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
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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

spar platform ppt的讲稿

国外历史：1961年，北海海域建造的一座浮动式工具平台，主要用于海洋研究工作。

20世纪70年代，北海的中等水深中建造了一座Brent spar平台，用作石油的储藏和装卸中心1987 年, Edward E. Horton 设计了一种专用于深海钻探和采油工作的Spar 平台, 并以此申请了技术专利, 之后, Spar 平台才开始正式应用于海上采油领域.1998年9月，世界上第一座spar平台Neptune spar海王星就经历了两次台风的考验，其中最大的一次乔治台风引起的巨浪高达9.75m，稳定风速为78kn。

结果，在台风中平台运动响应的实际记录比事先预计的响应还要稍小一些，整个平台安然无恙，表现出了很好的安全性。

国内现状2010年10月15日，由中船重工民船研发中心牵头，中国船舶重工集团公司第七0二研究所、中国石油集团海洋工程有限公司、天津大学和上海交通大学参研的高技术船舶科研计划“立柱式生产平台(SPAR)关键设计技术研究”项目顺利通过了工业和信息化部装备工业司组织的研制任务书评审。

Spar种类海王星是世界上第一座spar平台。

其建造后显示了良好的性能，后续又建造了创世纪和戴安娜 spar。

创世纪 Genesis Spar 安装了一座钻探深度可达7 620 m 的全装钻塔, 具备自行钻探的能力, 是世界上第1 座钻探和采油Spar 平台Classic spar的缺点：Classic spar的中段很长，半径也很大，建造时要消耗大量的钢材。

减少了有效载荷，其主要作用仅仅是控制结构载荷以及保护立管，经济性较差。

为了克服这些缺点, 人们设计出了新型的Truss Spar。

Truss Spar 的主要特点是中段为X 型空间梁桁架结构, 与传统的导管架相似。

用桁架代替中段的圆柱可降低钢材重量, 这对于像Spar 这样的浮式平台是极其重要的。

另外, 这种结构可显著地减少海流载荷, 降低系泊张力。

由于桁架都是空心的，在平时的使用中也可以提供浮力。

海上风机半潜式基础概念设计与水动力性能分析

海上风机半潜式基础概念设计与水动力性能分析唐友刚;桂龙;曹菡;秦尧【摘要】The semi-submersible floating foundation was conceptually designed to support a generic 5 MW wind turbine that has a large response to hydrodynamics.The motion responses and survivability of the floating foundation were ana-lyzed under different wind and wave environments.The structure system of wind turbine and the hydrodynamic model were established using loads of blade aerodynamics, loads of wind and wave, and coupled floating foundation and moor-ing system.The blade aerodynamic load was obtained by the blade element momentum theory and the load transfer func-tion was calculated in the frequency domain.The dynamic responses in the time domain was calculated under different wind and wave circumstances for the wind turbine of the floating foundation.The survivability of the semi-submersible floating foundation under extreme sea conditions was assessed.It is shown that the motion performance of the semi-sub-mersible floating foundation isgood.Furthermore, under extreme sea states the safety factor of each mooring line was seen as being above 1.67.The safety factor of all of the other lines was above 1.33, which included one line broken.It is proven that the floating foundation and its mooring system have enough capacity of resisting extreme sea state.%针对5 MW海上风机动力响应较大的问题，提出了半潜型浮式基础的概念设计，研究了半潜式浮式基础在不同风浪环境下的运动响应和生存能力。

