水下軟剛臂單點系泊研究.pdf

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1、第４３卷第３期船海工程Ｖｏｌ．４３?。危铮常玻埃保茨辏对拢樱龋桑校Γ希茫牛粒危牛危牵桑危牛牛遥桑危牵剩酰睿玻埃保矗模希桑海保埃常梗叮常辏椋螅螅睿保叮罚?７９５３．２０１４．０３．０４２水下軟剛臂單點系泊研究夏華波（中海油能源發(fā)展采油服務公司，天津３００４５７）摘要：針對渤海淺水邊際油田開采工程，提出一種可調(diào)節(jié)系泊臂鉸接點高度的水下軟剛臂（ＹＯＫＥ）單點系泊方案，無水上系泊塔，將軍柱在水下，可根據(jù)作業(yè)水深調(diào)節(jié)系泊臂與船艏系泊支架的鉸接點，能反復利用。水動力分析、數(shù)值計算和模型試驗結(jié)果顯示：數(shù)值計算和模型

2、試驗數(shù)據(jù)接近，系泊力和縱蕩的誤差在合理范圍內(nèi)，表明系泊方案計算合理。關(guān)鍵詞：淺水系泊；波頻；低頻；軟鋼臂；模型試驗中圖分類號：Ｕ６５３．２　　　　文獻標志碼：Ａ文章編號：１６７１-７９５３（２０１４）０３-０１６６-０６渤海淺水系泊形式主要為水上塔式ＹＯＫＥ和水下ＹＯＫＥ，這兩種單點造價都比較昂貴，前者發(fā)生過ＹＯＫＥ的Ａ字頭壓潰（可能是風流的突然轉(zhuǎn)向，使得ＦＰＳＯ前沖過激），后者出現(xiàn)過單點水下螺栓斷裂以致單點倒塌事故。渤海單點核心技術(shù)幾乎被國外壟斷，其設計研發(fā)迫在眉睫。研究表明，淺水ＦＰＳＯ在不規(guī)則波作用下不僅有

3、一階圖1可調(diào)鉸接點水下軟鋼臂系泊方案（尺寸單位：ｍ）運動，還有大幅低頻二階運動。當?shù)皖l與系泊系統(tǒng)頻率接近時易共振，使系泊力大幅增加，這是系［１-４］泊系統(tǒng)設計的關(guān)鍵點和難點。針對渤海效益不是很高的眾多邊際油田以及淺水系泊的低頻特性，中海油聯(lián)合國內(nèi)外專家組提出了既能有效減小系泊力又能重復利用、減小投資的系泊設計理念。即渤海邊際油田的系泊必須從環(huán)境特征出發(fā)，從系泊力傳遞的有效性入手，使系泊系統(tǒng)盡可能簡單有效。為此，以ＢＺ３-２為目標油田，根據(jù)不同作業(yè)水深，簡化結(jié)構(gòu)，提出了一種可調(diào)節(jié)系泊臂鉸接點高度的水下ＹＯＫＥ系泊技

4、術(shù)。本文分析圖2可調(diào)鉸接點水下軟鋼臂系統(tǒng)3D示意其系泊運動和受力的理論基礎，并以水池試驗為艙、水下ＹＯＫＥ、系泊頭組件、水下轉(zhuǎn)塔、水下滑環(huán)參照，分析該系統(tǒng)的合理性。組、樁基以及立管等組成。ＦＰＳＯ和ＹＯＫＥ可借助滑環(huán)３６０°回轉(zhuǎn)。水下ＹＯＫＥ為Ａ字形結(jié)構(gòu)，連１　系泊方案接系泊大軸承與系泊臂，轉(zhuǎn)塔及系泊軸承能使得如圖１和圖２所示，本系統(tǒng)水上無塔架，由系水下ＹＯＫＥ系統(tǒng)自由地３向回轉(zhuǎn)，立管和臍帶纜泊支架、系泊臂及其上下萬向節(jié)（ｕ-ｊｏｉｎｔ）、壓載與外滑環(huán)連接至船艏支撐結(jié)構(gòu)，ＦＰＳＯ在波浪中的搖蕩運動依靠壓載艙的重力

5、提供恢復力。此系統(tǒng)與傳統(tǒng)方案相比，主要有以下特點。收稿日期：２０１３－１０－２２修回日期：２０１３－１０－２８１）水上無塔架，材料省，結(jié)構(gòu)簡單，成本相對第一作者簡介：夏華波（１９８４－），男，碩士，工程師少。研究方向：船舶設計與建造２）將軍柱在水下，進一步減小了轉(zhuǎn)塔力矩，E-mail：ｘｉａｈｕａｂｏ０３０３＠１２６．ｃｏｍ能縮減系泊結(jié)構(gòu)尺度。１６６水下軟剛臂單點系泊研究———夏華波３）剛性系泊臂（ＨＹＳＹ１１２／１１３ＦＰＳＯ為不可j———對應運動模式；Pi＝P（xi，yi，zi）。調(diào)節(jié)錨鏈式系泊臂，震顫明顯）

6、，且端部連接方式抄αik＝簇ΔsG（Pi，Q）ｄs＝珗ni簇Δs磹G（Pi，Q）ｄs為ｕ-ｊｏｉｎｔ，使得ＦＰＳＯ與系泊系統(tǒng)間的耦合運動更k抄xk協(xié)調(diào)，減小了錨鏈式的震顫帶來的不利影響。（４）４）ＹＯＫＥ的上端ｕ-ｊｏｉｎｔ可據(jù)水深進行調(diào)節(jié)，故式（１）可以離散化為N連接在系泊支架的不同高度，從而滿足渤海水域φji（Pi）＝∑σjk簇G（Pi，Q）ｄs（５）范圍內(nèi)不同作業(yè)區(qū)要求。k＝１Δsk式（１）～（５）可用來確定分布源密度，求解出２　水動力和系泊理論基礎各速度勢，利用輻射勢積分的流體作用力可得到附加質(zhì)量系數(shù)ai

7、j和阻尼系數(shù)bij（i，j＝１，２，?，６）。2．1水動力求解基于攝動理論展開到二階，ＦＰＳＯ的運動可分依據(jù)三維勢流理論，假定速度勢φ存在（包解為一階波頻和二階低頻運動的疊加。括入射勢（入射波速度勢φ０、繞射勢φ７和輻射勢2．2一階時域運動φR），并滿足拉普拉斯連續(xù)方程、海底不可穿透條波浪分量的幅值由下式確定。件、自由表面靜力學和動力學條件、物面的固壁條ζi（ωj）＝２Sζ（ωj）Δωj（６）件及無窮遠邊界的輻射條件，建立非線性方程組。根據(jù)水動力軟件Ｈｙｄｒｏｓｔａｒ能夠得到波頻力用邊界積分方程求解上述定解問題，

8、可以用在平和運動的ＲＡＯ，則波頻響應為均濕表面上布置滿足自由表面與深水邊界條件的nＨａｓｋｉｎｄ源表示速度勢函數(shù)。qi（t）＝∑ζi（ωj）RAO（ωj）ｓｉｎ（ωjt＋εj＋j＝１φj（x，y，z）＝簇σi（ξ，η，ζ）G（x，y，z；ξ，η，ζ）ｄsφRAO（ωj））（７）s０式中：qi（t）———船體的波頻響應，i＝１，縱蕩；i＝（１）２，橫蕩；i＝３，垂蕩；i＝４