深水Spar平台水动力系数计算-2010
Spar式风机基础系统水动力性能研究
Spar式风机基础系统水动力性能研究蒙宣伊;阳航【摘要】本文基于三维水动力学软件Aqwa进行了Spar式风机基础系统的水动力性能研究.通过时域方法,研究系统在额定风速工况下的运动响应.计算时考虑风浪联合作用的影响.最后通过傅里叶变换,得到升沉、纵摇、纵荡和锚链拉力响应谱.【期刊名称】《中国设备工程》【年(卷),期】2017(000)023【总页数】4页(P162-164,166)【关键词】Spar式基础;水动力性能;响应谱【作者】蒙宣伊;阳航【作者单位】湘电风能有限公司,湖南湘潭 411100;湘电风能有限公司,湖南湘潭411100【正文语种】中文【中图分类】P752;TK89海上风能被公认为是一种可以用来满足能量增长需求的可再生能源。
相比海洋中其它可再生能源，比如潮汐能和波浪能，风能的开发及相关技术被认为是成熟的，而且建设相当好。
其中大部分已建成并运行的风场主要是以固定式基础形式，而且水深比较浅。
对于每个可能建成的风场来说，其取决于波浪和风特征、海床特性以及社会条件。
在某一水深，选择使用何种基础时，主要考虑成本相关的问题。
相比传统固定式基础，漂浮式基础整体系统的性能研究是十分必要的，主要原因如下。
（1）它们的固有频率非常低，通常会影响气动阻尼和稳定性。
（2）对于半潜式和Spar来说，它们的位移和旋转运动会与机舱、叶轮的运动相互耦合。
（3）它们锚固在海床上的锚链系统必须包含在整体分析中。
Nielsen等对Spar基础整体动力分析进行了研究。
他们对Hywind的基础进行仿真，并将结果与缩比模型的试验结果进行对比。
Matsukuma和Utsunimiya采用多体动力学理论对一种漂浮式基础在恒定风速下考虑叶轮旋转时的运动响应。
Jokman等在OC3项目中对固定式和漂浮式基础的结构动态响应进行了验证。
Karmirad和Moan采用混合 aero-hydro-elastic时域方法进行了一种Spar式基础在极限情况下的结构响应研究。
17-99 Truss Spar平台海上湿拖水动力性能模型实验研究
Truss Spar平台海上湿拖水动力性能模型实验研究*刘琳，肖龙飞，杨立军（上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240）摘要：Spar平台作为新一代顺应式深海浮式平台在海洋资源开发方面的应用越来越广泛，湿拖与扶正是Spar平台最典型的海上安装作业过程。
通过Truss Spar平台湿拖过程水动力性能的模型实验，研究分析湿拖状态下Spar平台的运动性能以及垂荡板上典型位置处的相对波浪升高，为工程实践和进一步的理论与数值分析提供参考依据。
关键词：Truss Spar平台；湿拖；水动力性能；模型实验Spar 平台作为一种顺应式海洋平台已经广泛应用于海洋资源开发。
2001年世界上第一座桁架立柱式平台（Truss Spar）在墨西哥湾安装成功，近些年来越来越多的Truss Spar用于海洋石油开采。
国内外已经开展了很多关于Spar平台在位总体性能的研究，涉及在位运动响应、涡激运动等多个方向。
Hong et al.[1]对传统型Spar平台在波浪频率接近平台垂荡固有频率时的运动响应和系泊载荷进行了研究。
Zhang et al.[2]提出了一种新型的Spar平台概念，并对其进行了数值和实验研究。
Tim et al.[3]通过模型实验分析了雷诺数对Truss Spar平台涡激运动的影响。
