S-Spar平台方案设计及水动力性能研究

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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。

新型系泊系统的设计方法及其水动力性能分析

新型系泊系统的设计方法及其水动力性能分析一、概述随着海洋资源的日益开发和利用，系泊系统在海洋工程中的应用越来越广泛，其设计优化及性能分析成为海洋工程领域的重要研究内容。

新型系泊系统的设计及其水动力性能分析，对于保障海洋平台、船舶等海洋结构物的安全、稳定与高效运行至关重要。

传统的系泊系统设计往往基于经验公式和简化的力学模型，难以准确反映实际复杂环境下的水动力特性。

随着计算流体力学、结构动力学等学科的快速发展，以及高性能计算机和数值模拟技术的广泛应用，新型系泊系统的设计方法正在向精细化、智能化和集成化方向发展。

本文旨在探讨新型系泊系统的设计方法及其水动力性能分析。

将介绍系泊系统的基本类型和结构特点，以及其在海洋工程中的应用场景。

重点阐述新型系泊系统的设计原则、关键技术和创新点，包括材料选择、结构设计、优化算法等方面。

通过数值模拟和实验研究，分析新型系泊系统在不同海况下的水动力性能，评估其稳定性和可靠性，为实际工程应用提供理论支撑和技术指导。

1. 新型系泊系统的重要性和应用背景随着海洋工程和船舶工业的飞速发展，新型系泊系统在海上工程结构物，特别是风力发电、海洋石油开采、海上货物运输等领域的应用越来越广泛。

系泊系统的主要功能是为海上设施提供安全、稳定的定位，确保其在各种环境条件下都能正常工作。

传统的系泊系统虽然在过去几十年中得到了广泛应用，但在面对极端海洋环境，如大风、大浪、海流和潮汐等复杂因素时，其性能往往受到挑战。

研究和开发新型系泊系统，提高其在极端环境下的性能，对于保障海上设施的安全、提高经济效益、促进海洋工程的持续发展具有重要意义。

新型系泊系统的研究不仅涉及结构设计、材料选择、制造工艺等多个方面，更重要的是要对其水动力性能进行深入分析。

水动力性能是指系泊系统在海洋环境中的受力、变形、振动等特性，它直接决定了系泊系统的稳定性和安全性。

通过对新型系泊系统的水动力性能进行分析，可以预测其在不同海洋环境下的表现，为系统设计和优化提供理论依据。

桁架式Spar平台垂荡板结构的水动力特性

第４４卷
第６期
天
津
大
学
学
报
Ｖｌ１４Ｎｏ６０．４．Ｊｎ．ｕ２０１１
２１年６月０１
ＪｕｎｌｆｉｎｉｎｖｒｉｏｒａａｊＵｉｅｓｙｏＴｎｔ
桁架式Ｓａ台垂荡板结构的水动力特性ｐｒ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：Ｕ７．８６４３文献标志码：Ａ文章编号：０９．１７２１）６０９ —６４３２３（０１０ —４１０
ＨｙｒｄｎｍｉａａｔｒｓｉｓｏａｅＰｌｔｔｕｔｒｏｕｓＳａｄｏｙａｃＣｈｒｃｅｉｔｃｆＨｅｖａｅＳｒｃｕｅｆｒＴｒｓｐｒ
ｔｎｓｔｅｓｅｄ．ｒｈｒｏｅｗｉｈｔｅｓｍｅｅｆｃｉｅｔｉｋｅｓｔｅｈｄｏｙｍｉｅｆｒａｃｆｈｅｖｌｔｅｄｏｂｔａｙＦｕｔｅｍｒ，ｔａｆｅｔｖｈｃｎｓ，ｈｙｒｄｎａｃｐｒｏｈｍｎｅｏｅｈａｅｐａｅｔａｔｒｅｎｐｒｄｉｐｏｅｒａｌ．ｆｉｇｔｅｅｓｉｒｖｄｇｅｔｅｂａｍｙ
ＳＮＷｅ－ｎ，Ａｏ—ａｇ，ＨＡＯＪｇｒｉＨＥｎｕ．ＴＮＧＹｕｇｎ．Ｚｊ＿－ｉ．ｎｕ，
（．ｃｏｌｆｖｌｎｉｅｒｇｉｊｎｖｒｔ，Ｔａｊ００２ｈｎ；１ｈｏｏＣｉｉＥｇｎｅｉ，ＴａｉＵｉｅｓｙｉｉ３０７，ＣｉａＳｎｎｎｉｎｎ２ＫｅａｏａｒｆａｂｒｎｅｎＥｇｅｒｇ．ｙＬｂｒｔｙｏＨｒｏｄｏａＯｃａｎｉｅｉ，Ｍｉｉｒｆｄｃｔｎｉｊｎｖｒｔ，Ｔａｊ００２ｈｎ）ｎｎｎｓｙｏＥｕａｉ，ＴａｉＵｉｅｓｙｉｉ３０７，Ｃｉａｔｏｎｎｉｎｎ

