新型圆筒型FPSO垂荡抑制结构优化设计

针对传统圆筒型FPSO垂荡运动剧烈的特点,提出一种带有垂荡抑制结构的圆筒型FPSO。采用1∶77.8的缩尺比制作模型,进行垂荡纵摇衰减试验,得到带有不同垂荡抑制结构模型的固有周期和无因次阻尼系数,进而选取最优的垂荡抑制结构型式。之后计算并对比传统圆筒型FPSO和新型圆筒型FPSO垂荡纵摇运动的固有周期和幅频响应函数。在此基础上,结合我国南海海洋环境条件,设计新型圆筒型FPSO的系泊系统,计算分析自存工况下的耦合动力响应,并与传统圆筒型FPSO进行对比。结果表明,文中提出的垂荡抑制结构可以有效增大系统垂荡纵摇运动的固有周期,改善运动性能,提高系泊的安全性。

基于非线性能量阱的半潜式平台垂荡响应抑制研究

半潜式平台由于吃水浅、水线面小导致垂荡响应较大,为采油树的选择以及钻井、采油等作业带来了许多制约因素,增加维护和作业成本。针对这一问题,本文提出了一种带有非线性能量阱(Nonlinear energy sink,NES)的半潜式平台结构。根据NES减振原理,将活动式垂荡板作为NES系统的具体结构,通过建立带有NES系统的半潜式平台动力学模型,以减小平台垂荡响应为目标,优化设计了NES系统参数。考虑海况变化问题,对NES系统和调谐质量阻尼器(Tuned mass damper,TMD)系统的垂荡响应抑制性能、系统能量传递进行了对比分析。结果表明:NES系统对半潜式平台的垂荡响应具有明显抑制效果,NES系统的共振俘获现象可以使平台与其发生靶能量传递(Targeted energy transfer,TET),同TMD系统相比,NES系统对不同海况波浪谱峰周期变化的鲁棒性更强。

不同垂荡抑制结构对圆筒型FPSO阻尼和运动性能的影响研究

设计和改进垂荡抑制结构是提升圆筒型浮式生产储卸油装置(FPSO)阻尼性能和改善运动情况的一种常用方法。该文利用自主开发的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,对具有带锯齿垂荡抑制结构的圆筒型FPSO进行了计算分析。通过静水自由衰减数值模拟与模型试验对比平台固有周期进行验证,结果表明,二者吻合良好,验证了本求解器对圆筒型FPSO问题进行模拟仿真的可行性。之后,对带有不同垂荡抑制结构的FPSO进行模拟,得到相应的固有周期和阻尼系数。通过分析垂荡抑制结构附近的涡量场与速度场,探索了抑制结构对平台泄涡的影响。结果表明,在垂荡抑制结构上设置锯齿会对阻尼性能和流场情况产生较大影响。

圆筒型FPSO减动装置选型设计及分析

以南海海域百年一遇的极端生存海况和十年一遇的工作海况作为设计输入条件,以垂荡运动抑制性能为主要考虑因素对带延伸筒体的圆筒型FPSO进行减动装置构型设计及分析。基于JONSWAP波浪谱,采用基于三维势流理论的水动力分析软件AQWA对带不同构型减动装置的圆筒型FPSO进行时域、频域分析,并对设计的系泊系统进行安全性校核,最后综合分析对最优减动装置进行构型选择。结果表明,减动装置构型Ⅰ(带间隙的环形矩形减动装置)拥有较好的水动力性能,是6种减动装置构型中最优的结构形式。