李彬彬[4]、陈鹏耀[5]等也对Truss Spar平台进行了研究。
由于Spar平台没有自航能力，所以需要将其从建造地移至作业位置。
湿拖是目前工程上常用的一种方法。
在湿拖过程中，平台通常是水平拖到安装水域的，平台的主体像船一样在波浪中运动。
而在湿拖过程中垂荡板上的水动压力比作业过程中的极限条件下的受力还要大，所以这也是垂荡板设计中重要的控制因素。
另外，平台在湿拖过程中的六自由度运动也是湿拖过程中需要关注的性能，平台六自由度的运动对湿拖的安全性有很大的影响。
Wang et al.[6] 以及Lu et al. [7]对在湿拖状态下Truss Spar平台的强度和疲劳进行了分析，并且通过求解时域水动力模型对平台在湿拖过程中的运动和所受载荷进行了计算。
SPAR平台系泊系统的时域耦合分析
计算的第一步是应用ＷＭＴ Ａ Ｉ软件，进行频域分析 ，获得需要的水 动力参数，包括：运动响应 幅算子 、附加质
量、势能阻尼 、静回复力 ，以及 一阶和 二阶激励力 等。其次是应用Ｈ Ｒ 程序进行 时域耦 合分 析，应用该程 ＡＰ
序建立起Ｓ ａ 系统模 型，以及包 括风 、浪和流在 内的环境模 型，浮体的相关水 动力系数可以从ＷＭ Ｔ ｐｒ Ａ Ｉ 的输 出 文件 中读取。分析考虑不 同的环境 载荷方 向，通过分析获得运动 、气 隙和系泊 张力 等计算结果。计算结果
尺寸 。Ｓ ａ 平 台 的主 尺度参 数见表 １ ｐｒ 。
表 １ Ｓａ 平 台主尺 度参 数 ｐｒ
Ｓ ａ 平 台采用 １ ｐｒ ２根锚 缆系 泊，共 分为三 组 ，每 一组包 括 四根锚缆 ，沿 Ｓ ａ 圆周方 向均 匀布置 ， ｐｒ
如 图 ２１ ． 所示 ． 根锚缆 的组 合为 ：链一 链 ，即连接 在浮体 的上部 链段 长度 为 ８ ｍ，尺寸 为 １ ６ ｍ 每一 缆． ０ ４ｍ 的 Ｒ Ｓ级 别 的无 挡链 ，中部为 ２ ０ ｍ ｌ的钢缆 ，尺寸 为 ｌ ７５ ４ ００ ａ． ｍｍ，连接 锚基 的下 部链段 长度 为 ８ ｍ， ５
尺 寸为 １６ ４ ｍｍ，级别 Ｒ Ｓ ４ 。锚缆 的丰要 性能参 数 见表 ２ 。
表 ２ 锚 缆 的主要性 能参数
设 计 的 Ｓ ａ 平台主 要用于干 式采 油 ，同时可 以回接 水下井 口。该 Ｓ ａ 平 台 中心 井可 以容纳 ７根 ｐｒ ｐｒ 顼张 紧 管 （ Ｔ Ｔ Ｒ）和 两根钢悬 链立 管 （ Ｃ Ｓ Ｒ）。为 了考 虑 管 系统 的影 响，在 建立 Ｓ ａ 系统 的总体 ｐｒ 模 型时 ，对这两 类立管 都要进 行模拟 ，以获得准确 的计 算结 果 。Ｓ ａ 系泊 系统 的布置如 图 １ 示 。 ｐｒ 所
一种新型的Spar平台及其动力特性-2007
一种新型的Spar平台及其动力特性于国友,苗 青,秦怀泉(东莞理工学院建筑工程系,广东省东莞市 523808)摘 要:介绍了一种新型的Spar平台。
由于Spar平台属柔性连接结构,允许其在一定范围内运动,故二阶漂移力为系统稳定性的控制荷载,而线形波浪力则可导致系泊系统产生疲劳破坏。
为此,文中结合分析此新型平台所受水动力特性,比较其相对于现有Spar平台的优势。
由于浮筒位于水下一定深度处,新型平台所受线性波浪力和二阶波浪力均大幅度减小,尤其是后者可减至现有Spar平台受力的2%左右,所以大大地改善了平台的稳定性和系泊系统的抗疲劳破坏能力。
由于在上部平台和浮筒之间增加了导管架,使得各模块间的连接点大大减小,从而又方便了海上施工作业。
