系泊系統(tǒng)的案例
STAR-CCM+系泊問題：漂浮式海洋牧場養(yǎng)殖裝置系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)
綜合考慮，本文中的海上牧場建議使用純錨鏈系泊方案。
3.3 系泊系統(tǒng)部分失效結(jié)果分析
在海上牧場在海上作業(yè)及生存時，可能會由于磨損或海底撞擊等原因?qū)е?em>系泊系統(tǒng)部分失效，為了提高平臺的生存性能，設(shè)計(jì)系泊系統(tǒng)在各浪向角時受力最大的系泊線斷開，研究其他錨鏈?zhǔn)欠窨梢灾握麄€系統(tǒng)的生存。純錨鏈系泊方案部分失效狀態(tài)系泊張力結(jié)果見表12。
通過研究發(fā)現(xiàn)，在6號錨鏈破損斷裂情況下，系泊系統(tǒng)錨鏈張力最大值為2478kN，最小安全系數(shù)為2.08，大于所需的安全系數(shù)，驗(yàn)證了系泊部分失效后，在作業(yè)工況和生存工況下，剩余的錨鏈系泊系統(tǒng)仍能夠保證海洋牧場的安全。
04
結(jié)論
本文以半潛式海上牧場為時域計(jì)算目標(biāo)，對海洋結(jié)構(gòu)物在波浪中的時域計(jì)算方法進(jìn)行分析。在考慮風(fēng)力機(jī)、網(wǎng)衣和水輪機(jī)載荷的情況下，結(jié)合本文中海上牧場的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和有關(guān)文獻(xiàn)研究，設(shè)計(jì)了六點(diǎn)式系泊方案，設(shè)計(jì)了純錨鏈系泊方案和組合式系泊方案2種系泊形式并進(jìn)行了性能對比分析。通過對比分析2種系泊方案，得到以下結(jié)論：
1）在作業(yè)工況和生存工況下，兩種系泊方案均符合系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全要求，但組合式系泊方案下的海上牧場在各浪向角時的縱蕩位移要略大于純錨鏈系泊方案，系泊張力安全系數(shù)要小于純錨鏈方案。綜合考慮，選擇采取純錨鏈作為海上牧場的系泊系統(tǒng)。
展開 ANSYS AQWA系泊分析：漂浮式海洋牧場養(yǎng)殖裝置系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)
綜合考慮，本文中的海上牧場建議使用純錨鏈系泊方案。
3.3 系泊系統(tǒng)部分失效結(jié)果分析
在海上牧場在海上作業(yè)及生存時，可能會由于磨損或海底撞擊等原因?qū)е?em>系泊系統(tǒng)部分失效，為了提高平臺的生存性能，設(shè)計(jì)系泊系統(tǒng)在各浪向角時受力最大的系泊線斷開，研究其他錨鏈?zhǔn)欠窨梢灾握麄€系統(tǒng)的生存。純錨鏈系泊方案部分失效狀態(tài)系泊張力結(jié)果見表12。
通過研究發(fā)現(xiàn)，在6號錨鏈破損斷裂情況下，系泊系統(tǒng)錨鏈張力最大值為2478kN，最小安全系數(shù)為2.08，大于所需的安全系數(shù)，驗(yàn)證了系泊部分失效后，在作業(yè)工況和生存工況下，剩余的錨鏈系泊系統(tǒng)仍能夠保證海洋牧場的安全。
04
結(jié)論
本文以半潛式海上牧場為時域計(jì)算目標(biāo)，對海洋結(jié)構(gòu)物在波浪中的時域計(jì)算方法進(jìn)行分析。在考慮風(fēng)力機(jī)、網(wǎng)衣和水輪機(jī)載荷的情況下，結(jié)合本文中海上牧場的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和有關(guān)文獻(xiàn)研究，設(shè)計(jì)了六點(diǎn)式系泊方案，設(shè)計(jì)了純錨鏈系泊方案和組合式系泊方案2種系泊形式并進(jìn)行了性能對比分析。通過對比分析2種系泊方案，得到以下結(jié)論：
1）在作業(yè)工況和生存工況下，兩種系泊方案均符合系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全要求，但組合式系泊方案下的海上牧場在各浪向角時的縱蕩位移要略大于純錨鏈系泊方案，系泊張力安全系數(shù)要小于純錨鏈方案。綜合考慮，選擇采取純錨鏈作為海上牧場的系泊系統(tǒng)。
