第三章浮式平台总体性能4
浮式FLNG多功能平台ppt
浮式FLNG多功能平台的重要性和应用领域
重要性
浮式FLNG多功能平台作为海洋能源开发的重要组成部分，对于保障国家能源安 全、推动经济发展、促进能源转型具有重要意义。
应用领域
广泛应用于海洋油气资源开发、海上风电、海洋能发电等领域，也可用于其他海 洋工程领域如海洋观测、海上旅游等。
02
浮式FLNG多功能平台的设计与构造
02
03
启动和关闭
介绍如何正确地启动和关 闭平台，确保安全和稳定 运行。
维护保养
详细介绍如何进行日常、 周、月、季度及年度维护 保养，确保设备始终保持 最佳状态。
故障排除
列举一些常见故障及排除 方法，帮助操作人员快速 解决遇到的问题。
浮式FLNG多功能平台的使用方法
平台移动
介绍如何正确地移动平台 ，确保其稳定、安全移动 。
液化设备
采用低温液化技术，配置液化压缩 机、冷剂压缩机组等设备，将天然 气液化。
储存设备
包括液化天然气储罐、燃料油储罐 等，用于储存天然气和燃料油。
运输设备
配置外输系统和装卸设备，用于将 液化天然气装载到运输船或接收终 端。
03
浮式FLNG多功能平台的操作与使用
浮式FLNG多功能平台的操作流程
01
测试数据分析
对浮式FLNG多功能平台的性能测试数据进行系统分析，得出各项性能指标的平 均值、标准差等统计信息。
可靠性评估
根据测试数据，对浮式FLNG多功能平台的可靠性进行评估，分析其在长时间使 用过程中可能出现的故障和问题，并提出相应的解决方案。
05
安全风险及应对措施
浮式FLNG多功能平台的安全风险分析
浮式FLNG多功能平台的性能评估标准
当前浮式平台船体结构分析的方法与重点综述
当前浮式平台船体结构分析的方法与重点综述
浮式平台概念的选择及其结构设计是深水工程项目的关键环节之一.它决定了平台在波浪载荷作用下的动力学响应、立管在深水条件下的运动以及进行平台建造与安装的技术难度等.结构强度、结构的抗疲劳*能以及结构的整体和局部稳定*能是浮式平台设计必须重点考虑的三个主要方面.总结了当前浮式平台设计的主要方法和它的主要任务以及技术要求,着重分析了设计过程中的主要技术难点及重点;最后,讨论了浮式平台结构设计的潜在发展趋势.
*忠超,闫发锁,DENGZhong-chao,YANFa-suo(哈尔滨工程大学深海工程技术研究中心,黑龙*哈尔滨,150001)。
第三章-浮式平台总体性能(5)
舭龙骨对横摇的阻尼作用是众所周知的，舭龙骨阻尼 主要是由舭龙骨在水中运动时的阻力和舭龙骨对船体压力 分布的影响产生的。Kato(1996)和Ikeda等人(1976， 1977b)给出了舭龙骨阻尼的经验公式。
M M a cost
a sin t
M tan k B Ba cost
图 3.17 浅水舱中流体运动的简化图形。 图中表示发生谐摇时，瞬时横摇角度为 零，横摇速度达到最大值
如图3.17所示，流体 运动谐摇时会形成一个水 跃。当横摇速度达到最大 值时，水跃的位置靠近减 摇水舱的中点。瞬时自由 液面下的液体压力是静压 力，由此可以计算由舱内 液体运动引起的水动力矩。 这就产生了一个与横摇速 度相反的力矩。当水跃在 中点处，即横摇速度最大 时，由液体运动产生的力 矩也达到最大值。
被动式减摇水舱工作原理
很多船舶安装了被动式减摇水舱。自由液面舱和U形 舱的原理如图3. 16所示。改变液面高度可以改变自由液面 舱的谐摇频率。因此，这种横摇水舱特别适合稳性高会大 幅变化的船只。
图3.16 被动式减摇水舱
为了使减摇水舱取得令人满意的效果，舱内水的运动 与横摇必须具有相同的固有周期。一部分人选择两者具有 相同的特征频率，另一部分人则倾向于被动水舱的特征频 率比横摇特征频率高出6%～10%。增大减摇水舱和船舶稳性 高可以改善减摇水舱的阻尼效果。 典型的被动水舱其 GM T GM T 为0.15～0.3，其中 GM T 表示减摇水舱引起的船舶稳性高的减小。由减摇水舱固有 周期和稳性高度比 GM T GM T 可以确定减摇水舱的尺寸。
第三章浮式平台总体性能3
式中：
L 在图中也已标明。
另外，仅计算作用在圆柱底端的Froude-Kriloff力（因 其受到的绕射水动力不能再由切片理论近似得到，目前进行 忽略）。作用在单个圆柱体底部的Froude-Kriloff力由入射波 压力积分得到（进行长波近似）：