spar平台

小平台是生产和生活的中心，一般分为二层或三层的模块结构，甲板形状为矩形。

各个甲板之间用立柱和斜撑结构连接固定。

平台主体顶部装有立柱基座，与主体的垂直防水壁形成一个整体，平台上体的主支撑立柱直接与立柱基座对接，并贯入主体内部以便达到较好的固定效果。

生产和生活设施基本上按照传统平台的甲板布局方式布置，根据设计要求，可在顶层甲板上安装重型或轻型钻塔，以完成平台钻探、完井和修井作业。

主体：1.Classic spar：是一个在水中垂直悬浮的圆柱体，整体直径较大，主体尺度一般都在100m以上，重心位于水线面以下很深的位置。

庞大的主体内部采用垂直隔水舱壁和水平甲板分隔成多层多舱结构，并具有各自的功能。

分为：硬舱、中段和软舱。

硬舱：主体顶甲板至可变压载舱底部之间的部分称为硬舱。

z硬舱位于主体的上部，是整个spar平台系统的主要浮力来源。

这部分中的舱室分为固定浮舱和可变压载舱。

z在靠近水线面处的浮舱外层还布置有双层防水壁结构，在平台撞击损坏时能够起到保护浮舱的屏障作用。

中段(midsection)：可变压载舱底部至临时浮舱顶甲板之间的部分称为中段。

其功能是刚性连接spar平台主体硬舱和软舱，并且保护中央井中的立管系统不受海流力的影响。

z中段部分最主要的两个结构是外壳体和内壳体，外壳体位于主体的最外侧，负责保护主体内的舱室，贯穿整个中段部分，这就是平台的储油舱。

z另外，spar平台的系泊索与平台主体的连接点也位于中段，中段的主体外侧装有定滑轮结构的导缆器。

软舱(soft tanks)Spar平台主体在中段以下的部分称为软舱。

Spar平台的压载大部分由软舱提供。

软舱中的舱室分为固定压载舱和临时浮舱。

Truss spar桁架结构：z是一个类似于导管架(jacket)结构的空间钢架，同传统Spar的金属圆柱中部结构相比，可以节省50％的刚才。

z通常由无内倾立腿，水平撑杆，斜杆和垂荡板(Heave plate)组成。

桁架中的管状部件在整个Spar的使用过程中均产生浮力。

基于正交设计和CFD模拟的Spar平台螺旋侧板水动力优化设计研究

ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｒａｎｇｅ；ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｖａｒｉａｎｃｅ；ＶＩＭ（ｖｏｒｔｅｘ－ｉｎｄｕｃｅｄｍｏｔｉｏｎ）
１引言
随着陆地和近海大陆架石油资源的逐步枯竭，深水石油与天然气资源的开发已成为常规能源攫取的重点。Ｓｐａｒ平台是一种浮式结构物，比传统的固定式平台更能适应深水海洋工程的需求。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｈｅｌｉｃａｌｓｔｒａｋｅｏｎＳｐａｒｐｌａｔｆｏｒｍｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｏｒ．
ｈｅｌｉｃａｌｓｔｒａｋｅ．ＡｍｅｔｈｏｄｏｆｏｐｔｉｍａｌｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｈｅｌｉｃａｌｓｔｒａｋｅｏｎＳｐａｒｐｌａｔｆｏｒｍｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅｌｉｃａｌｓｔｒａｋｅｏｎＳｐａｒｐｌａｔｆｏｒｍ；ｏｒｔｈｏｇｏｎｌａｄｅｓｉｇｎ；ｎｕｍｅｉｒｃｌａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；
ｒａｎｇｅ’ａｎｄ ‘ ａｎｌｙａｓｉｓｏｆｖａｉａｒｎｃｅ’ｍｅｔｈｏｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅＶＩＭｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｅｆｆｅｃｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆ

Spar平台垂荡板强迫振动水动力特性试验研究

ｗｉｔａｉｎｄｅｓａｅｏｙｒｄｎｍｉｈｒｃｅｉｔｃｆｈａｅｐａｅｗｅｅｓｕｉｄａｄｄｈｒｔｏａｄｅｇｈｐｎｈｄｏｙａｃｃａａｔｒｓｉｓｏｅｖｌｔｒｔｄｅｎ
ｄｓｕｓｄＩｓｆｕｄｔａｈｈｃｎｓ－ｏｗｉｔａｉａｅａｇｅｔｉａｔｏｙｒｄｎｍ— ｉｃｓｅ．ｔｗａｏｎｈｔｔｅｔｉｋｅｓｔ－ｄｈｒｔｏｈｖｒａｍｐｃｎｈｄｏｙａ
ｔｏｅｈｄＴｈｆｅｔｆｔｅｏｃｌｔｏｍｐｉｕｅｉｎｍｔｏ．ｅｅｆｃｓｏｈｓｉａｉｎａｌｄ，ｏｃｌｔｏｒｑｅｃｌｔｓｉａｉｎｆｅｕｎｙ，ｔｉｋｅｓｔ — ｌｈｃｎｓ — ｏ
尼系数进行了研究，不同板厚板宽比和不同边缘形状垂荡板的水动力特性进行了比较分析．果表明板厚板对结
宽比对垂荡板水动力性能影响较大，板的边缘形状对其影响很小。三块垂荡板的多板试验结果与单板试验而
中图分类号：Ｐ５７２文献标识码：Ａ
ＥｘｒｍｅａｎＶｓｉａｉｎｆＨｙｒｄｎｍｉｐｅｉｎｔｌＩｅｔｇｔＯｓｏｄｏｙａｃＣｈａａｔｒｓｉｓｏｈａｅｒｃｅｉｔｃｆｔｅＨｅｖ
ＰｌｔｓｏｐａａｆｒｉｒｅｃｌａｉｎａｅｆＳｒＰｌｔｏｍＵｓｎｇＦｏｃｄＯｓｉｌｔｏ