关键词:水动力特性;线性波浪力;二阶波浪力;Spar平台中图分类号:P751 文献标识码:B 文章编号:1003-2029(2007)01-0077-04引言随着海洋资源的开发不断地走向深海,一种新型平台Spar已被成功地建在3000m深的墨西哥湾中。
由于Spar 结构中的重力由浮筒浮力来平衡,所以其浮筒的直径一般在30m至50m之间,浮筒吃水200m左右。
虽然Spa r在正常海况下表现理想,但当波浪周期较大时平台可能与波浪发生共振,产生较大振动位移[1]。
为此,需要对其结构形式加以改进。
本文介绍并分析了一种已获国家专利的新型Spar平台[2]。
由于此平台可大大减小水平向波浪力和竖向变动浮力,所以大大提高了平台的稳定性和抗疲劳破坏能力。
水平波浪力的减小是由于在水面以下一定深度处采用导管架来代替浮筒,从而减小了迎水面面积。
同时迎水面面积的减小又减小了由于波面的变化引起的结构浮力变化,进而减小了竖向周期力的幅值,改善了系泊系统抗疲劳破坏能力。
二阶漂移力的减小可直接改善系统的稳定性,对结构起到保护作用[3]。
本文将结合比较新旧两种Spar平台形式,分析其所受线性波浪力和二阶波浪力幅值及其对平台运动的影响。
垂荡板对Truss Spar平台动力响应的影响分析
- 23 -第5期垂荡板对Truss Spar平台动力响应的影响分析孙伟（青岛黄海学院， 山东 青岛 266427）[摘 要] 随着深海石油开发需求的不断增加，Spar平台的设计制造成为海油工程领域关注的热点。
为探究垂荡板结构对Truss Spar平台动力响应的影响，在三维势流理论的动力响应方程的基础上，利用水动力计算软件ANSYS-AQWA，建立Truss Spar平台水动力模型，改变中段部分的桁架式结构中垂荡板的数目，应用频域分析法对附有不同数目垂荡板的Truss Spar 平台进行动力响应计算和比较。
计算结果表明，垂荡板结构能有效抑制Truss Spar平台的运动，而且垂荡板的数量越多对平台的垂向运动性能的改善效果越好。
[关键词] Truss Spar平台；垂荡板；AQWA；频域分析法作者简介：孙伟（1987—），女，山东临朐人，硕士，讲师，主要研究方向船舶与海洋工程。
1 前言石油资源被称为各国经济发展的“血液”。
近年来，随着陆地近海油气资源的减少，世界各国已在大力发展深海油气勘探技术，Spar 平台因其良好的性能和经济性已成为深海油气勘探开发平台的主要发展方向。
Truss Spar 平台是目前应用最广泛的spar 平台。
深海油气勘探设备的安全性是我们关注的重点，Spar 平台的纵摇与横摇等对平台安全影响较小，影响Spar 平台安全的主要因素是平台的垂荡运动，当平台的垂荡运动周期与波浪周期相似时产生共振，将对平台的设施产生致命威胁。
经典Spar 平台通过大吃水来保证平台的垂荡固有周期，而Truss Spar 、Cell Spar 平台通过添加垂荡板来保证其垂荡周期远离波浪周期。
垂荡板的设置对于Truss Spar 平台的水动力性能起着至关重要的作用，垂荡板的设置数目是影响垂荡性能的重要因素[1]。
因此，研究垂荡板的结构设置问题对于平台整体的设计及安全性具有十分重要的意义。
2 动力响应的理论计算2.1 三维势流理论假设流体为不可压缩无旋的理想流体，流体的速度势必定满足拉普拉斯方程：（1）在三维势流理论的假设下，非定常流流体满足伯努利方程：（2）结合伯努利方程，可以得到总势能势来计算物体表面的压力分布，作用在物体上的波浪力和力矩。