kL2 F3 g a e R sin t cos 2
kzB 2
将作用在浮筒和四个圆柱底部的垂向力求和，可以获得如 下的作用于TLP平台上的垂向波激力。
2 D A kL kB k z B zm 33 F3 t g a ekz sin t 4sin 2kB cos 1 A A e P W 2 2
D2 dF CM a1 CD u u 4 2
力的正向为波浪传播的方向。另外， 是水的密度， D 是圆柱直径，u和a1 则是切片中点未受扰动流体的水平速 度和加速度。
实际上，质量和阻尼系数 CM 和 CD 是由经验得到的 并取决于许多参数，如Reynolds数、Keulegan-Carpenter 数、相关流的数值和表面粗糙率。
A
2D ii
a
2
例：用切片理论求圆柱体在无界流体中的纵摇附加质 量系数 A55
解：当柱体纵摇时，纵坐标为的切片将有垂向加速度，在切片 对应的垂向力是：
z xA33 5 a 2 xdx 5 dF3R A33
此力对y轴的力矩是：
2 2 5 dF xdF a x dx 5R 3R
已经表明势流理论对于圆柱体给出的 CM 是2，其中 一半来自Froude-Kriloff力，另一半则来自绕射力。如 果计入黏性效应，C 就不等于2了。
M
要记住波长相对于直径假定是大值。对于任意的波长， 可以使用McCamy& Fuchs(1954)的线性分析结果。
第三章-浮式平台总体性能(4)
(b) 不考虑驳船切片辐射摇荡兴波阻尼效应，由长峰波 公式和切片理论证明垂向激励力
F3 g a Be
kD
gA k a e
2D 33
kD / 2
2 kL sin( ) sin t k 2
讨论这一近似的适用性和
时的情况。
按照长波近似，作用在驳船切片上的波浪力为：
2 dF3 pI nz dl A33D a3 dx s
式中：AW 是半潜平台的水线面积；z t 和 zm分别为浮 V 筒顶部和形心的纵坐标；B为浮筒中心面间的距离；P 是整 个浮筒的体积。推导该式时，假设平台中心处的自由液面 升高为 a sin t ，由于 k ( zt zm ) 的值实际较小，可以将式近 似为：
F3t a sin te kzm cos kB / 2 gAW 2 M A33 2 AW zm （3
按照入射波表达式，可以获得入射波水动压力场和 波浪质点垂向加速度。
pI g a e kz sin(t kx ) t
a3
( ) gk a e kz sin(t kx) D z t z 2
kz 2D 33 kD 2
dF3 g a e sin(t kx)dy z D A gk a e
在实际的半潜平台设计中，通常希望垂荡周期在 20s以上，从而避免波激垂荡谐摇。B和 AW 随稳性和 装载量的要求决定。因此，在给定 n 条件下，唯一 能够影响垂荡响应的参数只有吃水 z 。不同的浮筒 m 几何形状将会改变 A33 和 n 。
5.2 半潜式平台迎浪时的垂荡和纵摇
图3.20显示一座具有长方体浮筒和圆柱形立柱的半潜式 平台。单位是米。平台系泊在深海。假设系泊系统对运动无 影响，并忽略阻尼的作用。周期为10s、波幅为1m的规则正 弦波沿x轴负向传播。计算平台重心G处的垂荡和纵摇。
海洋平台设计原理_第三章_海洋平台总体设计
舾装 设计
总体 设计
轮机 设计
电气 设计
专业分工与联系
2016/11
第三章 海洋平台总体设计
4
上海交通大学本科生课程
3.1 平台设计概述
继承和创新
设计方法与思想
已存在很多案例，可供参考； 技术进步，材料、机电设备、 信息技术等； 新增功能要求，条件变化将 会有新的需求； “规范”发生变化，这是社 会进步的必然产物； “兼蓄并融”和“集思广 益” 。
建立在结构力学、弹性理论、水动力等基础理论和现 代计算技术的分析方法上，结合平台结构具体情况， 根据给定的环境条件和设计工况进行强度计算。
海洋开发带来新的需求，根据预定的功能需求，可复 合多种类型的平台或船舶来进行复合创新设计。
2016/11
第三章 海洋平台总体设计
23
上海交通大学本科生课程
3.5 总布置设计