SPAR平台张紧式与半张紧式系泊性能比较

赵战华[8]对一艘工作水深为 1 500 m 的半潜式海洋平台的张紧式系泊系统进行研究，结果表明该平台的纵荡、横荡和系泊线张力都要比采用半张紧式系泊系统时明显小，但随着锚泊角的增大，垂向力增大的同时，平台的垂荡效应加剧。WANG 等[9]对浅水中浮式生产储油卸油装置（Floating Production Storage and Offloading，FPSO）的悬链式系泊系统和张紧式系泊系统进行研究，对比采用 2 种系泊系统的 FPSO 水平位移和回复力，结果表明张紧式系泊系统的性能更优、经济效益更好。
Key words: SPAR platform; semi-tensioned mooring; tensioned mooring; scheme comparison
0引言
海洋平台的定位方式主要有系泊系统定位、动力定位及动力定位+系泊组合定位等 3 种，其中系泊系统定位因结构简单、价格优良而得到广泛应用[1]。系泊系统作为海洋结构物在作业时用到的定位装置，对
Abstract: This study focuses on the tensioned and semi-tensioned mooring systems used for the operation of SPAR platform. The dynamic response characteristics, forces and displacements of the two mooring systems are compared under the same initial vertical force conditions. The result shows that the tensioned mooring system performs better than the semi-tensioned one in terms of displacement and drift motion control.

深海SPAR平台系泊系统耦合动力分析

深海SPAR平台系泊系统耦合动力分析海洋技术第29卷1引言Spar 平台能够很好地满足深度为500～3000m 水域中石油的生产和储存，特别适合深海石油的开采。

已经逐渐变成最具有吸引力和发展潜力的平台形式之一，被很多石油公司列为新一代的海洋石油开采平台。

由于浮体所受的载荷不仅仅来自于海洋环境条件，还受到来自系泊锚链以及立管的力；系泊系统的锚链和立管也不仅受到海洋环境作用力，同样受到由于浮体运动而带来的载荷。

这样，分析浮体或者是系泊系统的动力响应问题时，就不能仅考虑浮体本身或者锚链、立管本身的运动或是受力，还要同时考虑到浮体与锚链、立管的相互作用和影响，即要考虑浮体与系泊系统之间的耦合作用。

美国德州农工大学（A&M ）在世界海洋工程领域一直走在前列。

从20世纪80年代开始，Moo H.KIM 等人就开始从事浮式平台的系泊研究，并开发了浮式平台和缆索、立管耦合分析软件WINPOST ，以及同Offshore Dynamics,Inc.公司联合开发了商业化浮体耦合分析软件HARP 。

Ran ，Z.[1]在2000年对SPAR 和TLP 平台的系泊系统进行了耦合分析，研究了不同形式的SPAR 平台的动力响应并对影响平台动力性能的关键参数进行了研究。

Acrandra [2]在2001年对深海人工聚酯缆绳系泊的浮式平台进行了静力和动力响应研究，考虑聚酯缆的非线性应力应变关系以及几何非线性，并通过对聚酯缆系泊的FPSO 、TLP 和浮筒的动力响应分析验证了程序的有效性。

YOUNG-BOK KIM [3]在2003年对多浮体系泊系统耦合进行了研究，重点讨论了多浮体的水动力影响和多体耦合分析方法，并通过实例研究指出记入多体水动力影响对多浮体系泊系统分析的重要性。

Ormberg 等人[4～6]也做了很多关于深海浮式平台系泊系统耦合计算的研究。

国内船舶和海洋工程界学者对深海浮式结构的系泊也进行了许多研究[7-12]，但大都忽略了系泊系统的三维效应和系泊系统的动力特性，或是忽略了系泊系统的时变特性以及缆索的大变形效应。