展開 船舶自動系泊系統(tǒng)最新發(fā)展
2.優(yōu)缺點(diǎn)
相對于傳統(tǒng)的纜繩系泊而言，磁力自動系泊具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，如表1所示。
表1 磁性系泊和帶繩系泊的優(yōu)缺點(diǎn)對比
(1)主要優(yōu)勢
節(jié)省時間：系泊過程耗時減少，提高操作效率；
降低成本：無需配備系泊纜繩；
安全性高：使用磁力系泊，員工將在更安全、更高效的環(huán)境中工作；
減少人力：在船舶系泊期間，只需少量監(jiān)控室人員協(xié)助。
(2)缺點(diǎn)和不足
磁力吸盤會產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場，對船上的導(dǎo)航儀器等磁力設(shè)備產(chǎn)生巨大影響甚至造成損壞；在磁場作用下，作為大型鋼結(jié)構(gòu)的船舶也將成為感應(yīng)磁鐵，并對含有鐵、鎳等物質(zhì)的貨物產(chǎn)生吸引，甚至?xí)?dǎo)致貨物位移以及貨物與船殼的碰撞，除非造船材料發(fā)生變化，否則此影響無法消除，磁力自動系泊系統(tǒng)自身的優(yōu)缺點(diǎn)如表2所示。
表2 磁力自動系泊系統(tǒng)自身的優(yōu)缺點(diǎn)
3.典型磁力自動系泊產(chǎn)品介紹
荷蘭的Mampaey海洋工業(yè)公司致力于提供先進(jìn)的集成牽引、系泊和靠泊系統(tǒng)，能為任何特定的綜合停泊(?？?和停泊要求提供最完整的產(chǎn)品和服務(wù)套件imoor系統(tǒng)(如圖2所示)。Mampaey公司推出了自動磁力系泊系統(tǒng)(如圖3所示)。該公司自動磁力系泊系統(tǒng)將能夠在船對船或船對岸的情況下提供一個完全自動化的系泊過程。
圖2 荷蘭Mampaey公司imoor系統(tǒng)
圖3 Mampaey電磁式自動系泊裝置系統(tǒng)
Mampaey公司的磁力式自動系泊品已經(jīng)在油輪、渡船上安裝并進(jìn)行了廣泛的測試和應(yīng)用(如圖4所示)。Mampaey公司開發(fā)的智能系泊系統(tǒng)iDL是世界上第一個磁性停泊系統(tǒng)，它的成功應(yīng)用使得渡輪停靠所需時間減少至10s。
展開 單點(diǎn)系泊系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)方法概述
單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的絕大多數(shù)設(shè)備都布置在轉(zhuǎn)臺上部，主要包括：
絞車：額定載荷滿足漂浮軟管和系泊纜接入作業(yè)需求
導(dǎo)航設(shè)備：布置霧笛、導(dǎo)航燈和雷達(dá)反射器
輸油管路：根據(jù)流體輸送能力要求進(jìn)行設(shè)計(jì)
系泊器和系纜樁：進(jìn)行托航和系泊作業(yè)條件下的強(qiáng)度校核
電力系統(tǒng)：包括太陽能板和蓄電池箱，為絞車和導(dǎo)航設(shè)備提供電力
轉(zhuǎn)臺上部安裝有保護(hù)框架，用于設(shè)備的保護(hù)。轉(zhuǎn)臺兩側(cè)分別布置潛水員平臺和登船平臺。潛水員平臺布置在輸油管路一側(cè)，用于輸油管端與漂浮軟管連接。登船平臺布置在相反方向，用于日常作業(yè)船舶的?？?。
圖3 轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)示意圖
（3）系泊纜及錨鏈
系泊系統(tǒng)包括系泊器和系泊纜兩部分。系泊器固定在轉(zhuǎn)臺邊緣，與系泊纜通過單向接頭相連，系泊纜另一端固定在船上。
圖4 系泊系統(tǒng)示意圖
錨泊系統(tǒng)包括止鏈器、錨鏈、錨樁。通常浮體結(jié)構(gòu)通過均勻布置的6 ~ 8根錨鏈固定。
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【分析實(shí)例】南海淺水惡劣環(huán)境下單點(diǎn)FPSO系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)
圖1 不同配重重量對系泊纜恢復(fù)力特性影響