SPAR平台主体结构概要建造方案

SPAR平台主体结构概要建造方案1.引言SPAR平台是一种用于深海石油开采、生产、处理加工和储存的平台结构形式，由于该平台具有稳定性能好、运动特性优良、可以应用于深水作业、建造成本相对较低等特点，SPAR 平台已经成为最有发展潜力的平台形式之一，目前已经有十几座SPAR平台在墨西哥湾成功使用。

随着国家对南海深水海域油气资源开发力度的加大以及南海海洋环境和墨西哥湾相似等因素，SPAR平台有望成为南海深海作业平台的首选形式。

第一座SPAR平台产生于上世纪90年代中期，经过十几年的发展，目前已经发展到第三代产品。

SPAR 平台主要由平台上部模块、主体结构、立管系统以及系泊系统四部分组成。

本文以国家863计划海洋技术领域“新型深水Spar平台、TLP平台概念设计与关键技术”课题中的新型深水SPAR平台为典型产品，针对其特点，概略阐述其总体建造方法，主要包括以下几个方面：◆结构总体建造方法◆关键结构建造方法◆装配合拢流程◆拖移下水方法2.结构总体建造方法新型SPAR平台结构是在第三代Cell Spar的基础上发展而成的，它的结构形式复杂，形状特殊，尺度大，节点多且复杂，必须要借助于先进的结构总体建造技术，才能够解决建造中的许多难题。

该平台主体结构主要包括如下几部分：上部硬舱圆筒结构（1个中央圆筒和8个水线面以下的外围圆筒）、中部连接舱桁架结构、下部软舱结构。

该平台的主要特征：平台形式：TCell Spar3；平台主体构成：硬舱、连接舱和软舱；该平台主要尺寸及物量：中央圆柱直径：16m；中央井尺寸：8*8m；环绕圆柱直径和数量：10m*8；硬舱高度：80m；连接舱高度：80.44m；软舱尺寸：37.8*37.8*13m；垂荡板尺寸：37.8*37.8；作业水深：1500m；预估重量：18150吨。

2.1总体建造方法概述根据该平台的结构特点，如果按照常规的坞内建造或船台建造的方法，不仅对建造资源的依存度很大，而且漂浮或下水非常困难，考虑到国内船厂的现有资源，我们认为该平台应当采用卧式合拢，拖移下水的平地建造法。

Spar平台垂荡阻尼板水动力研究综述

第２５卷第６期
２１Ｏ０年１２月文章编号：０－５０（００）６０ — ４１０１４０２１Ｏ０１０
中国海洋平台
ＣＨＩＡＮ０ＦＦＳＨ０ＲＥＰＬＡＴＦ０ＲＭ
Ｖｏ１２５ＮＯ．．６
Ｄｅ．，１０ｃ２０
ａｔａｔｏｒｔｅｔｏｔｒｃｓｍｅａｔｎｉｎ．
Ｋｅｗｏｄｙｒｓ：Ｓｐａａｆｒ；ｅｖａｒｐｌｔｏｍＨａｅｄｍｐｉｇｐｌｔｎａｅ；Ｈｙｄｏｎａｃｒｄｙｍｉ
０引言
收稿日期：２０ — １ — ２修改稿收到日期：２１ — Ｏ — ２０８０７ＯＯ９８
基金项目：国家科技重大专项（０８Ｘ００６００）２０Ｚ５２ —０６１
作者简介：魏跃峰（９１）男，士生，要从事海洋工程结构物水动力研究。１８一，博主
ＡｂｔａｔＴｈｅｐｐｅｎｔｏｄｅｈｅｒｓａｃｆｔｈｒｙｍｉｅｆｒａｅｏｆｈａｅｓｒｃ：ａｒｉｒｕｃｓｔｅｅｒｈｏｈｅｙｄｏｄｎａｃｐｒｏｍｎｃｅｖ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Ｓａ１可改ｐｒ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