桁架式Spar平台垂荡板结构的水动力特性
第 ６期
天
津
大
学
学
报
Ｖｌ１ ４ Ｎ ｏ６ ０． ４ ． Ｊ ｎ． ｕ ２０１ １
２ １ 年 ６月 ０１
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｉｎｉ ｎｖｒｉ ｏ ｒ ａ ａｊ Ｕ ｉｅｓ ｙ ｏＴ ｎ ｔ
桁 架 式 Ｓ ａ 台垂 荡 板 结 构 的水 动 力特 性 ｐ ｒ平
沈文君 ，唐 友 刚 ，赵 晶瑞 ，
到 很 大 改善
关键词 ：垂荡板 ；水动力系数 ； 自定义 函数 ；动 网格 ；削斜 中图分类号 ：Ｕ ７ ．８ ６ ４３ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：０ ９ ．１７ ２ １） ６０ ９ —６ ４ ３２ ３ （０ １０ —４ １０
Ｈｙ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ａ ａ ｔ ｒ ｓｉ ｓｏ ａ ｅＰｌ ｔ ｔ ｕ ｔ ｒ ｏ ｕ ｓＳ ａ ｄ ｏ ｙ ａ ｃＣｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆ Ｈｅ ｖ ａ ｅＳ ｒ ｃｕ ｅｆ ｒＴｒ ｓ ｐ ｒ
ｔ ｎ ｓｔ ｅ ｓ ｅ ｄ ． ｒｈ ｒ ｏ ｅ ｗｉｈ ｔ ｅ ｓ ｍｅ ｅ ｆ ｃ ｉ ｅｔ ｉｋ ｅ ｓ ｔ ｅｈ ｄ ｏ ｙ ｍ ｉ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｆ ｈ ｅ ｖ ｌｔ ｅ ｄ ｏ ｂ ｔ ａ ｙ Ｆｕ ｔ ｅ ｍ ｒ ， ｔ ａ ｆｅ ｔｖ ｈ ｃ ｎ ｓ ， ｈ ｙ ｒ ｄ ｎａ ｃｐ ｒｏ ｈ ｍ ｎ ｅｏ ｅｈ ａ ｅ ｐ ａ ｅ ｔ ａ ｔ ｒ ｅ ｎ ｐ ｒ ｄ ｉ ｐ ｏ ｅ ｒ ａ ｌ ． ｆ ｉ ｇ ｔ ｅ ｅ ｓｉ ｒ ｖ ｄ ｇ ｅ ｔ ｅ ｂ ａ ｍ ｙ
Ｓ ＮＷｅ－ ｎ， Ａ ｏ—ａｇ， ＨＡＯＪ ｇｒｉ ＨＥ ｎ ｕ ．Ｔ ＮＧＹ ｕｇｎ ．Ｚ ｊ ＿ － ｉ ． ｎ ｕ，
（．ｃｏ ｌ ｆ ｖｌ ｎ ｉｅｒ ｇ ｉ ｊ ｎｖ ｒｔ ，Ｔａｊ ０ ０ ２ ｈｎ ； １ ｈ ｏ ｏ ＣｉｉＥ ｇｎｅｉ ，Ｔａ ｉ Ｕ ｉｅｓｙ ｉ ｉ ３ ０ ７ ，Ｃ ｉａ Ｓ ｎ ｎｎ ｉ ｎｎ ２Ｋｅ ａｏａ ｒ ｆ ａｂ ｒ ｎ ｅｎＥ ｇ ｅｒ ｇ ． ｙＬ ｂ ｒｔ ｙｏ Ｈ ｒｏ ｄ ｏ ａ Ｏｃａ ｎ ｉ ｅｉ ，Ｍｉｉｒ ｆ ｄ ｃｔ ｎ ｉ ｊ ｎｖ ｒｔ ，Ｔａｊ ０ ０２ ｈｎ ） ｎ ｎ ｎｓ ｙｏ Ｅ ｕ ａｉ ，Ｔａ ｉ Ｕ ｉｅｓｙ ｉ ｉ ３ ０ ７ ，Ｃ ｉａ ｔ ｏ ｎｎ ｉ ｎｎ
深水Truss Spar水动力计算方法研究
深水Truss Spar水动力计算方法研究王海洋;任慧龙;李辉【摘要】为了研究深水Spar平台的运动特性,考虑平台与波浪的相对运动,对一座深水Truss Spar平台进行波浪载荷及运动响应计算.波浪载荷计算中Truss Spar 主体和软舱采用3D势流理论计算,而垂荡板、桁架和立管系统采用线性化的Morison公式计算,同时求解中考虑系泊系统的影响.计算结果表明,Spar平台波频运动较小,而低频运动较为显著,其响应幅算子较大.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2013(042)001【总页数】4页(P145-148)【关键词】Truss Spar;垂荡板;桁架;Morison公式【作者】王海洋;任慧龙;李辉【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001【正文语种】中文目前，国内关于深水浮式平台的水动力研究较少，为此，考虑对Truss Spar平台在海洋环境下的运动性能进行评估，为平台前期设计提供参考。