平台型式的选择； 功能规划； 总布置设计； 主要要素； 重量重心； 舱容、可变载荷； 总体性能； 动力配置； 协调其它专业，等等。
2016/11
第三章 海洋平台总体设计
9
上海交通大学本科生课程
3.5 总布置设计
“渤海5号”自升式平台
2016/11
第三章 海洋平台总体设计
10
上海交通大学本科生课程
自
上部平台的形状；
升
式
桩腿的数量；
平 台
是否设桩靴；
结 构
桩腿型式；
型
升降方式；
式
选
等等。
择
2016/11
第三章 海洋平台总体设计
28
上海交通大学本科生课程
3.5 总布置设计
平 台 结 构 型 式 选 择
浮式FLNG多功能平台
动力电站
平台拥有自己的动力电站，为平台 上的各种设备和系统提供电力。动 力电站由发电机组和配电系统组成 。
控制系统
浮式FLNG多功能平台还配备了先进 的控制系统，包括自动化系统和监 控系统等，实现平台的自动化管理 和安全监控。
03
浮式FLNG多功能平台 的应用场景与市场
浮式FLNG多功能平台的应用领域
浮式FLNG多功能平台是一种集液化天然气（LNG）生产、储存和运输于一体的 海洋工程设施。
它采用了浮式液化天然气（FLNG）技术，将天然气的液化和储存过程在海上进 行，以便更灵活地满足市场需求。
浮式FLNG多功能平台的特点
浮式FLNG多功能平台具有高度 集成化、模块化和标准化的特点
。
它可以在海上进行液化天然气的 生产、储存和运输，减少了陆上 设施的需求，提高了运营效率。
环保性
该平台采用了先进的环保技术，能够减少对环境的影响。
总结浮式FLNG多功能平台的优势与前景
前景
市场需求：随着全球天然气需 求的增长，浮式FLNG多功能 平台的市场需求将会持续增加 。
技术发展：技术的不断进步将 为浮式FLNG多功能平台的发 展提供更多的机遇和挑战。
环保需求：随着全球环保意识 的提高，浮式FLNG多功能平 台的环保优势将更加凸显。
06
总结与展望
总结浮式FLNG多功能平台的优势与前景
优势
高效性：浮式FLNG多功能平台具有高效的生产能力，能够满足全球天然 气需求增长的需求。
灵活性：该平台具有较大的灵活性，可以根据不同的海域和气候条件进 行调整和适应。
总结浮式FLNG多功能平台的优势与前景
成本效益
浮式FLNG多功能平台的开发和运营成本相对较低，能够为能 源公司带来更多的经济效益。
第三章-浮式平台总体性能(6)
每个单元的未知数 qi 可通过建立下面的线性方程组求解：
q 1 [ n s1
q 1 [ n s1
]ds q 16 [ y1 z1 n s16
]ds cos y z1 1 y1 z1
]ds cos y z16 16 y16 z16
s16
(5) 确定附连质量的压强部分可由下式计算：
p | 3 | 2 sin t t
(6) 最终的垂向力可由下式计算：
16 2 | | sin t F3 pn3ds cos ds 3 sj s j 1
7.2 考虑波浪效应的三维源汇法
本节将展示如何应用源汇法分析大体积结构物上的线性波 浪诱导运动和载荷。以一条船作为例子，首先展示如何求得垂 荡的附连质量和阻尼。假设船没有前进速度。速度势由下列方 程决定： 2 2 2
0 x 2 y 2 z 2
整个流场域内 在船体平均位置以外的平 均自由面 在船体表面平均位置处 在有限水深 z h 处： 在无限水深
同样地 ，源强表示了注入流场中的体积流量。 如果m<0则为汇。
如果用连续的源系来覆盖一个表面，流体中的速度除了 在物体的尖角处以外将会处处为有限。 首先以一个简单的问题来解释源的方法。考虑无限流体 中的一个圆柱体，希望求出它的垂荡附连质量。
z η3
3 3 sin t
2 2 2 0 2 y z r R
首先引入标准化源密度，使得:
Q(s)eit Q(s) | 3 | eit
由物面边界条件可以导出一个关于 Q( s) 的积分方程。
G ( x y z ( s ) ( s ) ( s )) in3 ( x, y, z ) SB dsQ(s) n
第三章-浮式平台总体性能(2)
半潜平台和TLP的Froude-Kriloff力与绕射力在长周期时有 相互抵消的趋势，通常是在15～20s之间。
一艘驳船在升沉中的固有频率的图形确定
不耦合且无阻尼影响的谐摇周期可以写为
