链系泊力。最后,以一艘十一万八千吨油轮改装的船形浮动采油装置为例,对运动微分方程式进行了求解。为了检验理论分析的结果,以上述装置为原型,进行了单点系泊船形浮动采油装置的模型试验,试验结果和理论分析结果吻合较好。     

组合式网箱锚绳受力特性研究

设计了5种组合形式的重力式网箱模型,借助物理模型试验的方法,在纯流、纯波及波流联合作用下,测试了各种模型网箱的锚绳受力,并进行正向锚绳、侧向锚绳的受力分析,总结了组合式网箱锚绳受力的特性,在此基础上对实际养殖中采用的网箱组合形式提出了一些合理化建议。     

水流作用下双体组合式网箱水动力特性研究

运用刚体运动学原理与集中质量方法,建立双体组合式网箱浮架、网衣、锚绳及浮子的受力运动方程数学模型,利用物理模型试验对数学模型进行了验证,结果表明,本数学模型具有较好的可靠性和准确性.运用数字模型,计算了在不同流速条件下,双体组合式网箱锚绳受力、浮架运动及网农变形.     

基于Abaqus的合成纤维缆动刚度特性

基于Abaqus的AQUA模块，分析外激励作用下合成纤维缆的动力特性。使用Abaqus中UMAT子程序模拟缆索的动刚度特性。以水深为1 500 m的深水绷紧式系泊系统为研究对象，分别对其进行静刚度和动刚度计算，比较2种情况下缆索张力的变化。传统缆索张力算法认为整根缆的张力与刚度相同，分别以缆首端和尾端为研究对象，比较其动张力与动刚度的区别，说明在采用传统算法计算时存在误差。分析自重和海流力对缆索张力和动刚度的影响，发现自重和海流力在张力计算中不可忽略。分析外激励幅值和周期变化对缆索张力和动刚度的影响，结果表明张力峰值随外激励幅值的增大而增大，缆索张力和动刚度周期随外激励周期的变化而变化。     

极端载荷下半潜式平台系泊方法及性能对比

以某深水半潜式平台为研究对象,针对1 400 m 工作水深的12点系泊系统,采用时域耦合分析方法对比分析南海某设计工况下张紧式系泊与悬链线式系泊平台的运动响应和系泊缆动力特性,进而研究极端载荷作用下受力最大的系泊缆断裂时二者的变化情况。结果表明：与悬链线式系泊相比,无论是完整状态抑或是破断状态,张紧式系泊均具有更好的系泊性能,但聚酯缆材料的刚度非线性程度较大。分析结果可为系泊系统的设计与选择提供参考。     

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。