张紧器结构非线性对深海顶张式立管系统参激稳定性的影响分析

顶张式立管在作业时,浮式平台垂荡运动导致立管轴向张力随时间变化,可能引发立管在水平方向发生参激失稳。随着海洋开发进入深海区,海洋环境愈加恶劣,立管因长径比大幅增加而柔性增强。为确保系统作业安全,必须寻找新的(以前被忽略或简化)关键影响因素以实现对立管动态响应准确预测和系统稳定性科学预判。在参激稳定性预报中,直接作用式张紧器最常采用的是线性弹簧模型和工程简化模型。考虑液压缸装置的气体压强和容积、摩擦力、液压损失等因素,建立了直接作用式张紧器非线性模型。采用张紧器线性弹簧模型、工程简化模型和非线性模型,基于富洛开理论预报1 000 m顶张式立管系统的参激稳定性。研究表明,张紧器结构非线性影响立管张紧力和固有频率计算,进而可能导致系统参激稳定误判。采用3种张紧器模型预报参激不稳定区的差别主要发生在低频区,利用非线性模型预报的参激不稳定区最大。随着蓄能器高压气体初始体积的增加和低压氮气瓶初始压强的提高,张紧器结构非线性效应会进一步加强。研究成果可用于修正现用的参激分析软件以更适用于深海区。