风浪中锚泊渔船的锚链系泊张力的分析研究

渔船在风浪冲击下锚泊时,其锚链的动力负荷会受到影响。通过非线性方程的求解,着重分析二阶波浪力导致的高系泊力。结果证明,在不同水深及风、浪、流的作用下,电焊锚链和钢丝绳所能承受的系泊拉力相差较大,从而为渔船锚泊规范制订提供了理论基础。

畸形波作用下锚泊方柱系泊张力特性研究

基于物理模型试验,探究畸形波和不规则波作用下浮体系泊张力差异问题。讨论相对波高、相对周期和畸形波参数α1对系泊张力的影响。结果显示:畸形波参数α1和浮体系泊张力显著相关。在α1=2.0~2.83范围内,畸形波作用下迎浪侧系泊张力最大值可达不规则波作用的1.9倍。在相对波高Hs/d=0.032~0.097范围内,畸形波作用下迎浪侧系泊张力最大值显著大于不规则波的作用结果,但畸形波和不规则波对应的1/3值及平均值几乎一致。就相对周期影响而言,迎浪侧系泊张力最大差别出现在谱峰周期Tp<T0p范围内。频域方面采用小波分析方法讨论畸形波和不规则波作用下浮体系泊张力时频谱特征,两种波浪作用下系泊张力时频特征有显著差别。

吃水对深水半潜式钻井平台系泊张力的影响分析

以某深水半潜式钻井平台为研究对象,选取南海10年一遇环境条件,采用三维势流理论和时域耦合分析方法,研究了平台吃水对系泊张力的影响,探讨了通过改变吃水来降低系泊系统破坏的可行性。计算结果表明,随着平台吃水的增加,平台系泊张力明显降低,因此在紧急抗台的情况下,可以考虑通过增加吃水来缓解系泊系统的受力,同时辅以调整船位、放松系泊缆等措施,从而达到有效抗台的目的。

系泊张力监测系统的应用研究

系泊绞车是保障船舶航行安全的必要设备,主要起船舶支持和定位作用。文章通过实船项目的设计开发实例,介绍了系泊张力监测系统的功能和应用场合,探讨了系泊张力监测系统的工作原理、元器件选型、功能配置和试验等关键技术问题,为后续自动化、智能船舶设计提供参考。

海上风机与养殖网箱融合系统中网箱系泊绳张力与导管架基础结构的安全性

海洋牧场与海上风电融合发展是现代渔业和清洁能源产业融合发展的典型代表,有利于构建“海上粮仓+清洁能源”的新产业模式。本研究基于福建漳浦六鳌海上风电场风机导管架构建养殖网箱与海上风机融合系统,运用Aqua-FE™有限元工具探究极端波流条件下不同网箱布设深度、波流入射角、生物附着程度对网箱系泊绳张力的影响;采用海洋工程专用设计软件SACS,计算分析风机导管架结构在波流及网箱系泊绳张力作用下的应力分布,评估养殖网箱系泊绳张力对风机导管架基础结构安全性的影响。结果显示,网箱布设深度的增加能够减少网箱系泊绳最大张力,显著改善网箱风机整体结构受力状态;波流入射角的改变对于网箱风机整体结构安全性影响不大;网衣生物附着程度的增加会显著增加网箱系泊绳最大张力,从而造成风机导管架基础杆件大量失效。研究表明,养殖网箱可布设于适当水深以减少受力,同时应及时清理附着生物,适当增加网箱系泊点附近的导管架杆件和导管架底部桩土点杆件的壁厚,以确保养殖网箱与海上风机融合系统结构安全。该结果可为深入研究网箱与风机融合系统的受力,评估该系统的安全性,优化设计养殖网箱与风机融合系统提供数据支撑。

基于LSTM模型的浮式风机系泊监测数据解算方法

针对浮式风机系泊倾角监测数据如何准确解算为系泊张力响应的问题,提出一种基于长短时记忆(LSTM)网络与全连接网络(FCN)相结合的系泊张力解算模型。首先,针对在役的“扶摇号”浮式风机,建立风-浪-流耦合时域仿真模型,用以获取不同工况下系泊张力与倾角数据,从而形成神经网络的训练与验证数据集。在Keras框架下,开发FCN与LSTM的组合网络模型,选取Adam优化器进行训练,获得验证集损失函数最小的网络参数。最后,分别采用传统悬链线方程与神经网络模型对系泊张力响应进行预测,并与实际结果进行比对分析。结果表明:神经网络能够考虑到不同系泊倾角对应的导缆孔平均高度变化以及系泊运动的动态过程,在系泊张力时程曲线、均值、标准差及最大值等预测上比传统悬链线方程具有更高的精度,两者对于系泊张力最大值的预报误差分别为6.4%和17.1%。

单点系泊方式下的浮标系统运动响应分析

浮式激光雷达测风塔在恶劣的海洋环境下,其运动稳定性受到风、浪、流等多种环境载荷的耦合作用,呈现出典型的非线性特征,对其观测精度造成重要影响。建立浮动式基础设计分析平台,对浮标及其系泊系统进行水动力性能模拟分析,求解不同载荷作用下浮标平台与单点式系泊系统之间的运动响应。计算结果表明,浮标体在单点式系泊方案下具有良好的安全性和稳定性,系泊张力最大值为466.4k N,满足设计BVNR493规范要求,浮标平台的运动半径极值和最大垂荡距离分别为50.0m和6.3 m,可保证安全运行。