深水半潜式生产平台立管系统配置研究

深水半潜式生产平台立管系统配置研究左亚东;李福建【摘要】深水立管是连接海底油气田和海上生产设施之间的关键结构,该文重点研究深水半潜式生产平台的立管系统配置.工程开发模式确定是立管系统配置的基础.文中对比分析了适用于深水半潜式生产平台的开发模式,对不同立管类型进行适用性和优缺点对比分析,以确定适用于半潜式生产平台的最佳立管形式;并且对水下井口系统进行研究,结合目标平台的主要技术指标来配置立管系统.为后续分析平台立管载荷、立管系统与平台水动力耦合分析、立管系统强度及疲劳分析等工作打下基础.【期刊名称】《船舶》【年(卷),期】2018(029)005【总页数】9页(P150-158)【关键词】半潜式生产平台;立管系统;开发模式;立管配置【作者】左亚东;李福建【作者单位】中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011;中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011【正文语种】中文【中图分类】U674.38引言随着近岸浅水水域油气产量的降低，众多石油公司已将注意力转移到远离海岸的深水区域。

国际能源机构统计数字表明，海洋油气总储量的约44%蕴藏在大于2000 m的深水区［1］。

传统的固定式平台已经不能适应这种深海海洋工程的需求，取而代之的是浮式结构物，包括以油轮为基础的FPSO、半潜式平台、张力腿平台和SPAR 平台等。

深水立管是连接海底油气田和海上浮体之间的关键结构，是深水油气田开发最为关键的技术之一，也是深水油气开发的重要基础设施之一。

立管是一套具有许多附加部件的复杂管系。

立管表面一般装有保温层、浮力块、减振装置、传感器等附属物。

对于浮式深海平台系统，一方面立管的长度很长，可以从几百米到几千米；另一方面，除海底井口和平台底部外，立管的其他地方没有固定支撑。

因此对立管的强度和疲劳要求很高。

立管按具体结构形式可以分为以下5种：（1）顶部张紧式立管（Top Tension Riser）;（2）钢悬链立管（Steel Catenary Riser）;（3）柔性立管（Flexible Riser）;（4）塔式混合立管（Hybrid Tower Riser）。

TrussSpar平台滑移装船研究

流量可以达到６５ｍ／。７０ｈ２１装船场地．我国现阶段还没有专用Ｔｕｓｐｒ台建造场地，选择现有海洋工程建造场地进行Ｓａ平台建ｒｓａ平Ｓ若ｐｒ
造与装船，需要考虑以下因素：陆地滑道强度，码头前岸壁强度以及陆地滑道前端码头高度、水深、水域宽阔程度等。装船过程中船底与海底泥面保持至少０５的间距；由于ＴｕｓＳａ平台重量达到．ｍｒｓｐｒ
Ｓａ平台当前应用较为广泛。ＴｕｓＳａ平台多采用半潜船将其从建造场地干拖运输至安装地；利用ｐｒｒｓｐｒ
大功率液压设备通过滑道将Ｔｕｓｐｒ台主体部分拖拉上船，是目前国际上通常采用的滑移装船方ｒｓＳａ平
制，国外工程常常将Ｓａ平台偏船舯一侧布置，平台部分悬出船尾。ｐｒ
实际工程中，选择将硬舱还是软舱布置于甲板首部，主要是考虑浮卸作业、Ｓａ装船压载作业以ｐｒ
收稿日期：２１－４１：修改稿收稿日期：２ｌ—７１０ｌ０ —５０ｌ．２Ｏ
５２卷
增刊ｌ
徐
慧，：ｒｓｐｒ台滑移装船研究等Ｔｕｓａ平Ｓ
２７０
均适于纵向滑移装船，本文以一万吨级Ｔｕｓｐｒ台为实例，进行硬舱在前的纵向滑移装船的关键ｒｓａ平Ｓ技术研究；装船场地为青岛某海洋工程建造场地。
Ｔｕｓｐｒ台滑移装船研究ｒｓＳａ平