未锚泊结构物的纵荡、横荡和首摇没有未耦合谐摇周 期（不存在静水恢复力作用）。典型锚泊结构物的纵荡、 横荡和首摇固有周期是分钟的数量级，因此相对于海中的 波浪周期来说较长，非线性效应可能在这长周期时激发谐 摇（慢漂共振激励）。
第三章 线性波浪对浮式结构物的诱导运动
3、固有周期、阻尼和波浪激励的数量级 3.1 固有周期的估算
3.2 阻尼特征
3.3 波浪力的抵消效应
估算平台或者船舶运动的幅值时，固有或谐摇周期、阻尼等 级和波浪激励等级都是非常重要的参数。如果结构物受到的激励 摇荡周期在谐摇周期附近，就容易发生相对较大的运动。然而， 如果阻尼较大或激励等级由于抵消效应而相对较小，谐摇周期的 响应与其他周期的响应就很难区分。
自由漂浮的物体，比如船舶或半潜平台的非耦合纵摇 固有周期可以写成：
式中：r55 是绕一通过重心且平行于y轴轴线的纵摇回 转半径； A55 是纵摇附连质量矩；GM 是纵稳性高。船 L 舶的 r55 可以近似为船长的0.25倍。船舶的 Tn5 与 Tn3 同一 量级。
横摇的非耦合固有周期:
式中：r 是绕一通过重心且与x轴平行的轴线的横摇 44 惯性半径； A44 是横摇附连质量矩；GM T 是横稳性高。船舶 的 r 通常是船宽的0.35倍。横稳性高取决于装载状况。船 44 舶设计规范要求横摇的固有周期大于lOs。如此在轻微或中 等海况下横摇就不再成为一个问题。对固有周期影响最大 的参数是稳性高。小型捕鱼船典型的通常为4～6s，传统的 商船为8～12s，而特殊的重型起重船则上升至20～25s。半 潜平台 Tn 4 的范围是30～35s。Tn 4 在很大程度上依赖稳性 要求以及船舶建造时对破舱稳性的考虑。
浮式平台总体性能课复习提纲 马山老师课堂笔记总结
10、掌握海浪谱矩的概念，了解采用海浪谱矩表示海浪的一些特 征周期。 11、了解海风随时间脉动和随空间高度变化的时空特征。 风随时间的脉动：根据对风的大量实测资料分析发现，自然界 的风速并非恒定不变，而是时大时小，总是围绕某个平均值在上 下发生脉动的、不稳定的变化，而风的强度与脉动频率有关。 风随空间：海面上风的运动形式与粗糙平板上的湍流非常相近，
R ( ) E (t ) (t )
式中：E 为数学期望。过程ζ(t)是平稳的，自相关函数只取决 于τ。它是通过ζ(t)和ζ(t+τ)的时间平均得出的。
1 R ( ) T
变换关系。
0
T
0
(t ) (t )dt
2
平稳过程的谱是其相关函数的傅立叶变换， 按此可以得到两者的
x p 1 y b z b
可以知道浮体上任一点的运动位移（在平动坐标系下）可以表示 为：
y p 2 xb z b
z p 3 x b y b
7
3、假设海面上波浪为微幅波，浮体在波浪中运动六个自由度位 移为小量。浮体运动方程中的水动力载荷可以做何种分解？ 假设海面上波浪为微幅波， 浮体在波浪中运动六个自由度位移为 小量。这样可以针对浮体在波浪中受到的水动力进行线性近似。 波浪中浮体的运动可以理解为浮体在静水中的运动受力和浮体 在波浪中约束不动时力的叠加。
5
2 v*2 CdVm
式中： Cd 为摩擦系数， Vm 为参考平均速度（通常为
硬，其抗压强度比纯水冰低，约为纯水冰的 3／4 大小，而多年 冰的盐分经过排析后降低了盐度，使其强度和刚度又比单年冰 高。
14、海冰的破坏形式有哪些？
海冰的破坏形式： 海冰在与海洋结构物相互作用时总是要设计成 海冰先遭到破坏，所以海冰的强度极限是海冰研究的重点，它的 大小与海冰的破坏形式相关。 据观测，海冰与结构物相互作用中的破坏形式有挤压破 坏、剪切破坏、弯曲破坏、压曲破坏、损伤、断裂扩展等不同形 式，与海冰自身的物理力学特性有关，同时与海洋工程结构物的 结构形式与构件布置也有关。
浮式平台总体性能课件
浮式平台的载荷能力
承载能力
载荷稳定性
浮式平台的载荷能力是指其能够承载 的最大重量，包括设备Fra bibliotek人员和货物 等。
在承载一定重量的情况下，浮式平台 应能保持稳定，避免因过载而导致结 构损坏或翻沉等事故。
载荷分布
浮式平台的载荷能力还与其上搭载的 设备和载荷分布有关，合理的载荷分 布有助于提高平台的承载能力。
与
建造的全过程进行严格的
装