大型舰船岸基恒张力系泊装置的理论计算及系统设计

为了解决大型舰船驻泊时系泊缆绳瞬时张力过大而发生断裂的问题,提出一种岸基恒张力系泊装置,采用容积变化式的恒张力液压控制原理,主要内容包括设计要求及工作原理、理论计算及关键元器件选型、机械结构设计、液压系统设计、系统仿真。分析结果表明:此系泊装置在不改变现有系泊设施和缆绳的情况下,可以将系泊缆绳张力控制在一个相对固定的范围内,从而可以确保缆绳不发生断裂,并且可单独安装,需要的能量很少,经济实用。

深海平台复合单系泊缆形状和张力分析

以一工作水深为310 m的转塔式浮式生产存储系统为例研究了复合单系泊缆索静力特性的计算方法,用C++编写了基于悬链线方程式的深海平台系泊缆形状和张力的分析计算程序,计算并分析了复合单缆在无浮筒重物、只有浮筒、只有重物、既有浮筒又有重物四种情况下的形状和张力,为动力计算提供条件。本方法简单直观,并且完成一次计算所耗时间不到1 s,特别适合于需要多次迭代计算复杂系泊系统静力特性的等效水深截断系统优化设计。

新型漂浮式风力机Spar平台动态响应及系泊研究

提出漂浮式风力机Spar平台安装螺旋布置扰流片的设计方法,通过对水动力学软件AQWA的二次开发,实现风波作用下浮式风力机动态响应的求解,对比研究扰流片螺旋布置高度对漂浮式风力机Spar平台动态响应的影响以及对扰流片平台安装系泊配重后对平台动态响应与系泊张力的影响。结果表明:扰流片平台的辐射阻尼较原平台在纵荡、垂荡、纵摇方向上均有所提升;扰流片平台的纵荡、垂荡、纵摇幅值响应算子较原平台均有所降低;随扰流片布置高度提升对平台纵摇方向运动响应抑制效果最好、垂荡方向次之。在风波耦合作用下,扰流片能够降低平台纵荡、纵摇响应,一定程度上抑制垂荡运动响应;安装扰流片可降低风力机转子推力、平台系泊张力有所上升;对系泊安装配重浮筒,在有效降低系泊张力的同时能够抑制平台纵荡、垂荡运动响应,对纵摇运动影响较小。

超深水环境下新概念张力系泊式水中生产平台力学特性研究(第一部分)（英文）

文章研究聚焦于一种新概念张力系泊式水中生产平台(STLP),该平台实现了浅水采油设备和技术在超深水环境下的生产作业。STLP位于海面下一定深度处,充分降低了海面灾害性海洋环境要素(巨浪、强流)的影响。文中详细研究了在3 000 m水深环境下STLP的力学特性。其中,该专题的第一部分重点研究刚性立管的力学特性,介绍了STLP的设计原理,给出了STLP的理论模型及数值模拟方法。进一步地,给出了STLP的设计流程与理论。在此基础上,研究并讨论了刚性立管在3 000 m水深环境下的强度、屈曲和疲劳特性。最后,给出了研究结论。特别地,文中研究所得到的结论对于自站式混合立管的工程设计和分析均具有广泛适用性。

超深水环境下新概念张力系泊式水中生产平台准静态稳性特性研究(第二部分)

本文聚焦于一种新概念张力系泊式水中生产平台(STLP),该平台可在超深水环境下应用浅水完井设备和技术开发大型油气田。重点研究STLP准静态稳性设计评估分析模型的建立,STLP的准静态稳性将确保STLP具有良好的技术性能和较高的安全性。STLP准静态稳性的实现是通过将人工海床定位于海平面以下一定位置,以使表面波浪载荷最小化。首先提出STLP准静态稳性研究的分析理论和数值模拟方法;接着,研究不同系泊方式对STLP稳定性的影响;之后,研究极端风暴条件下,系泊缆绳失效对STLP破损稳性的影响;最后进行总结和讨论。结果表明,对于3000 m以上的深海,STLP是一种可行的、具有竞争力的深海油田开发方案。

一种适合浅水浮式风电的低张力混合系泊系统

与传统海洋工程浮式平台相比,漂浮式风电可能作业的水深下限更小,在中国已有水深为30 m的漂浮风电应用案例。在浅水漂浮风电系统设计时,其系泊系统会遇到显著的安全性和经济性挑战,比如悬链线系泊系统需要巨大的系泊半径,而张紧式系泊会承受极大的动态载荷,2种系泊方式都会大幅增加系泊成本,严重阻碍浅水漂浮风电的商业化发展。文章提出了一种“低张力混合系泊”,通过在系泊索上间隔布置浮筒与重块,从而形成一个具备波频动载荷缓冲特性的柔性系泊系统,使其具有合理的的水平刚度,避免系泊系统固有频率接近波频,大幅降低系泊索的动态载荷,进而降低系泊成本。需要指出的是,文章所提出的“低张力混合系泊”系统也可适用于其他海上浮式结构物,尤其在浅水条件下。