1 小构件和板的波浪力1.1 Morison公式在浮式平台主体结构中，特征尺寸较大的部分，其水动力分析采用绕射和辐射理论。
特征尺寸较大的部分例如Truss Spar平台的桁架单元，其特征尺寸远小于波长，波浪绕射和辐射效应被忽略。
对于这类结构来说，粘性就显得非常重要。
Morison 方程本来是用于计算固定圆柱体的波浪力，因此当波浪作用在浮式平台上时，则需要用到修改的Morison方程:式中:F、D——单位长度下的Morison力和圆柱直径;CI、Ca和Cd——惯性力系数、附加质量系数和阻力系数，CI=Ca+1;u n、˙u n、˙x n和¨x n——流体法向速度、流体法向加速度、结构法向速度和结构法向加速度。
对于厚度很小的垂荡板，它既提供较大的垂荡附加质量也提供较大的竖向粘性阻尼。
Spar平台垂荡阻尼板水动力研究综述
２１ Ｏ ０年 １ ２月 文 章 编 号 ：０ － ５ ０（ ０ ０）６ ０ — ４ １ ０１４ ０ ２ １ Ｏ ０１０
中 国 海 洋 平 台
Ｃ Ｈ Ｉ Ａ Ｎ ０ＦＦＳＨ ０ ＲＥ ＰＬＡ ＴＦ０Ｒ Ｍ
Ｖ ｏ１２５ Ｎ Ｏ． ． ６
Ｄ ｅ ． ， １０ ｃ ２０
ａ ｔ ａ ｔ ｏｒ ｔ ｅ ｔ ｏ ｔｒ ｃｓｍ ｅ ａ ｔ ｎ ｉ ｎ．
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ： Ｓｐａ ａ ｆ ｒ ； ｅ ｖ ａ ｒ ｐｌ ｔｏ ｍ Ｈ ａ ｅ ｄ ｍｐｉ ｇ ｐｌ ｔ ｎ ａ ｅ；Ｈ ｙｄ ｏ ｎａ ｃ ｒ ｄｙ ｍｉ
０ 引 言
收 稿 日期 ：２ ０ — １ — ２ 修 改 稿 收 到 日 期 ： ２ １ — Ｏ — ２ ０８ ０ ７ ＯＯ ９ ８
基 金 项 目 ：国 家科 技 重 大专 项 （ ０ ８ Ｘ０ ０ ６ ０ ０ ） ２ ０ Ｚ ５ ２ —０ ６ １
作 者 简 介 ：魏 跃 峰 （ ９ １） 男 ， 士 生 ， 要 从 事 海 洋 工 程 结 构 物 水 动 力 研 究 。 １ ８一 ， 博 主
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈｅ ｐ ｐｅ ｎｔｏｄ ｅ ｈｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｆ ｔ ｈ ｒ ｙ ｍ ｉ ｅ ｆ ｒ ａ ｅ ｏｆ ｈ ａ ｅ ｓｒ ｃ ： ａ ｒ ｉ ｒ ｕｃ ｓ ｔ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈｅ ｙｄ ｏｄ ｎａ ｃ ｐ ｒ ｏ ｍ ｎｃ ｅ ｖ 式中： 和 Ｃ 分 别 是 平 台 吃 水 和 附 加 质 量 系 数 ； ｇ是 重 力 加 速 度 。
从 方 程 （ ） 以看 出 ， 变 Ｓ ａ １可 改 ｐ ｒ平 台 垂 荡 固 有 周 期 的 方 案 有 两 种 ： 种 是 增 加 平 台 吃 水 ， 必 然 会 增 加 一 这