质量控制和管理。
配
制定详细的建造工艺流
无 损
程和规范，确保各工序
检
的施工质量。
测
对平台结构进行无损检 测，确保平台结构的完
整性和安全性。
质量 保证 与质 量控
制
04 浮式平台的操作与维护
浮式平台的操作规程与注意事项
启动前检查
确保平台各部件正常，无安全隐患。
操作步骤
按照规定的操作流程进行启动、运行 和停机。
02 浮式平台的性能指标
浮式平台的稳定性
稳定性
01
浮式平台的稳定性是其重要的性能指标之一，主要指平台在各
种环境条件下的平衡能力和保持稳定姿态的能力。
环境适应性
02
浮式平台应能在不同风、浪、流等环境条件下保持稳定，以保
证其正常工作。
载荷分布
03
浮式平台的稳定性还与其上搭载的设备和载荷分布有关，合理
平台性能分析
对平台的运动性能、稳性、承载 能力和作业效率进行分析和评估 。
浮式平台的材料选择与结构优化
总结词 选择合适的材料和进行结构优化 是提高浮式平台性能的关键。
防腐与防海洋生物附着 采取有效的防腐和防海洋生物附 着措施，以延长平台使用寿命。
【实用】浮式平台总体性能PPT文档
4.2.1 Maruo公式计算浮体水平平均波浪漂移力
Maruo(1960)利用式（）导出了一个十分有用的公式，用以 计算规则深水入射波作用在二维物体上的漂移力。物体可以是固 定的或绕某一平衡位置自由漂浮振荡。没有水流，物体也没有等 速运动。
波幅为 a 的入射波速度势可写作：
0g aekzcos(tky)
示。
Maruo(1960)还推导出一个与式(4.20)相似的公式，用于计 算在无海流情况下入射规则波作用在三维结构物上的漂移力。 该式可以写作：
F14g20A2()(coscos)d F24g20A2()(sinsin)d
（） （）
式中： 为相对于x轴的波浪传播方向；A() / r1 2 是由物体产生的 波浪在远离物体水平径向距离 r(x2y2)12 处的波幅。这些波浪是辐 射波和绕射波的总合，其中辐射波是由物体六自由度振荡产生的， 绕射波是由物体受约束限制振荡而受到入射波的作用产生的。
利用向量代数和广义的Gauss定理，体积积分可以变换为面 积分。经推导，可以得到：
d d M t S[( pgz)nV(V nU n)]ds
式中：Vn n为S表面上流体速度的法向分量。
（）
Un
图 4.5 用于估算平均波浪载荷的控制面和说明控制面法向速度 与流体法向速度的关系
作用在物体上的力 F(F1,F2,F3)为 SB p n d s
产生的。
最终结果为： 这样规则深水入射波作用在二维物体上的漂移力可以写为：
1 Maruo公式计算浮体水平平均波浪漂移力
Maruo公式中假定通过 的平均能量通量为零。
可以证明计算波浪对海洋结构物的平均载荷时不必求解
g （2）首摇力矩；
F [ AA] 1 Maruo公式计算浮体水平平均波浪漂移力
浮式平台性能
第一章概论1、浮式结构物的运动可分解为哪些类别？1）波频运动2）高频运动3）慢漂运动4）平均漂移。
2、摇荡刚体的六个自由度运动指哪些？摇荡刚体的平移运动指纵荡、横荡和垂荡，垂荡即垂向的运动。
摇荡的角运动指横摇、纵摇和首摇，其中首摇为绕垂向轴的转动。
船的纵荡是纵向的运动，而横摇为绕纵向轴的角运动。
3、波频运动的定义？波频运动主要是在有义波能范围内的线性激励运动。
波浪主要能量大致集中在3s-20s的范围内。
在这个范围内（特别是8s-16s内），波浪对浮式结构施加很大的载荷，浮式结构通过一个相同周期的运动作出响应，其幅值以几乎线性的方式与波幅相联系。
4、波频运动分析的线性水动力包括哪些？波激力、附连质量力、阻尼力、回复力和力矩5、船舶常见的总体运动问题有哪些？（1）垂向加速度和相对垂向运动。
加速度决定货物和设备上的载荷，对晕船也是一个很重要的原因。
相对垂同运动可以用来评估砰击和甲板上浪的可能性和引起的破坏（砰击为船体和水之间的碰撞）。
（2）横摇。
大幅横摇引起船舶进水，倾覆，对船舶安全至关重要。
（3）液舱晃荡。
液舱晃荡对于散货船、油矿组合船(OBO)、液化天然气(LNG)船以及在海上系船站装油的油轮都是一个问题。
砰击载荷影响局部构件强度；影响总体运动；影响总体结构载荷；（4）弯矩，剪力和扭矩（5）鞭振和弹振。