风浪流联合作用下船舶码头系泊的时域分析

针对大型船舶结构,提出一种码头系泊方案,并基于三维势流理论,建立了船舶码头系泊耦合运动响应分析方法。以一型散货船为例,分析风、浪、流载荷联合作用下,首尾缆采用不同材料对船舶运动响应和系泊缆张力的影响。数值计算结果表明:本文提出的码头系泊方案效果良好,首尾缆材质形式不同对船舶时域响应影响较大,其中首尾缆采用3根高分子缆绳系泊形式时域响应最好。

极端波浪条件下浅水系泊线张力陡增及应对方案

针对浅水条件下系泊刚度过大、在极端海况下容易出现系泊线张力陡增的问题,采用数值计算方法,研究系泊线张力陡增成因,分析2种水深下系泊线躺底段长度变化对半潜式平台最大水平偏移和系泊线最大张力的影响,并考虑海床参数对系泊系统响应特征的影响。结果表明:在浅水系泊中,系泊刚度过大及强非线性是导致系泊线张力陡增的重要原因;增加系泊线躺底段长度、减小系泊线轴向刚度,可有效改变和优化系泊系统水平方向总刚度,减小系泊线张力陡增幅值。优化系泊线躺底段长度的方案可用于浮式平台的浅水系泊系统。

安装误差对半潜漂浮式风机悬链线系泊系统性能的影响

由于浅水深条件下悬链线系泊系统的性能对系泊缆长度和几何形状更为敏感,悬链线系泊系统的安装误差对其性能的影响较深水条件下的更为显著。因此首先对适用于半潜漂浮式风机的悬链线系泊系统施工进行研究,分别确定了锚安装位置误差、系泊缆预铺误差和系泊缆与漂浮式基础回接误差的来源,并根据施工条件给出了误差值。之后,以浮体动力学仿真作为手段,对系泊缆系统施工误差对其性能的影响进行基于时域仿真的量化研究。研究表明,锚安装位置误差对系泊系统性能影响不大,但系泊缆预铺和回接的误差对系泊系统性能的影响较大。系泊缆回接的误差可造成系泊缆张力平均值和标准差与设计值偏差近20%,可能对系泊系统疲劳寿命评估产生较大的影响。与系泊缆回接误差相比,系泊缆预铺误差的产生原因更为复杂,由于系泊缆预铺误差往往导致系泊缆长度增长,存在误差的系泊缆张力的各项统计值总体偏小,但可能会造成同组无误差系泊缆的张力过载。

深海平台系缆形状和张力分析

考虑海底地形的变化、系缆的拉伸形变及海流力等因素,研究了深海平台系缆形状和张力分析方法采用集中质量法,得到系缆方程组,采用牛顿法求解该非线性系缆方程组,建立系缆形状和张力的计算方法。计算了平坦海底和海底地形凹凸变化时水深1 018 m情况下的系缆形状、系泊张力和浮体平衡位置。计算结果表明,海底地形对于深海系泊系统张力影响较大,而计算系缆形状和张力、系泊浮体的运动时,需要考虑海底地形的影响。

LNG-FPSO单点系泊系统设计分析研究

LNG-FPSO具有开采、处理液化天然气的功能,并可储存和装卸LNG,由单点系泊系统长期系泊于作业海域。基于BV系泊分析软件ARIANE7.0.2,采用时域计算方法分析了预张力和系泊缆长度等参数对系泊缆最小安全系数和最大躺底长度的影响,结果可为系泊系统的优化提供了一定的参考。

局部系泊失效下半潜式平台的动力响应特性

运用ANSYS/AQWA软件建立半潜式平台和锚泊系统的三维分析模型,研究平台主体的运动响应特性和系泊链张力响应特征,并对系泊链断裂前后2种状态下的平台动力响应特性进行对比分析。结果显示:当局部系泊链断裂后,系泊链最大张力最高增加18.07%,系泊链的可靠性最高降低了146.16倍;而平台的横摇角最大值增加了15.99%,横荡最远距离增大100%;系泊链3断裂时,平台的纵荡最远距离增大116%。因此,需要避免环境载荷迎面系泊链断裂的情况,一旦发生断裂,需要立即采取措施,以避免系泊系统发生连锁失效反应,同时采取适当措施降低平台横荡、纵荡和横摇的增加,从而保证平台和人员安全。

Spar型海上浮式风机系泊系统的动力学分析

以美国某可再生能源所的海上5MW风机为模型,综合风机塔柱的特点,利用Orca Flex建立了一种Spar型海上风机简化模型。通过对风机平台的不同风速工况环境载荷的计算,实现了对该风机系泊系统的水动力学分析,对比并分析了不同工况下风机锚泊系统系泊张力的变化。结合改变锚链上不同导缆孔的位置和布置形式,为海上风机浮式基础系泊系统的设计及优化提供依据。