FPSO系泊系統(tǒng)采用分組布置，具體為4根系泊纜為一組，分為三組，整個系泊系統(tǒng)由12根系泊纜組成，單組中纜繩間距4°，每組纜繩間距108°。
圖2 系泊布置
根據(jù)ABS規(guī)范對于單點(diǎn)系泊系統(tǒng)系泊分析環(huán)境角度組合建議，對兩種系泊半徑系泊布置進(jìn)行掃略分析。為了快速得到設(shè)計(jì)值，分析中采用Ariane作為分析軟件。計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)FPSO壓載時纜繩張力較大；當(dāng)系泊半徑為1200m時，纜繩張力載荷較小，F(xiàn)PSO位移較大。由于當(dāng)前鋼鏈直徑已經(jīng)較大，處于安全系數(shù)考慮，系泊半徑1200m方案作為最終的系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。
表2 兩個系泊系統(tǒng)掃略分析結(jié)果比較（系泊系統(tǒng)完整工況）
系泊半徑950m
系泊半徑1200m
系泊系統(tǒng)狀態(tài)
完整
完整
FPSO裝載狀態(tài)
滿載
壓載
滿載
壓載
最大偏移 [m]
26.7
20.9
31.30
23.70
最大張力[Tons]
1097.05
929.74
1007.63
887.92
最小安全系數(shù)
1.58
1.86
1.72
1.95
3.耦合分析
為了確保設(shè)計(jì)的系泊系統(tǒng)能夠滿足立管設(shè)計(jì)要求需進(jìn)行立管-系泊系統(tǒng)耦合分析，選取典型工況分別使用Ariane 和Orcaflex進(jìn)行分析。由于Arian并不能考慮纜繩動態(tài)響應(yīng)，在添加了動力放大系數(shù)進(jìn)行修正后，纜繩張力結(jié)果與Orcaflex計(jì)算結(jié)果非常接近，但FPSO偏移值小于Orcaflex計(jì)算結(jié)果，因而有必要進(jìn)行立管-系泊系統(tǒng)耦合計(jì)算來進(jìn)一步的分析。
展開 CALM式單點(diǎn)系泊系統(tǒng)型簡介
在海洋工程中，單點(diǎn)系泊系統(tǒng)主要有兩種作用：一是被用于定位系泊浮式生產(chǎn)儲油裝置 FPSO(Floating Production Storage and Offloading System)，二是被用于外輸原油終端。與固定碼頭相比，單點(diǎn)系泊的最大特點(diǎn)即系泊方式是“點(diǎn)”，也就是大型油輪或超大型油輪可以系泊于近海海面上的一個深水“點(diǎn)”，然后進(jìn)行裝卸貨操作。單點(diǎn)系泊系統(tǒng)基本上可分為懸鏈浮筒式系泊系統(tǒng)(CALM，catenary anchor leg mooring)、單錨腿式系泊(SALM)、軟剛臂式系泊系統(tǒng)（SYS)、內(nèi)轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)（IT)和外轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)（ET)五大類。本文主要介紹CALM單點(diǎn)系泊系統(tǒng)。
國際上第一個懸CALM單點(diǎn)系泊系統(tǒng)，是1958年由美國IMODCO公司為瑞典皇家海軍在瑞典達(dá)拉羅港設(shè)計(jì)和建造的。這是一個具有特別用途、能夠系泊3000噸船舶的系統(tǒng)。40多年來，隨著近海石油勘探開發(fā)和海上運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展, CALM單點(diǎn)系泊技術(shù)的發(fā)展十分迅速。目前，這種技術(shù)已作為一種成熟的海上中轉(zhuǎn)、倉儲、過駁技術(shù)被世界各國競相采用。
CALM單點(diǎn)系泊系統(tǒng)通常由一個能夠漂浮在海面上的浮筒和鋪設(shè)在海底的管道組成。浮筒漂浮在海面上，油輪上的原油通過漂浮軟管進(jìn)入浮筒后，從水下軟管進(jìn)入海底管線，輸?shù)桨渡系脑蛢?。為防止浮筒隨海浪遠(yuǎn)距離漂移，用數(shù)根錨鏈將其與海床相連，這樣浮筒既可在一定范圍內(nèi)隨風(fēng)浪流漂浮移動，增加緩沖作用，減少與巨輪間發(fā)生碰撞的危險，又不至于隨海浪漂走。