鞭振是由例如砰击等引起的船体梁的瞬态弹性振动。
弹振是由波浪引起的定常弹性振动，对大型海轮和大湖型船只特别重要。
（6）主动减速。
主动减速表明船长因严重砰击、甲板上浪或者大的加速度而降低速度。
（7）非主动减速。
是因波浪和风增加了船的阻力以及波浪引起推进器效率改变所造成的结果。
6、海洋结构物总体运动常见问题有哪些？（1）垂荡运动：对于平台钻井作业很重要，因为钻井立管的垂向运动需要被补偿，而运动补偿系统能够补偿多少是有限度的。
作为垂向运动标准的例子是垂向运动幅度须小于4米。
因此设计出低垂荡运动的结构物是很重要的。
第三章-浮式平台总体性能(1)
2 0
Z<0的流场域内
Z=0自由面上
gz 2 0
n0 f j
f j nj
f 7 I n0
j 1,2,37
j 1,2 6
在平均船体湿表面上。
lim R ( ik ) 0 R R
萨默费尔德(Sommerfeld)形式写出辐射条件。
引进广义法矢量 (n1, n2 , n3 ) (n0 x , n0 y , n0 z )
n4 xb n0 x yb n0 z zb n0 y n5 yb n0 y zb n0 x xb n0 z n z n x n y n b 0x 6 b 0z b 0 y
由于线性化可以对各个单元波分开进行分析，响 应类型可以是浮式结构物的垂荡和纵摇。通常把稳 态的响应写成如下的形式：
H ( j )是幅值传递函数，代表每单位波幅引起的响应幅
值；
( j ) 是相频传递函数，代表结构物响应时历相对于参
考点波面起伏的相位差。两者都是频率的函数。 获得了每一个单元波响应后，不规则波中响应叠 加可写为：
其中×表示矢积。
1i 2 j 3k
4i 5 j 6k
rb xbi yb j zb k
i, j , k 分别为 x, y, z 轴上的单位向量。
由此得：
d (1 zb5 yb6 )i (2 zb4 xb6 ) j (3 yb4 xb5 )k
随着浮体振荡运动，浮体上任一点的空间位置在平动 坐标系下可以写为：
op rb rb
§2 —3 浮动平台的稳定性和摇摆性
§2 —3 浮动平台的稳定性和摇摆性一. 浮动平台的静水力要素 1. 重量所有部分重量之和为平台的总重量∑==ni iW W 12. 重心WXW X ni GiiG∑==1WWYY ni GiG∑==1WWZZ ni iG G∑==1要支撑一个物体，支撑力的方向必须通过该物体的重心。
否则支撑．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．不住。
．．．3. 重心高度：重心应在Z —X 平面上；重心高度指重心G Z 坐标。
4. 浮体一个物体，一部分在液面以上，一部分在液面以下，完全靠液体支撑，称为浮体潜体：物体在完全液面以下，完全靠液体支撑；或同时受到液体和固体支撑，但与固体支撑物的接触面积可以忽略。
吊浸体：一部分在液面以上，一部分在液面以下，同时受到液体和固体支撑，但与液面以下的固体支撑物的接触面积可以忽略。
（钻柱在井内） 5．浮力浮体在液体中要受到液体的浮力浮力大小：阿基米德原理——浮体受到的浮力等于浮体排开液体的重量排开液体体积海水比重浮力VF ⋅=ρ浮力的作用线必然通过浮体的重心 6．浮心浮力的作用点为浮心，位置在排开液体体积的形心 7.浮轴正浮状态下浮心与重心的连线称为浮轴， 浮体的浮心和重心在一条铅垂线上时，称为正浮状态；8.水线，浮面，漂心浮体与水面的交线，称为水线； 水线围成的面积，称为浮面； 浮面的形心，称为漂心。
如浮面由多个小浮面组成 则∑==ni iSS 1漂心坐标：SXS X ni iiS∑==1；SYS Y ni iiS∑==1；计算浮面的用处：吃水深度增加z ∆，吃水量增加wZ S Wγ⋅∆⋅=∆9.排水量排开液体的重量，与浮力相等平台上载重↑→总重量↑→排水量↑→吃水深度↑→浮力↑ 吃水深度不同→浮力不同→浮心位置就会不同 10.储备浮力吃水线至水密甲板的距离，称为干舷高度；干舷高度所处平台体积的排水量，称为储备浮力。
