深水Spar平台的张紧式系泊系统性能研究

摘要

Truss spar平台是深水海洋开发中常用的平台，中间舱段采用桁架式结构，不但节省用钢量，同时具有更好的稳性。张紧式系泊系统具有系泊半径小、总重量轻、防腐蚀性能好等特点得到广泛应用。本文以Truss spar平台为研究对象，将南海2000m水深目标海域环境参数统计值作为设计海况，一方面针对张紧式系泊系统进行性能分析，结合工程经验及平台布局优选系泊系统参数完成方案设计;另一方面确定了半张紧式系泊系统布置方案并与张紧式系泊系统进行性能对比。通过耦合计算，在系泊系统动力特性影响参数、系泊方式、方案优选思路等方面的进行了研究，探索了平台运动响应与系泊系统动力响应的变化规律，为今后南海Truss Spar平台系泊系统择优确定设计方案提供技术建议与工程参考。
　　在进行频域分析时，为准确获得平台水动力参数，考虑了月池内部流体的影响，同时引入TUBE单元及DISC单元进行等效处理，并结合AQWA NAUT模块计入硬舱、软舱及垂荡板的阻尼对垂荡运动的影响。将数值计算结果与平台固有周期比较发现，结果合理可靠。
　　然后对Truss Spar平台张紧式系泊系统进行初步设计，采用锚链-聚酯纤维缆-钢链三段材料组合方式布置。在进行时域耦合动态模拟时，依据API RP2SM规范，结合BRIDON材料属性，采用安装刚度计算平台位移，采用风暴刚度计算系泊系统受力。
　　在设计系泊系统时，将参数按照对材料成本影响大小排序，依次分析了顶张角、导缆孔高度、分段长度、直径、根数、布置方式及组内夹角对平台运动响应及系泊线动力响应的影响，结合平台布置逐步深入优选方案。所设计的方案能够较好控制成本，性能优良。
　　最后得到四种海况张紧式系泊系统在完整与破损条件下，系泊线受力与平台的六自由度位移结果，均满足设计规范要求。在此基础上完成半张紧式系泊系统设计，然后着重对比两种系泊方式平台的运动响应。通过叠加水平运动轨迹，可明显看出张紧式系泊系统对应的平台位移远小于半张紧式，水平位移半径极值减小50％以上。并且在系泊系统破损条件下对位移控制能力比半张紧式强，可有效控制平台低频慢漂运动。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 Spar平台简介

1．2．1 Spar平台的结构和发展

1．2．2 Truss Spar平台介绍

1．3 深水Spar平台系泊系统研究

1．4 国内外研究现状

1．5 本文主要研究内容

第2章 Truss Spar平台水动力性能分析

2．1 三维势流理论

2．2 频域运动方程

2．3 Truss Spar平台主体参数

2．4 水动力模型处理

2．5 一阶波浪力计算

2．6 二阶波浪载荷计算

2．6．1 二阶平均波浪力

2．6．2 二阶差频波浪力

2．7 幅值响应算子

2．8 附加质量及辐射阻尼系数

2．9 本章小结

第3章 Truss Spar系泊系统初步设计

3．1 Truss Spar平台时域分析理论

3．1．1 随机波浪载荷计算

3．1．2 Morison方程

3．1．3 风载荷和流载荷计算

3．1．4 系泊系统静力和动力分析

3．1．5 总体运动方程

3．2．1 定义环境载荷方向和坐标系

3．2．2 海况参数

3．2．3 系泊准则

3．3 动刚度特性以及处理方法

3．4 系泊系统初步设计参数

3．5 最危险工况的确定

3．6 本章小结

第4章 Truss Spar张紧式系泊系统性能分析及方案设计

4．1 张紧式系泊系统设计方法

4．2 系泊系统参数设计及性能分析

4．2．1 顶张角对系泊性能的影响及参数确定

4．2．2 导缆孔高度对系泊性能的影响及参数确定

4．2．3 系泊线分段长度对系泊性能的影响及参数确定

4．2．4 直径对系泊性能的影响及参数确定

4．2．5 系泊线根数对系泊性能的影响及参数确定

4．2．6 不同分组布置方式对系泊性能的影响及参数确定

4．2．7 系泊线组内夹角对系泊性能的影响及参数确定

4．2．8 最终方案设计

4．3 本章小结

第5章 Tress Spar平台与系泊系统耦合结果分析

5．1 静水衰减曲线

5．2 系泊系统完整及破损条件下张力结果分析

5．3 系泊系统完整及破损条件下平台位移结果分析

5．4 张紧式与半张紧式系泊系统性能对比

5．4．1 半张紧式系泊系统设计

5．4．2 平台水平运动响应对比分析

5．5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