CALM系統(tǒng)分為Bogey Wheel CALM、Turntable CALM及Turret CALM三種類型。
展開 非對稱半潛式起重平臺系泊系統(tǒng)特性研究
為創(chuàng)造更有利于平臺鉆井作業(yè)的外部環(huán)境，袁培銀等[9]提出一種新型多浮體系泊系統(tǒng)，在1500m水深，風(fēng)、浪、流同向作用下，對平臺－連接體－錨鏈－張力筋腱組成的多浮體結(jié)構(gòu)進(jìn)行完全時域耦合分析，并將新型多浮體系泊系統(tǒng)和傳統(tǒng)張緊式系泊系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析，結(jié)論充分體現(xiàn)新型系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性、優(yōu)越性。白雪平[10]以半潛式平臺為研究對象，設(shè)定了相應(yīng)的規(guī)則波，模擬了該平臺在規(guī)則波中的時域運(yùn)動響應(yīng)。其先根據(jù)錨鏈參數(shù)設(shè)計(jì)系泊系統(tǒng)，然后采用8根和12根不同的纜繩布置形式，研究其動力響應(yīng)的差異。童波等[11]以工作水深為1500m的半潛式平臺為研究對象，設(shè)定了系泊纜直徑、長度、預(yù)張力角度等相關(guān)變量，從而進(jìn)行平臺系泊系統(tǒng)的動態(tài)特性研究。該研究還以纜繩數(shù)量、纜繩布置角度為變量，進(jìn)行了系泊系統(tǒng)的動力響應(yīng)分析。系列研究結(jié)果表明，適當(dāng)?shù)?em>系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)，即合適的纜繩數(shù)量、合理的纜繩布置角度，對平臺的運(yùn)動響應(yīng)特性起到積極影響，能夠提升系泊系統(tǒng)的動力響應(yīng)性能。
影響平臺及系泊性能的因素很多，如系泊纜數(shù)目、系泊纜的松弛度等，本文研究這些參數(shù)對非對稱半潛式起重平臺的運(yùn)動響應(yīng)和纜繩張力的影響規(guī)律。
1 系泊系統(tǒng)布置
考慮作業(yè)水深為200m，選取懸鏈線式系泊方式。系泊纜經(jīng)常采用放射型均勻布置，朝向各個方向，這樣可以提供給平臺任意角度的回復(fù)力，保證平臺平穩(wěn)正常作業(yè)。在系泊系統(tǒng)的布置上使用8根或12根鋼纜材質(zhì)的系泊纜繩，選擇傾斜波浪方向中預(yù)計(jì)的較大環(huán)境負(fù)荷的系泊纜繩布局方案，如圖2和圖3所示。平臺坐標(biāo)系為o-xyz，原點(diǎn)位于平臺方向。圍繞平臺均勻間隔對稱布置，8根系泊纜分為4組，每組由2根構(gòu)成，每組內(nèi)系泊纜夾角為45°；12根系泊纜分為4組，每組由3根構(gòu)成，每組內(nèi)相鄰系泊纜夾角為30°。
非對稱半潛式起重平臺進(jìn)行時域仿真模擬的系泊纜參數(shù)如表2所示。
展開 CALM式單點(diǎn)系泊系統(tǒng)型簡介
在海洋工程中，單點(diǎn)系泊系統(tǒng)主要有兩種作用：一是被用于定位系泊浮式生產(chǎn)儲油裝置 FPSO(Floating Production Storage and Offloading System)，二是被用于外輸原油終端。與固定碼頭相比，單點(diǎn)系泊的最大特點(diǎn)即系泊方式是“點(diǎn)”，也就是大型油輪或超大型油輪可以系泊于近海海面上的一個深水“點(diǎn)”，然后進(jìn)行裝卸貨操作。單點(diǎn)系泊系統(tǒng)基本上可分為懸鏈浮筒式系泊系統(tǒng)(CALM，catenary anchor leg mooring)、單錨腿式系泊(SALM)、軟剛臂式系泊系統(tǒng)（SYS)、內(nèi)轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)（IT)和外轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)（ET)五大類。本文主要介紹CALM單點(diǎn)系泊系統(tǒng)。