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由于其圆柱形浮体延伸至水面以下相当深度处，水
面波浪对其影响小，构运动的固有频率远离波浪结的峰值频率，而适用水深范围较大（于１８０因大０ｍ）有效载荷较高，动性能、，运稳定性及受力情况较好；此外，ｐｒ台可以采用刚性立管和干采油Ｓａ平
粘滞阻尼都能得到提高，以有效地改变垂荡运动可周期，其远离波浪周期，而避免垂荡共振的使从
（ｌｄｒＳａ）台。Ｓｅｅｐｒ平ｎ
１ＳＳａ平台概念 —ｐｒ
ＳＳａ平台总体结构如图１所示。ＳＳａ —ｐｒ —ｐｒ平台的主体长度为１０ｉ，结构形式和主体尺寸都８ｉ其１介于ＣａｓｐｒＴｕｓＳａ平台之间，中央ｌｓｉＳａ和ｒｓｐｒｃ但井中段采用了圆柱形以减小环境载荷对平台的作用，并在中段上布置了垂荡板。采用这种变壳体形状和垂荡板技术， —ｐｒ平台的垂荡附加质量和ＳＳａ
树也是优点之一。目前Ｓａｐｒ平台已经由第一代
Ｃａｓｐｒ台、二代Ｔｒｓｐｒ台发展到ｌｓｉＳａ平ｃ第ｕｓＳａ平
量，但在深水应用时必须采用轻质金属制作浮筒，这无疑将增加投资成本。结合上述两种Ｓａ平台的ｐｒ
了方案设计和水动力研究。ＳＳａ平台的有效载荷与Ｔｒｓｐｒ台相当，圆柱形中央井的承 —ｐｒｕｓＳａ平其
压能力优于Ｔｒｓｐｒ平台方形截面中央井；－ｐｒ台纵荡、荡和纵摇运动的固有周期都远ｕｓＳａＳＳａ平垂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。
（中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室）
摘要针对我国南海特殊的环境条件，合ＣａｓｃｐｒＴ和ｕｓｐｒ设
新型Ｓａ平台—— ＳＳａ平台。ＳＳａ平台采用圆柱形中央井壁连接软、舱，ｐｒ —ｐｒ —ｐｒ硬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，可以安装还更长的浮筒，供较大的顶张力，提因而能适应更大的作业水深。以南海１０水深环境条件进行０ｍ５
特点，并考虑我国南海特殊的海洋环境条件（海洋内
波）提出了一种新型Ｓａ，ｐｒ平台概念 — — ＳＳａ —ｐｒ
第三代ＣｌＳａ平台¨ ３。各代Ｓａ平台之间的ｅｌｐｒ２Ｉｐｒ
区别主要集中在主体结构上。Ｃａｓｐｒ平台主ｌｓｉＳａｃ体结构为一长封闭式单柱圆筒结构，径为２～直０４吃水可达２０ｍｌ，０ｍ，０４由于圆柱形浮体延伸至水］面以下相当深度处，面波浪对其影响小，动性水运能、稳定性及受力情况较好，合深水使用，较长适但的大直径壳体使平台的有效载荷降低，要承受较且大的环境载荷，特别是内波载荷ｌ。ＴｕｓＳａ平５］ｒｓｐｒ台用一个空间桁架代替了ＣａｓｃＳａ平台的封闭ｌｓｉｐｒ式圆筒中段，设置了垂荡板以增加平台的垂向附并加质量，平台垂向运动阻尼比未设垂荡板的Ｓａ使ｐｒ平台增大一倍，］因此可通过改变垂荡板参数来调整Ｔｒｓｐｒ平台的垂荡响应。ＴｕｓＳａｕｓａＳｒｓｐｒ平台
关键词ＳＳａ平台方案设计水动力性能南海内波垂荡板 —ｐｒ
适用于深海环境作业的诸多平台中，ｐｒ台Ｓａ平
我国南海环境条件下，架段处于内波的作用范围桁（深１）～１０ｍ）因此内波的高流速将引起立管水（０２，严重的涡激振动＿，７危及平台的安全。此外，］桁架结
第２２卷
第４期
中国海上油气
ＣＨＩＡＦＦＳＨＯＲＥＩＡＮＤＡＳＮＯＯＬＧ
Ｖ０【２２Ｎｏ４．．
Ａｕ２０１ｇ．０
２１００年８月
ＳＳａ－ｐｒ平台方案设计及水动力性能研究
于卫红黄维平
构也限制了浮筒长度（浮筒不能超出硬舱而进入桁架中段，否则将承受到较大的环境荷载）从而限制，了顶张式立管的顶张力，限制了ＴｒｓＳａ平台也ｕｓｐｒ的应用水深范围。Ｔｒｓｐｒ台虽然减少了用钢ｕｓＳａ平