一种新型深海海洋平台——几何形Spar和集成浮力桶的试验研究

介绍了一种新型深海海洋平台———几何形Spar壳体概念和集成浮力桶立管支撑概念,并与常规Spar和桁架式Spar进行了比较。为测定多角形Spar和集成浮力桶在不同环境条件下运动响应的总体性能,设计并完成了在海洋工程水池中的模型试验,此类试验在国内尚属首次。

15 MW级Spar漂浮式风电平台的设计方案及水动力性能研究

[目的]针对15 MW级浮式风机,提出一种新型的Spar漂浮式风电平台设计方案,并对平台性能进行分析。[方法]基于势流理论对平台进行频域水动力计算,对不同浪向下的平台波浪力和运动响应特性进行研究;应用叶素动量法计算叶轮气动载荷并将其等效为风力系数,从而计算不同工况风浪流联合作用下的平台时域响应,同时对系泊缆的受力情况进行分析。[结果]结果显示,平台垂荡和纵摇在平台运动固有频率处出现了峰值点,且发生的位置均远离波浪的主要能量区域;在风浪流作用下,相较于工作工况,极限工况下的平台最大纵摇角略小,而最大纵荡和垂荡响应幅值以及最大系泊张力更大。[结论]研究证明新型Spar漂浮式风电平台具有良好的稳性和水动力性能,在设计环境载荷下,平台响应和系泊力均能满足要求,能够保障风力发电机组的安全性和稳定性。

CT-Spar平台及其系泊与立管系统优化

以CT-Spar平台及其系泊与立管系统为对象,识别出平台垂荡板数目、张紧式系泊缆预张力、钢悬链线立管上浮子位置及浮力大小为CT-Spar平台-系泊-立管系统设计时的关键参数。基于SESAM运用频域分析、时域耦合分析等手段,以系统运动响应及受力为指标,对这些关键参数进行分析与优化,结果表明,垂荡板数目由4调整为3、张紧式系泊缆预张力为1800 kN、3600 kN的浮子安装在距钢悬链线立管距顶端悬垂长度段的60%处的参数设计是适应1500 m深海风-浪-流复杂动力环境的优选方案。对该方案在极端动力条件及平台系统部分破损状态下进行时域耦合分析,发现该方案也能满足石油平台安全相关规范要求,并显著改善系泊缆、立管受力状态。

Spar平台多自由度耦合的涡激运动数值模拟研究

为研究Spar平台在均匀流作用下多自由度耦合的涡激运动特性,本文基于STAR-CCM+求解器建立了考虑流固耦合的Spar平台涡激运动数值模型,探讨了纵荡、横荡、垂荡、纵摇和横摇五个自由度的耦合效应。结果表明:Spar平台在横荡、垂荡与横摇三个自由度发生明显“涡激共振”现象,并且垂荡与横摇自由度“涡激共振”现象发生的速度区间基本一致;横荡与横摇自由度保持着较高的耦合性,横荡共振时横荡与横摇的运动主频保持1:1的关系,横摇共振时横荡运动频谱的次峰频率等于横摇运动主频;纵荡、垂荡与纵摇三个自由度存在复杂的非线性耦合运动关系,不仅纵荡、垂荡的运动主频始终存在于纵摇频谱中,而且纵摇与纵荡、纵摇与垂荡的耦合程度在不同的折合速度范围内存在差异。

基于SPAR-H方法对某核电厂因人员误碰蒸汽发生器主给水隔离阀关限位开关导致反应堆自动停堆事件进行的人因失误定量化分析

2023年1月11日,某核电厂5号机组处于功率运行RP模式。运行部学员对主给水隔离阀的阀门结构包括限位开关位置进行观察学习,在使用手电观察限位开关的过程中误碰到关限位开关。误碰导致主给水隔离阀门自动关闭。随即由于1号蒸汽发生器(SG)水位低叠加上汽水失配信号触发反应堆自动停堆。本文将使用SPAR-H方法,对本事件涉及的人员绩效形成因子PSF开发定量化分析,进一步假设与比对各针对性的纠正行动得到落实后的人员可靠性分析结果,并采用不同的人员可靠性分析方法对事件进行分析与对比,从而为营运单位制定更加有针对性的纠正行动提出改进建议。

国外Spar平台研究现状及中国南海应用前景分析

Spar平台是1种新型深水平台,其吃水深,水线面积小,运动稳定性好,适合500～3 000 m水深的油气开发工程。文中详细介绍国外Spar平台及其关键技术研究和开发现状,分析中国南海深水油气开发的应用前景及南海环境条件下的新概念Spar平台。