储备浮力起安全系数作用，在实际操作中不能动用 二. 钻井平台有关稳定的概念()()⎩⎨⎧否则无法活不能翻船否则无法干不能倾侧过大稳定 1.两种倾侧：浮轴绕X 轴倾侧，称为横倾 ； 浮轴绕Y 轴倾侧，称为纵倾 ；2.六种运动：三种直线运动：进退，横漂，升沉；三种绕轴运动：横摇，纵摇，平摇；3.三种稳性：(1)静稳性在静力作用下平台的稳性称为静稳性静力：作用力是从零逐渐增大到某个值，或从某个值逐渐减小到零。
浮式平台性能
浮式平台性能第⼀章概论1、浮式结构物的运动可分解为哪些类别？1）波频运动2）⾼频运动3）慢漂运动4）平均漂移。
2、摇荡刚体的六个⾃由度运动指哪些？摇荡刚体的平移运动指纵荡、横荡和垂荡，垂荡即垂向的运动。
摇荡的⾓运动指横摇、纵摇和⾸摇，其中⾸摇为绕垂向轴的转动。
船的纵荡是纵向的运动，⽽横摇为绕纵向轴的⾓运动。
3、波频运动的定义？波频运动主要是在有义波能范围内的线性激励运动。
波浪主要能量⼤致集中在3s-20s的范围内。
在这个范围内（特别是8s-16s 内），波浪对浮式结构施加很⼤的载荷，浮式结构通过⼀个相同周期的运动作出响应，其幅值以⼏乎线性的⽅式与波幅相联系。
4、波频运动分析的线性⽔动⼒包括哪些？波激⼒、附连质量⼒、阻尼⼒、回复⼒和⼒矩5、船舶常见的总体运动问题有哪些？（1）垂向加速度和相对垂向运动。
加速度决定货物和设备上的载荷，对晕船也是⼀个很重要的原因。
相对垂同运动可以⽤来评估砰击和甲板上浪的可能性和引起的破坏（砰击为船体和⽔之间的碰撞）。
（2）横摇。
⼤幅横摇引起船舶进⽔，倾覆，对船舶安全⾄关重要。
（3）液舱晃荡。
液舱晃荡对于散货船、油矿组合船(OBO)、液化天然⽓(LNG)船以及在海上系船站装油的油轮都是⼀个问题。
砰击载荷影响局部构件强度；影响总体运动；影响总体结构载荷；（4）弯矩，剪⼒和扭矩（5）鞭振和弹振。
鞭振是由例如砰击等引起的船体梁的瞬态弹性振动。
弹振是由波浪引起的定常弹性振动，对⼤型海轮和⼤湖型船只特别重要。
（6）主动减速。
主动减速表明船长因严重砰击、甲板上浪或者⼤的加速度⽽降低速度。
（7）⾮主动减速。
是因波浪和风增加了船的阻⼒以及波浪引起推进器效率改变所造成的结果。
6、海洋结构物总体运动常见问题有哪些？（1）垂荡运动：对于平台钻井作业很重要，因为钻井⽴管的垂向运动需要被补偿，⽽运动补偿系统能够补偿多少是有限度的。
作为垂向运动标准的例⼦是垂向运动幅度须⼩于4⽶。
因此设计出低垂荡运动的结构物是很重要的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
切片理论和A55的定义可以得到纵摇附连质量A55，即研究半潜式
平台的强迫纵摇及其引发的纵摇矩。
由于强迫纵摇的影响，长度为dx的切片将会产生垂向加速
度
••
x 5
。从而在该切片上产生一个垂向力
A332
D
••
x 5
，这个力绕通
过重心并平行于y轴的轴线会产生一个纵摇矩。整个浮筒产生的纵
摇矩：
L/2
2
x2
A3 2 D
2 sin kL / 2sint
k
AW 2
g aekzt 2sin t cos kx1
5.9106 sint N
令：3 3a sin t ，可得半潜式平台重心的垂荡运动
3 0.2sint m
半潜式平台的纵摇为：
I5
A55
d 25
dt 2
C555
F5
t
设纵摇惯性矩I5等于A55，尽管这种情况通常并不成立。由
后两项为立柱上的水平力产生的波激纵摇矩分量 。如果忽略后两项：
将 5 5a sin t代入纵摇运动方程：
练习
设一艘驳船为一长、宽和吃水分别为L=200m，B=30m以 及D=15m的长方盒形浮体。假定驳船质量密度为定值，且 驳船前进速度为零,驳船重心垂向位置与浮心垂向位置重 合。有一规则正弦波沿x轴负向传播，其波长和波高分别 为300m和20m。定义入射波速度势：
••
dx 5
L/2
下面讨论立柱的影响。任一立柱上一段长为dz的切片
在作强迫纵摇运动时，其水平加速度为
z
••
10 5
，从而
产生水平力
A112D
••
z 10 5
，该力绕y轴的纵摇力矩
式中： A112D 102 / 4，长度的单位是米。
A55 4.11010 kg s2
C55来源于流体静力，即： 波激纵摇矩：
/
2
1
1
kzm
n
2
表示垂荡固有频率。
（4）
当 n 时，垂荡运动无限大，这种情况在实际中是不 存在的，主要是因为忽略粘性影响而造成的。