垂荡板对浮式风力机Spar平台的动态响应的影响

垂荡板对浮式风力机Spar平台的动态响应的影响周红杰;李春;丁勤卫;郝文星;叶舟【摘要】为探究垂荡板对漂浮式风力机Spar平台动态响应的影响,利用风压模型模拟风力机风轮的气动载荷,基于势流理论的三维辐射/绕射方法计算波浪载荷,忽略海流沿水深的速度变化且认为海上结构的作用力只由拖曳力组成,建立基于OC3-Hywind Spar Buoy平台的NREL 5 MW浮式风力机整机模型,应用数值计算方法对附有不同数目和不同厚度垂荡板的漂浮式风力机Spar平台进行动态响应分析,得出结构运动的幅频特性.结果表明:随着垂荡板数目的增多,Spar平台的动态响应就越小,附加质量就越大,但其动态响应并未按着线性关系减小,虽有降低平台动态的效果但不明显;随着板厚的增加,整体结构的附加质量也随之增大,纵荡RAO和纵摇RAO减小;垂荡运动响应随着板厚度的增加而减弱,然而在板厚度增加到0.4 m时,整体结构的纵荡和纵摇响应反而会增加.【期刊名称】《能源工程》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】8页(P23-29,37)【关键词】漂浮式风力机;动态响应;Spar平台;垂荡板【作者】周红杰;李春;丁勤卫;郝文星;叶舟【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海市动力工程多相流动与传热重点实验室,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093;上海市动力工程多相流动与传热重点实验室,上海200093【正文语种】中文【中图分类】TK83在煤、石油等常规化石能源日益短缺的当今，风能由于其安全、无污染和可再生等特点逐渐成为世界各国关注的焦点[1]。

与陆地上的风能相比，海上风能具有储量大和不占用土地等优点[2-4]。

因此，“由陆地向海洋、由浅海向深海、由固定基础向漂浮式平台”是未来风电场建设的必然趋势[5]。

半潜式海洋平台水动力性能分析

第18卷第9期中国水运Vol.18No.92018年9月China Water Transport September 2018收稿日期：2018-05-25作者简介：严琦（1990-），女，江苏科技大学苏州理工学院老师，助教，研究方向为船舶与海洋结构物设计制造。

半潜式海洋平台水动力性能分析严琦1，郭建廷2，杨弘炜1，袁亚帅1，杜钦1（1.江苏科技大学苏州理工学院船舶与建筑工程学院，江苏张家港215600；2.江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江212003）摘要：本文以一艘半潜式海洋平台为研究对象，利用AQWA 研究平台在规则波中的频域水动力。

结果表明，平台横荡的附加质量和附加阻尼对平台的幅值响应影响较大，在高频区域内，幅值响应算子（RAO）的变化幅度较小。

关键词：半潜式平台；Workbench；频域水动力中图分类号：O352文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2018）09-0157-03引言半潜式海洋平台又称为立柱稳定式平台（Stable Column Platform），是一种常见的浮式海洋平台类型[1]。

该平台是一种深水作业平台，适用水深广，随着海洋开发事业的发展，该种平台也得到了迅速的发展。

由于半潜式平台需要长期在某一海域进行服役，考虑到多变的海洋环境和极端海况，所以需要对半潜式平台在危险工况条件下的水动力性能等多方面进行分析。

本文中采用了三维势流理论，结合AQWA 仿真软件对半潜式海洋平台在某种工作海况下的水动力性能进行了分析、研究。

本文中，频域水动力分析应该包括：附加质量、附加阻尼、半潜式海洋平台六个自由度的运动响应（RAO）、一阶波浪力和二阶定常波浪载荷等。

一、模型建立以及入射波设置本文主要的研究的是半潜式海洋平台，该种平台由上体、四根中间柱体，两个浮箱和中间连接组成。

平台主要参数如表1所示。

平台在规则波中的模拟效果图如图1所示。

表1半潜式海洋平台主要参数参数半潜式平台（SEMI）长度（m）76.7宽度（m）61.1吃水（m）16排水量（t）21405图1平台在规则波中的模拟效果图本文中，作用在半潜式平台上的规则波分别取0、45、90°的入射角，计算平台在1,000m 的工作水深下，6个自由度方向上的水动力性能。

浮式海洋平台结构运动耦合分析

江苏科技大学硕士学位论文浮式海洋平台结构运动耦合分析姓名：元志明申请学位级别：硕士专业：船舶与海洋结构物设计制造指导教师：嵇春艳2011-03-07江苏科技大学工学硕士学位论文摘要系泊系统是浮式海洋平台结构的重要组成部分，正确分析浮式系泊系统的动态响应是浮式系泊系统设计的关键技术，因此，浮式结构运动耦合分析具有重要的理论研究以及工程应用价值。