國際上第一個懸CALM單點(diǎn)系泊系統(tǒng)，是1958年由美國IMODCO公司為瑞典皇家海軍在瑞典達(dá)拉羅港設(shè)計(jì)和建造的。這是一個具有特別用途、能夠系泊3000噸船舶的系統(tǒng)。40多年來，隨著近海石油勘探開發(fā)和海上運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展, CALM單點(diǎn)系泊技術(shù)的發(fā)展十分迅速。目前，這種技術(shù)已作為一種成熟的海上中轉(zhuǎn)、倉儲、過駁技術(shù)被世界各國競相采用。
CALM單點(diǎn)系泊系統(tǒng)通常由一個能夠漂浮在海面上的浮筒和鋪設(shè)在海底的管道組成。浮筒漂浮在海面上，油輪上的原油通過漂浮軟管進(jìn)入浮筒后，從水下軟管進(jìn)入海底管線，輸?shù)桨渡系脑蛢?。為防止浮筒隨海浪遠(yuǎn)距離漂移，用數(shù)根錨鏈將其與海床相連，這樣浮筒既可在一定范圍內(nèi)隨風(fēng)浪流漂浮移動，增加緩沖作用，減少與巨輪間發(fā)生碰撞的危險，又不至于隨海浪漂走。
CALM系統(tǒng)分為Bogey Wheel CALM、Turntable CALM及Turret CALM三種類型。
展開 海洋論壇▏船舶系泊動力定位控制技術(shù)綜述
劉書勝等應(yīng)用懸鏈線法構(gòu)建了多成分系泊系統(tǒng)模型。陳新權(quán)等考慮了多段不同材料的系泊纜繩及其分布對系泊張力的影響，通過懸鏈線分析法構(gòu)造系泊張力模型并確定合適的纜繩布局方式。于文太等利用懸鏈線法推導(dǎo)得到了帶有浮筒的系泊系統(tǒng)模型，并計(jì)算了多浮筒懸鏈線系泊纜索姿態(tài)參數(shù)。
然而，懸鏈線分析法在計(jì)算過程中一般只考慮浮體的水平位移，忽略了質(zhì)量、運(yùn)動阻尼等動力因素。并且建立在下列假定情況下：纜索自身重力遠(yuǎn)大于其受到的流體作用力，忽略流體作用力、纜索慣性力和自身的彈性形變等。雖然淺水區(qū)域的環(huán)境能夠滿足這些所需的假定，保證所求纜繩張力在可接受誤差范圍內(nèi)。但是，在流速大的深水環(huán)境中，或者對于為了迎合深水需求自重小的新型復(fù)合纜索來說，該方法不再適用。
⑵動力分析法
系泊纜張力的精確計(jì)算是系統(tǒng)設(shè)計(jì)、作業(yè)操作、安全保障的前提和基礎(chǔ)，因此針對深海、極端環(huán)境下系泊纜的運(yùn)動特性分析不能忽略纜繩自重、流體作用、慣性力和運(yùn)動阻尼等動力因素。對系泊系統(tǒng)采用動力分析法，能夠準(zhǔn)確預(yù)報(bào)系統(tǒng)在極端海況下的響應(yīng)，也為系泊系統(tǒng)的疲勞分析提供了保障。
在系泊系統(tǒng)運(yùn)動特性的動力分析法中較為常用的有集中質(zhì)量法和有限元法。它們分別將纜繩化作n段質(zhì)量集中在節(jié)點(diǎn)的彈簧和n段彈性桿，根據(jù)受力平衡關(guān)系、邊界初始條件列寫方程，最終推導(dǎo)系泊張力。這2種方法全面考慮了系泊系統(tǒng)非線性，能夠準(zhǔn)確、實(shí)時地預(yù)報(bào)系統(tǒng)在極端海況下的響應(yīng)，也為系泊系統(tǒng)的疲勞分析提供了保障。趙晶瑞等建立帶有浮筒的系泊系統(tǒng)集中質(zhì)量力學(xué)模型，通過仿真驗(yàn)證浮筒可以有效減小纜繩張力，但會改變最大張力點(diǎn)；海流的作用力在系泊纜的靜力分析中可以忽略。袁夢等采用彈性桿單元，構(gòu)建了系泊系統(tǒng)有限元模型。Fang等進(jìn)一步建立了廣義系泊力有限元模型，為后續(xù)系泊系統(tǒng)安全定位控制研究建立了基礎(chǔ)。
展開 【浮體分析小品】一艘小躉船的系泊分析與校核
平臺較小，運(yùn)動性能較差，呈現(xiàn)隨波運(yùn)動的特征；考慮到水深較淺，計(jì)算中分析了二階淺水效應(yīng)的敏感程度，計(jì)算結(jié)果表明：由于平臺較小，波高較小，二階淺水效應(yīng)并不明顯，使用Newman近似法可以得到較為精確地結(jié)果；考慮到平臺運(yùn)動較為劇烈，系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)時加大了錨鏈尺寸并采用4X2的系泊方式，計(jì)算結(jié)果表明系泊系統(tǒng)能夠滿足要求。系泊纜受力量級在20噸以下，還是很小的。下圖為典型系泊纜張力時域曲線
