S-Spar平台方案设计及水动力性能研究

针对我国南海特殊的环境条件,结合Classic Spar和Truss Spar平台的优点,设计了一种新型Spar平台——S-Spar平台。S-Spar平台采用圆柱形中央井壁连接软、硬舱,并在连接段的中央井外设置了垂荡板:能够有效避免立管等设施因内波高流速引起的严重的涡激振动,还可以安装更长的浮筒,提供较大的顶张力,因而能适应更大的作业水深。以南海1 500m水深环境条件进行了方案设计和水动力研究。S-Spar平台的有效载荷与Truss Spar平台相当,其圆柱形中央井的承压能力优于Truss Spar平台方形截面中央井;S-Spar平台纵荡、垂荡和纵摇运动的固有周期都远离南海波浪周期范围,且避开了纵摇的不稳定区,因此具有良好的运动性能,适合在南海海域使用。

基于AQWA的S-Spar平台动力响应分析

为了研究深水极端海况下带螺旋板的S-Spar平台的动力响应性能,基于三维势流理论和波浪的绕射/辐射理论,结合水动力分析软件AQWA,在频域内计算了单位波幅规则波作用下螺旋板导程分别为120 m、90 m和60 m的平台的动力响应,得到平台的附加质量、阻尼和运动RAO等水动力参数;基于频域分析结果 ,考虑随机波浪荷载及风、流的共同作用和系泊缆是否破断的工况,计算了系泊于1 500 m水深的螺旋板导程为120 m的平台在极端海况JOHNSWAP谱作用下的动力响应,并与不带螺旋板平台的动力响应进行了对比。分析结果表明:不同螺旋板导程的平台垂荡方向上的附加阻尼差异较大;在极端海况下,螺旋板导程为120 m的S-Spar平台的运动响应满足要求;螺旋板存在时会大幅增加平台的首摇运动幅值,忽略螺旋板可能会高估平台的首摇运动性能;不带螺旋板的平台的系泊缆张力幅值偏大,忽略螺旋板可能会高估系泊缆的极限张力。

S-spar平台垂荡板数目确定及立管系泊系统耦合分析

考虑到目前S-spar平台垂荡板数目是参考Truss Spar平台3块垂荡板的设计,而未结合平台本身特性进行深入研究,因此基于SESAM对S-spar平台进行频域分析,确定S-spar平台采用4块垂荡板更为合适。在4块垂荡板的S-spar平台频域分析的基础上,对系泊系统及立管进行耦合分析,对比有无立管情况,发现考虑立管后平台各自由度上运动显著减小。为解决立管张力过大的问题,在立管上安装浮子,讨论浮子位置、浮子浮力对立管张力的影响,确定安装500 k N的浮子在距立管悬垂段距顶端65%处为最优方案。