本文采用完全时域耦合方法，针对典型半潜式海洋平台结构及系泊系统的运动进行全耦合分析，获得平台及系泊系统的动力响应特性，比较了采用全耦合分析方法与半耦合分析方法以及非耦合分析方法对半潜式平台结构运动性能预报结果的差异，论证了采用完全时域耦合分析的优越性。

在此基础上，提出了一种集悬链线系泊系统和张紧式系泊系统优势的新型系泊系统—悬链与张紧结合式新型系泊系统，通过一半潜式平台数值算例，分析了在相同条件下，采用新型系泊系统时的平台结构主体、系泊系统的水动力学性能，同时讨论了不同工作水深对新型系泊系统的影响。

本论文主要研究内容包括：1.浮式平台主体结构水动力性能研究。

在一阶线性波理论和二阶非线性波浪理论的基础上，基于三维频域GREEN函数法计算了浮体的辐射势及其绕射势，得到了作用在浮体上的波浪载荷。

同时，采用SESAM软件，对平台浮体进行了数值仿真，得到了平台的附加质量系数、附加阻尼系数以及频响函数。

2.浮式平台主体结构及系泊系统运动性能时域全耦合分析方法研究。

采用完全时域耦合方法，对半潜式平台浮体及系泊系统的运动性能进行了分析，比较了采用全耦合分析方法与半耦合分析方法以及非耦合分析方法对半潜式平台结构运动性能预报结果的差异，论证了采用完全时域耦合分析的优越性。

3.浮式平台新型锚泊系统概念设计及性能分析。

在分析当前浮式海洋结构物中普遍采用的悬链式和张紧式系泊系统的优缺点基础上，提出了一种介于这两种系泊系统之间的新型系泊系统—悬链与张紧结合式新型系泊系统，并对这一新型系泊系统进行了数值模拟，将其仿真结果与传统的张紧式系泊系统进行了比较，结果表明，该系统可以减小浮体的偏移量，改善平台的工作条件，降低系泊缆索的张力峰值，同时还兼具了悬链线系泊系统的特点，大大降低了对锚的抗拔性能的要求。

SPAR平台发展与趋势

国外SPAR平台发展现状与趋势研究综述摘要：近些年来，国外海洋油气资源开发的步伐已经逐步迈向深水，很多新型海洋平台被不断开发出来并投入深水钻井和采油作业，立柱式生产平台（SPAR）就是近年发展起来的应用于深水的浮式平台之一，国内对SPAR平台设计和关键技术的研究还处于起步阶段。

本文对国外现有17座SPAR平台的发展现状进行综述，对SPAR平台的发展、整体组成和主要特点进行了研究，介绍了SPAR平台的作业海域、作业水深、平台尺度等关键技术参数，对平台上部组块的功能和配置进行了对比分析。

通过分析明确了当前国外SPAR平台的发展现状与趋势，以期能够对国内相关项目的开展起到借鉴和指导作用。

关键词：立柱式生产平台；深水；上部组块；关键技术参数一、概述随着人类开发海洋的步伐逐渐迈向深海海域，很多新型的海洋平台被不断开发出来并投入深水钻井和采油作业，SPAR平台就是近年发展起来的应用于深海的浮式平台之一。

自20世纪90年代以来，SPAR平台被应用于人类开发深海油气资源作业中，担负了钻探、生产、海上原油处理、石油储藏和装卸等各种工作，被很多石油公司视为下一代深水平台的发展方向之一。

目前世界上常用的深水生产装备有FPSO、半潜式生产平台、SPAR、TLP等。

SPAR平台相较于其它深水浮式生产平台，具有稳性好，运动性能更优的特点。

SPAR是一种深吃水平台，因其重心位于浮心下方而具有恒稳性，恶劣海洋环境条件下安全性具有无可比拟的优势。

由于吃水深、水线面积小，SPAR 平台的垂荡运动比半潜式平台小，与张力腿平台相当，在系泊系统和主体浮力控制下，具有良好的运动特性，特别是垂荡运动和漂移小，适合于深水锚泊定位，对系泊系统和立管的相关技术要求相对较低，工程成本具有明显优势。

特别因其优秀的运动性能，使SPAR成为目前主要的适用深水干式井口作业的浮式平台，可大大降低运营周期内的维护费用，深受业主青睐，具有非常好的市场应用前景。

目前世界上建成的SPAR平台有三种类型，按出现的时间顺序分别是：传统型（Classic SPAR）、桁架型（Truss SPAR）、蜂巢型（Cell SPAR），如图1所示。

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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