系泊失效后漂浮式風(fēng)力機(jī)平臺動態(tài)響應(yīng)研究
穆安樂等[6]采用懸鏈線系泊系統(tǒng)，通過對平臺縱蕩和縱搖響應(yīng)進(jìn)行分析，研究了風(fēng)浪聯(lián)合作用下系泊半徑、導(dǎo)纜孔位置和系泊長度等對平臺穩(wěn)定性及系泊受力的影響。潘甜[7]研究發(fā)現(xiàn)組合系泊系統(tǒng)可為浮式平臺提供更大的回復(fù)力。張亮等[8]將Spar平臺系泊改為包括錨鏈、重塊及彈性系泊的組合系泊，發(fā)現(xiàn)彈性系泊可有效降低平臺動態(tài)響應(yīng)與系泊張力，且彈性系泊的位置對結(jié)果無明顯影響。趙永生等[9]針對漂浮式風(fēng)力機(jī)可能遭遇到的極端惡劣海洋環(huán)境，通過極端載荷統(tǒng)計(jì)外推的方法得到了不同概率極端海況下張力腿平臺葉根受力情況。馬剛等[10]對某半潛式浮式風(fēng)力機(jī)開展氣動-水動-伺服-彈性耦合數(shù)值模擬，預(yù)報(bào)不同向變極端相干陣風(fēng)（ECD）工況與浪流耦合環(huán)境下系統(tǒng)的氣動和水動響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在9s左右所研究浮式風(fēng)力機(jī)的系泊張力最大，可能造成系泊線的斷裂，這是影響系泊安全的關(guān)鍵參數(shù)。
針對系泊失效下漂浮式風(fēng)力機(jī)浮動特性及動態(tài)響應(yīng)方面，亦有學(xué)者開展了相關(guān)研究。Bae等[11]建立了漂浮式風(fēng)力機(jī)氣動-水動-伺服-彈性-系泊全耦合模型，通過對半潛平臺系泊失效進(jìn)行靜態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)因系泊失效引發(fā)的漂浮式平臺橫向受力不均產(chǎn)生的扭矩導(dǎo)致上部風(fēng)輪發(fā)生偏航。Yang等[12]基于FAST的漂浮式風(fēng)力機(jī)氣動-水動-系泊全耦合系統(tǒng)，對不同位置系泊失效下10MW多浮體平臺動態(tài)響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)系泊失效后平臺平動位移與轉(zhuǎn)動偏轉(zhuǎn)角均明顯增大，且剩余系泊張力增大了165%。胡超等[13]分析了極端海況下半潛平臺系泊失效后剩余系泊張力情況，發(fā)現(xiàn)系泊受力安全系數(shù)減小。施偉[14]研究了單根系泊失效下的半潛平臺動態(tài)響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)失效后平臺縱蕩穩(wěn)定性下降，響應(yīng)大幅增加。鄭侃等[15]進(jìn)一步研究了多根系泊失效對半潛式平臺漂浮式風(fēng)力機(jī)動態(tài)響應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)迎風(fēng)浪側(cè)系泊失效，可能導(dǎo)致平臺出現(xiàn)傾覆。
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X34 救撈專業(yè)綜合
五、單點(diǎn)系泊系統(tǒng)
考試內(nèi)容
單點(diǎn)系泊系統(tǒng)類型 單點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成 常用單點(diǎn)系統(tǒng)的安裝施工工藝
考試要求
1．了解單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的類型及結(jié)構(gòu)組成。
2．掌握常用單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的安裝過程及施工工藝。
六、海上拖航與重大件運(yùn)輸
考試內(nèi)容
海上拖航基本概念 海上拖航方案設(shè)計(jì) 拖航方案實(shí)施與操作技術(shù) 重大件運(yùn)輸方案設(shè)計(jì)及操作技術(shù)
考試要求
1．了解海上拖航基本概念，包括拖航基本要素、種類、方式和條件。
