浮力筒自由涡激运动的模型试验研究

对外径150 mm,长700 mm垂直放置的浮力筒模型开展了自由涡激运动试验研究,测量了浮力筒在不同试验工况下六个自由度的运动参数,并着重对浮力筒顺流向、横向和艏摇运动的运动特性进行了分析。试验中发现,当约化速度较小时浮力筒主要发生顺流向运动而横向和艏摇运动较小且不规则;当约化速度增大到一定程度后,顺流向运动频率是横向运动频率的2倍,此时艏摇运动出现了两个主要运动频率,其中较大的艏摇运动频率等于横向运动频率,因此认为横向运动和艏摇运动的激励力来源相同,即二者存在耦合作用,而且浮力筒的运动轨迹呈现明显的"8"字形。试验中还发现,浮力筒涡激运动的平均拖曳力系数比圆柱绕流的阻力系数增大了约100%。

深水塔式立管顶部浮力筒设计分析方法

研究深水塔式立管顶部浮力筒初步设计分析的基本流程与方法,涉及的技术难点包括顶部浮力筒设计中阻力最小化与浮力最大化的优化、浮力筒舱室的数量与尺寸的确定、单/多个浮力筒舱室破坏时浮力的裕量等。总结顶部浮力筒设计参数对设计性能影响的基本规律,并给出顶部浮力筒分析校核的主要工况载荷。以西非海域深水油气田为例,对深水塔式立管顶部浮力筒进行设计分析。范例表明提出的设计分析方法行之有效。

不同系泊条件下浮力筒涡激运动模型试验

为了研究不同系泊条件下小质量比结构的涡激振动响应规律,本文对质量比为0.422、长细比为7的浮力筒开展了不同系缆绳长度和顶端距水面距离工况下的模型试验,并对其运动轨迹、幅值、频率等参数进行了对比和研究,发现:小质量比与细长比浮力筒的振动频率随约化速度的增大而几乎线性增大,仅在很小的范围"锁定"于固有频率,且横向振幅始终较大,未出现下端分支。实验过程中观察到了明显的艏摇现象,通过对浮力筒艏摇运动特性的研究,发现当约化速度较小时,艏摇运动比较杂乱,其中有一个较大的频率分量与横向振动主频率相等。同时,横向振动也有一个较为明显的频率分量与艏摇运动的主频率相等。当约化速度大于6.5以后,艏摇运动与横向振动都趋于稳定,仅有一个主要频率,且两者频率相等,证实了艏摇运动是由浮力筒两侧漩涡交替脱落形成的压力差引起的。

浮力筒对自由站立式刚性主管轴向振动的影响

复杂的海洋环境易导致自由站立式立管系统浮力筒浮力周期性变化,造成刚性主管轴向振动。当浮力筒运动频率与刚性主管固有频率重合或接近时,系统会发生共振,危及其作业安全。鉴于此,建立刚性主管轴向振动力学模型,运用数值方法求解出刚性主管轴向振动的固有频率。以浮力筒现有的5种设计工况为例,探究了各阶固有频率随浮力筒状态的变化情况;通过稳态响应分析,计算出5种工况下的动载荷放大系数。研究结果表明:刚性主管的稳态振幅与浮力筒浮力成正比,与刚性主管密度、横截面面积和总长度成反比;刚性主管顶部的动载荷放大系数与浮力筒的等效质量、刚性主管的密度、横截面面积、总长度及频率比有关,当浮力筒出现2舱破损和中心管及1舱同时破损时,系统的动载荷放大系数明显偏大;应考虑适当增加浮力筒设计水深,以减小垂向环境载荷作用,延长浮力筒垂向运动周期;尽量减小浮力筒的等效质量,增大系统的固有频率。研究结果有助于完善浮力筒和刚性主管的力学性能分析,为自由站立式立管的系统设计提供有益参考。

塔式单根立管安装方案研究

阐述塔式单根立管的结构组成,分析研究不同类型的塔式单根立管,包括分离式单根立管以及分散布置整体式单根立管和组合布置整体式单根立管的海上安装方案。

塔式集束立管安装方案研究

对不同类型的塔式集束立管的海上安装方案进行了分析研究,为塔式集束立管在中国南海的应用提供参考。