银杏叶提取物神经保护作用中Snk-SPAR途径机制探讨

为观察银杏叶提取物EGb761的神经保护作用与突触活化过程中Snk(serum-induced kinase)-SPAR(spine-associated Rap guanosine triphosphatase(GTPase)activating protein)途径之间的相关性,本研究采用RT-PCR、蛋白质免疫印迹及免疫荧光双重标记方法观察了EGb761对谷氨酸刺激后诱导的体外培养海马神经元中Snk、SPAR表达水平及分布变化的影响。结果表明,无论在mRNA水平还是蛋白质水平,EGb761均能明显阻断突触活化后Snk-SPAR途径的激活,并对谷氨酸刺激后神经元突起上Snk分布增多及其所导致的SPAR分布减少有明显的干预作用。以上结果说明,对树突棘内结构蛋白的调节以及对树突棘结构的稳定作用是EGb761神经保护作用的一个重要靶点。

Spar平台垂荡板受迫振荡水动力特性研究

首先针对圆形实板以及不同透空率下垂荡板作受迫正弦振荡的水动力特性进行了数值模拟研究,得到垂荡板作正弦振荡的阻力和附加质量系数,进而分析得出透空率对垂荡板阻尼及附加质量的影响规律;其次比较了相同透空率情况下不同小孔数目对垂荡板水动力特性的影响,并比较了不同形状垂荡板的水动力特性;最后还对双板之间的间距进行了优化计算。在此基础上综合考虑垂荡板受迫振荡水动力特性,为深水Spar平台的垂荡板优化设计提供技术指导,使其能够有效地改善Spar平台的垂荡运动性能。

Spar平台垂荡板水动力系数计算与分析

Spar平台带有厚度很薄的垂荡板,使用边界元方法计算时存在着准奇异积分的数值计算问题。采用自适应高斯积分法对其准奇异积分问题进行处理,较少单元即可达到很高精度。在势流理论下对Spar平台垂荡板的水动力系数进行了计算,并与实验结果进行了对比,发现真实流体中垂荡板的附加质量约为势流理论下附加质量计算结果的1.1倍,而辐射阻尼在总阻尼中所占的百分比很小,此时粘性阻尼成为垂荡板的主要阻尼来源,在工程设计中不可忽略。

海上漂浮式风力机Spar平台波频与慢漂响应性能分析

建立OC3-Hywind Spar Buoy平台的NREL 5 MW漂浮式风力机整机模型,采用基于辐射绕射理论的面元法和完整的二阶传递函数(QTF)计算一阶与二阶波浪载荷,并利用叶素-动量理论对叶片气动载荷进行计算.对一阶与二阶波浪载荷以及由其引起的波频与慢漂响应进行对比分析,并分别讨论风、浪联合作用和不同海况下风、浪、流联合作用时的波频与慢漂响应.结果表明:一阶波浪载荷比二阶波浪载荷至少大1个量级,但两者引起的动态响应幅值在同一个量级;气动载荷不仅影响慢漂响应,而且对波频响应也有一定影响;波频响应主要受海浪影响,慢漂响应主要受气动载荷影响.

均匀流中深水系泊Truss Spar平台涡激运动试验研究

在工程中广泛应用的Truss Spar平台自诞生之初就为涡激运动问题所困扰,对其运动特性及抑制方法的机理性研究始终都在进行。采用截断系泊系统水池模型试验对设计中的Truss Spar平台在均匀流中的涡激运动响应进行了研究,分析了有无侧板平台的运动轨迹以及不同速度及流向角来流对平台运动的平衡位置的影响。在影响平台涡激运动特性的重要因素中,选取折合速度及流向角分别加以研究,分析了幅值在锁定区间中的变化规律,验证了减涡侧板对涡激运动良好的抑制作用,并对"热点"问题进行了探讨。为进一步研究Spar平台的涡激运动特性奠定了基础。

Truss Spar平台滑移装船研究

Truss Spar平台是当今Spar平台的主流形式。由于Truss Spar平台主体结构的特殊性,致使其滑移装船工程设计具有一定的特殊性。该文依据NOBLE DENTON指导性文件,从Truss Spar结构特点出发,对与平台装船相关的船舶滑道设计、滑靴设计、系泊设计、调载方案设计、泵和拖拉设备的选型等进行了研究,提出了需要关注的关键性技术问题,为今后Truss Spar平台主体结构的滑移装船设计提供参考。

Spar式风力机平台设计及水动力影响因素研究

针对NREL5MW风力机设计Spar式风力机平台并采用频域分析方法对该平台的水动力性能进行分析,研究纵荡板、平台工作水深以及重心高度对其水动力性能的影响。研究表明,垂荡板可将Spar平台的垂荡响应峰值降低至无垂荡板时峰值的1/3。当水深大于设计吃水的4倍时,水深对垂荡运动影响很小,这说明Spar风力机平台适合工作在水深大于4倍平台设计吃水的海域。当加压载后,平台重心低于设计重心的距离在0!0.8倍的设计重浮心距离范围内时,Spar风力机平台实际重心位置的偏离对平台的水动力性能影响较小。分析结果将为海上浮式风力机支撑平台的设计以及水动力性能研究提供参考。