2．掌握海上拖航方案設(shè)計(jì)，包括航線選擇、拖力和拖航速度計(jì)算、被拖物穩(wěn)性計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算與校核。
3．了解拖航方案實(shí)施過程與操作技術(shù)。
4．掌握重大件運(yùn)輸方案設(shè)計(jì)及計(jì)算方法，包括強(qiáng)度校核、穩(wěn)性計(jì)算、貨物系固、裝卸。
5．了解重大件運(yùn)輸實(shí)施技術(shù)。
6．會進(jìn)行典型重大件海上拖航運(yùn)輸項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)。
?參考書目：
1.《救助工程》 熊偉 大連海事大學(xué)出版社 2012年（第1版）
2.《打撈工程》 弓永軍 大連海事大學(xué)出版社 2012年（第1版）
3.《海洋工程技術(shù)基礎(chǔ)》劉志杰 大連海事大學(xué)出版社 2012年（第1版）
展開 基于AQWA的圓筒型浮式防波堤波浪運(yùn)動響應(yīng)分析（上）
表1 浮式防波堤主要參數(shù)
參數(shù)
取值
參數(shù)
取值
浮體長/m
30
浮筒直徑/m
8
浮體高/m
8
橫撐寬度/m
2
浮體寬/m
20
X軸轉(zhuǎn)動慣量/(kg·m2)
1.47×108
設(shè)計(jì)吃水/m
4
Y軸轉(zhuǎn)動慣量/(kg·m2)
2.02×108
重量/N
1.78×106
Z軸轉(zhuǎn)動慣量/(kg·m2)
7.05×107
圖1 圓筒型防波堤模型
圖2 模型幾何尺寸(單位：m)
2.2 系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)
浮式防波堤常用的系泊形式有錨鏈錨泊和垂直倒樁錨泊，其中錨鏈錨泊又分為懸鏈線式、張緊式、半張緊式等不同類型[16]16]。筆者所研究的圓筒型浮式防波堤工作海域水深擬定為60 m,屬于淺海水域。依據(jù)大量工程實(shí)例，懸鏈線式的系泊方式適用于淺水作業(yè)海域，故文中采取6根系泊纜索的懸鏈線式系泊方式。系泊纜索采用150 m的布錨半徑，每根系泊纜采用材質(zhì)為76 mm的單一鋼芯鋼纜，纜繩具體參數(shù)如表2。系泊系統(tǒng)中單個錨鏈總長為150 m,拖地長度為50 m,將導(dǎo)纜孔設(shè)計(jì)在浮體兩側(cè)設(shè)計(jì)吃水線處，本圓筒型浮式防波堤具體的錨鏈編號與錨泊布置如圖3。
展開 【數(shù)值仿真】海上浮式風(fēng)力機(jī)動力響應(yīng)分析與數(shù)值仿真關(guān)鍵技術(shù)研究
浮式風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜,既包括了葉片、塔柱和傳動軸等柔性構(gòu)件,又包括了機(jī)艙和浮式基礎(chǔ)等剛性結(jié)構(gòu)。因此,不同數(shù)值仿真軟件對于浮式風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動力學(xué)模型的建立區(qū)別較大。目前,對于浮式風(fēng)力機(jī)整體結(jié)構(gòu)采用的建模方法主要有多體方法和有限元方法,對于葉片和塔柱等彈性體動力響應(yīng)的求解則主要采用模態(tài)法和有限元方法。
海上浮式風(fēng)力機(jī)數(shù)值仿真模型建立
本文以某浮式風(fēng)力機(jī)工程項(xiàng)目為例,針對海上浮式風(fēng)力機(jī)工程樣機(jī)在數(shù)值仿真過程中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。浮式風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式如圖1所示,整個系統(tǒng)上部設(shè)置7.25MW風(fēng)力發(fā)電機(jī),底部采用四立柱半潛型浮式基礎(chǔ)。系泊系統(tǒng)的布置情況如圖2所示,在每個邊立柱的底部設(shè)置3根系泊錨鏈,采用3×3的懸鏈線式系泊。
圖1 浮式風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
?