当
n 1 zm n2 / g
1/ 2
时，
可以得到垂荡在理论上为零时的最大周期。
3 a
sin tekzm
cos
kB
/
2
1
1
kzm
升高为 a sin t ，由于k(zt zm) 的值实际较小，可以将式近 似为：
F3t a sintekzm cos kB / 2 gAW 2 M A33 2 AW zm （3
由平台垂荡运动n tekzm cos kB
1/ 2
n
gAw
M A33
图3.20半潜式平台（单位为米，G为重心）
解：忽略纵荡的耦合效应。由于平台水下部分是 对称的，可知耦合项A35，A53，C35和C53均为零。半 潜式平台重心的垂荡方程可以写为：
M A33
d 22
dt 2
C333
F3
由切片理论可知： A33 2LA332D
量。式设中A：332LD为 长等于度2；.A33ρ32DA 为，一其个中A浮为筒浮上筒的的两横维截垂面荡积附。连从质而
船体主尺度和坐标系示意图
(a) 假设入射波长相对于驳船切片尺度大很多，不考虑
垂直于x轴的船体切片周围二维辐射流兴波阻尼效应。定义
驳船切片垂荡附加质量为
A2D 33
，不考虑驳船沿x轴纵荡运动
，推导驳船垂荡运动和纵摇运动诱导的附加质量水动力系
数
， ，A A33
A53
35
，A55
表达形式，说明垂荡和纵摇运动间无惯
有:
M A33 2LA zt AW 2 2.3 AL 7.59107 kg
回复力系数:
C33 gAW 3.16106 kg s2
由切片理论得到的垂向激励力:
L/2
F3 2
L/2
A 2.3 A
a3dx
pA
AW 2
PB
AW 2
右边第一项表示假定无立柱时两个浮筒上的垂向 力，后面两项是对立柱作用的修正。
dF33 A323D3
性水动力耦合。
推导驳船静水恢复力系数C33 ，C53 ，C35 ，C55 ，说明垂荡 和纵摇运动间无静水力耦合。
写出驳船迎浪规则波中垂荡和纵摇运动方程，说明两者间 运动无耦合。
设驳船重心处垂荡位移为 3(t) ，纵摇位移为5(t) ，分别 考虑垂荡运动和纵摇运动微幅摇荡引起的辐射水动力。
在垂荡运动模式下，切片受到的垂向辐射水动力可以考虑为：
n
2
（4
式(4)表明在惯性力
范围内，横浪时的垂荡
响应主要是无量纲的参
数 / 和 n n2 zm / g 的函数 （见图3.19）。通过简
化了的式(4)，可以选择
在极限海况下垂荡运动
最小的平台主尺度。
在实际的半潜平台设计中，通常希望垂荡周期在
20s以上，从而避免波激垂荡谐摇。B和 AW 随稳性和
装载量的要求决定。因此，在给定 n 条件下，唯一
能够影响垂荡响应的参数只有吃水 zm 。不同的浮筒 几何形状将会改变 A33 和 n 。
5.2 半潜式平台迎浪时的垂荡和纵摇
图3.20显示一座具有长方体浮筒和圆柱形立柱的半潜式 平台。单位是米。平台系泊在深海。假设系泊系统对运动无 影响，并忽略阻尼的作用。周期为10s、波幅为1m的规则正 弦波沿x轴负向传播。计算平台重心G处的垂荡和纵摇。
入射波浪势:
g a ekz cos t kx
则有:
a3 2aekzm sin t kx
式中zm=-18.5m。F3表达式的最后两项中：
pA
g aekzt
sin t
kx1,
pB
g
ekzt
a
sin t
kx2
式中：zt=-15m,x1=-37.5m, x2=37.5m。因此
F3
6.6 A2 aekzm
第三章 线性波浪对浮式结构物的诱导运动
5、 半潜式平台的垂荡运动 5.1 半潜式平台横浪下的垂荡运动 5.2 半潜式平台迎浪时的垂荡和纵摇
5.1 半潜式平台横浪下的垂荡运动
分析由两个在浮箱上装有立柱的浮筒组成的半潜式 平台。平台前后对称并在深水中运动。研究横浪时的垂荡 运动。在惯性力范围内的无阻尼运动公式为：
M
A33
d 23
dt 2
gAW3
F3
t
（1）
按照与TLP同样的分析可以得出
F3
t
g a
sin tekzm
cos kB
/
2
AW
e
k
zt
zm
k
VP
A33
（2）
式中：AW 是半潜平台的水线面积；zt 和 zm分别为浮
筒顶部和形心的纵坐标；B为浮筒中心面间的距离；VP 是整 个浮筒的体积。推导该式时，假设平台中心处的自由液面