随机波浪下Truss Spar平台垂荡运动时域分析

研究Truss Spar平台在随机波浪下的垂荡运动特性。采用ITTC双参数谱,考虑绕射作用,数值计算了平台所受的随机波浪力。利用已有的水动力试验和数值模拟结果及Morison方程,估计了Truss Spar平台垂荡方向的附加质量和粘滞阻尼大小。考虑非线性阻尼和瞬时波面的影响,运用Runge-Kutta数值迭代算法,比较了不同随机波浪参数对平台运动响应的影响,特别是波浪特征周期接近垂荡固有周期时。结果表明,当波浪特征周期接近平台垂荡固有周期时,平台产生大幅垂荡运动,频域的运动分析结果比时域结果偏小。

Spar平台垂荡—纵摇耦合运动的不稳定性

研究了深水Spar平台垂荡—纵摇耦合不稳定运动的形式和条件。以经典Spar平台为例,基于垂荡包络线概念,分析了平台垂荡—纵摇耦合运动的相互放大效应及"舞动"运动。结果表明,当垂荡包络线周期与纵摇固有周期相等时,纵摇运动失稳;因纵摇对垂荡的耦合影响,垂荡幅值不断增大,同时垂荡运动的变化又影响纵摇运动,使得纵摇幅值小幅度增加,平台运动存在相互放大效应。纵摇失稳后,Spar平台将处在一种奇特的"舞动"运动形式。

Spar平台主体垂荡-月池流体耦合运动模型试验研究

针对Spar平台主体垂荡-月池流体耦合运动问题,采用模型试验的方法进行了研究。设计了可拆卸的月池底部挡板及垂荡板,通过静水中自由衰减试验及波浪中强迫运动试验,分析了月池流体对平台主体垂荡运动的影响。结果表明:月池流体显著增加了平台垂荡阻尼;当波浪周期接近平台垂荡固有周期时,月池流体对平台主体垂荡有抑制效应,且抑制程度与月池开孔面积有关;对于较大的底部挡板开孔率,平台主体垂荡RAO有2个峰,当波浪周期接近月池流体垂向振动固有周期时,也会激起平台主体较大的垂荡运动。实际中采用半开口月池时,应考虑月池流体对平台主体垂荡运动的影响。

传统Spar平台垂荡-纵摇耦合内共振响应

本文中研究规则波浪下经典Spar平台垂荡-纵摇耦合运动内共振动力特性.考虑垂荡频率与纵摇频率的2∶1的内共振关系,在无系泊状态下建立了平台非线性耦合运动微分方程.应用MOSES软件建立了平台模型,计算了不同波浪周期下的一阶波浪激励力.采用多尺度方法求解垂荡-纵摇耦合运动响应的定常解并进行数值验证.计算结果表明,当波浪频率接近垂荡固有频率且波高达到某一极限时,平台垂荡运动的能量达到饱和;当波高继续增加时,垂荡能量开始向纵摇运动转移,导致平台发生大幅纵摇运动.

内孤立波作用下Spar平台的运动响应

建立了内孤立波作用下Spar平台运动响应的时域数值模型,并利用这一模型计算了内孤立波作用下Spar平台的运动响应。其中根据K-dv方程解出内孤立波的波面及水质点速度表达式,应用Morison公式求出内孤立波对Spar平台的水平作用力;由伯努力方程求解压强,通过在平台底面积分求出内孤立波对Spar平台的垂向作用力;在悬链线理论的基础上,分析锚链对平台的作用力,采用四阶Runge-Kutta方法求解运动方程。数值结果表明,当内孤立波不断接近海洋平台时,Spar平台受到的作用力随之增大,海洋平台会产生远大于表面波作用下的水平位移,从而证实了内孤立波是影响海洋平台稳定的重要因素,在海洋平台的设计和评估中内孤立波的作用是不可忽略的。

Truss Spar平台垂荡响应频域分析

利用已有水动力试验和数值模拟结果及Morison方程,简化估计了Truss Spar平台垂荡方向水动力贡献,快速有效地预报了平台极端海况下的垂荡响应。在频域内分别采用数值迭代计算和粘滞阻尼线性化方法得到了平台在不同数量垂荡板配置下的垂荡响应幅值算子。在墨西哥湾、西非和中国南海等3种不同地区极端海况以及墨西哥湾工作状态海况下计算了平台的响应极值,分析发现平台波频垂荡响应对入射波浪周期非常敏感。采用JONSWAP波能谱得到了Truss Spar平台垂荡响应谱。通过比较和参数分析,验证了平台在设计上的合理性与实际海况下良好的垂荡运动性能。

新型多柱桁架式Spar平台水动力性能研究

Spar平台以其较大的水深适应范围,较好的运动性能和稳定性,在深海油气资源开采中得到广泛的使用。随着技术的进步,各种新型的Spar平台形式不断涌现,其各方面的性能也得到大量的研究。结合前几代Spar平台形式的特点,提出了一种新型的多柱桁架式Spar平台概念,希望通过桁架的使用,保持Spar良好的运动和受力总体性能,同时采用多柱式的硬舱结构,降低建造难度和成本。并对该Spar平台的水动力特性,载荷以及运动响应进行了数值建模计算,分析结果表明,其运动响应较小,水动力性能良好。