圖2 浮式風(fēng)力機(jī)系泊系統(tǒng)布置圖
水動力模型的建立
在AQWA中建立浮式基礎(chǔ)的水動力模型如圖3所示?；谌S勢流理論計(jì)算浮式基礎(chǔ)的水動力系數(shù),包括靜水恢復(fù)力系數(shù)、附加質(zhì)量和阻尼系數(shù)以及一階和二階波浪載荷傳遞函數(shù),其中0°入射方向下一階波浪載荷傳遞函數(shù)的計(jì)算結(jié)果如圖4所示。
圖3 浮式基礎(chǔ)水動力模型
圖4 波浪入射方向?yàn)?°時的一階波浪載荷傳遞函數(shù)
動力響應(yīng)分析
建立海上浮式風(fēng)力機(jī)數(shù)值仿真模型,計(jì)算極端停機(jī)工況下浮式風(fēng)力機(jī)的運(yùn)動響應(yīng)。環(huán)境載荷方向的定義如圖5所示。環(huán)境參數(shù)具體數(shù)值為:50年一遇風(fēng)速60m/s;有義波高12m,譜峰周期14.4s,譜峰因子2.2;表面流速2.18m/s。風(fēng)浪方向均為0°,表面流向?yàn)?180°,模擬時間為3600s。計(jì)算結(jié)果如圖6所示。
展開 船舶與海洋工程中鋼管的應(yīng)用
船舶與海洋工程兩大體系中大致需求三種類型的鋼管：常規(guī)系統(tǒng)中的鋼管、構(gòu)造中用的鋼管和特殊用途的鋼管。
1.常規(guī)系統(tǒng)中的鋼管
不同的船舶與海洋工程，既有常規(guī)系統(tǒng)，又有專用系統(tǒng)。
船舶使用壽命一般為20年。常規(guī)系統(tǒng)甚多，主要有艙底水、壓載、疏排水、生活污水、空氣、測量、注入、生活用水、消防、貨油、掃艙、透氣、惰氣、加熱、洗艙、泡沫滅火、灑水、蒸發(fā)氣、液位遙測、閥門遙控等系統(tǒng)，特種船舶還包括運(yùn)輸液化石油氣(LPG)、液化天然氣(LNG)等專用系統(tǒng)。海洋工程的使用壽命長達(dá)30年，甚至更長。海洋工程中除常規(guī)系統(tǒng)之外，還有特殊的鉆采設(shè)備系統(tǒng)、原油/液化石油氣/液化天然氣處理的流程系統(tǒng)、特殊的系泊系統(tǒng)、火炬系統(tǒng)，等等。
曾有人統(tǒng)計(jì)過，船舶類的管材年消耗量達(dá)450萬噸，約44萬根，其標(biāo)準(zhǔn)是GB、YB、CB，其中70%的鋼管之間用法蘭連接。僅一艘30萬噸級的超大型油船管材用量可達(dá)數(shù)十公里，僅鋼管用量(包括不銹鋼管)就有1500噸左右，當(dāng)然相對于4萬噸的船體結(jié)構(gòu)用量還是有限的。另外，考慮到同一種船舶，要建造多艘，還有許多其他船舶，這樣累計(jì)用量也就不少。而一艘30萬噸級超大型FPSO管材數(shù)量超過3萬根，長度超過90公里，是同噸位級別的2～3倍。因此，造船業(yè)也就成為鋼管市場的一個大用戶。
2.構(gòu)造中的鋼管
海洋工程中鋼管的應(yīng)用，除了上述常規(guī)系統(tǒng)與專用系統(tǒng)外，許多構(gòu)造大量采用鋼管，如導(dǎo)管架、水下鋼樁、隔水套管、系泊支架、直升機(jī)平臺、火炬塔架等。這類鋼管的規(guī)格多、材質(zhì)高，有同徑、異徑，不同壁厚，還有大量的Y、K、T型的管節(jié)點(diǎn)。如導(dǎo)管架、鋼樁、井口隔水套等，多為大直徑尺寸的鋼管，一般都是用鋼板卷制而成。它們的材質(zhì)為E36-Z35、D36-Z35、E36、D36。這類鋼管的標(biāo)準(zhǔn)已不是用YB、CB，而主要是GB712-2000。
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