深水导管架湿拖稳性及阻力计算分析

58卷增刊1 2017年11月

SHIPBUILDING O F CHINA

中 国造船

Vol.58 Special 1

Nov . 2017

文章编号：1000-4882 (2017) Sl -0252-06

深水导管架湿拖稳性及阻力计算分析

于文太，梁学先，李可，江锦，何敏

(海洋石油工程股份有限公司安装公司，天津300452)

摘 要

论文以南海某深水导管架为例，应用MOSES 软件对导管架湿拖状态下的完整稳性和浮态进行了评估校 核，同时对导管架湿拖时的阻力进行了分析，并验证了经验公式的准确性和适用性，为导管架的湿拖阻力评 估提供了设计参考。

关键词：导管架；湿拖；完整稳性；阻力0引言

深水导管架一般采用滑移下水方式，然后由拖轮和主作业船拖拉至安装厂址进行扶正、座底等一

系列后续作业。在风、浪、流等环境载荷的影响下，导管架受力复杂，其必须具备足够的浮态和稳性 以满足作业需求，同时，湿拖拖力的大小对湿拖方案的确定和拖缆的选型也具有重要的指导作用。

为了得到较为准确的湿拖阻力，一般可采用水池模型试验，但该方法存在费用高以及耗时长的缺点。 在实际工程中，浮式结构物如船体等拖航一般依据规范进行拖航阻力计算[1]，但规范对导管架类型的桁 架结构没有说明，因此，导管架拖航阻力通常根据经验公式粗略估算得出，存在很大的不确定风险。

本文以南海某导管架为例，应用水动力分析软件M O S E S 详细分析了导管架因风、浪、流等环境 荷载引起的阻力，并印证了经验公式结果的准确性和适用性，为确保湿拖过程的安全性和可靠性提供 了理论依据，导管架湿拖示意图参见图1。

中图分类号：U 675.93

文献标识码：A

图1

导管架湿拖示意图

57卷增刊1于文太，等：深水导管架湿拖稳性及阻力计算分析253 1导管架参数及计算软件

l.i导管架结构参数

导管架整体结构设计参数如表1所示：

表1导管架设计参数

参数数值参数数值

总体髙度/m130.1重心Zg/m-64.80 (相对于海图基准面）

总质量/t12705.58底部尺寸/m76x66

重心Zg/m0.09顶部尺寸/m64x18

重心yg/m-0.52

1.2计算软件

导管架模型通常采用SACS软件进行结构建模，然后再导入MOSES软件中进行导管架的浮态、稳 性以及湿拖阻力的计算分析。

MOSES是一款全球应用最广泛的浮体总体设计和海上操作模拟软件，在国际上已经成功应用于数 千项海上工程，其可靠性在全球范围内赢得了用户的广泛认可。

导管架结构在M O S E S软件中的坐标系如图2所示：

(a)X0Z坐标(b)坐标

图2导管架结构MOSES坐标系

2导管架湿拖完整稳性校核

根据M O S E S分析结果，导管架整体结构基本没于水下，湿拖时的纵倾角为12.63°，横倾角0.07°。导管架整体重量和浮力如表2所示：

表2导管架重量和浮力对比

参数

基础重量/kN

重量系数/%

总重量/kN总浮力/kN

储备浮力/%分项合计分项合计分项合计

主体结构 附属构件103710.24

16971.59

120681.83

3%

5%

106821.58

17820.16

124641.74

136543.62

6948.13

143491.7513.1

其中，储备浮力=(总浮力-总重量）/总浮力xlOO%。

254中国造船学术论文

由表2可知，完整状态下，储备浮力满足规范大于10%的要求。

完整稳性校核结果如表3所示：

表3导管架完整稳性校核结果

参数计算结果规范要求校核结果

纵倾角/ (。）12.63--

横倾角/ (°)0.07--

横稳心髙/m116.98>0.5OK

纵稳心髙/m276.84>0.5OK

导管架的完整稳性满足规范要求[2]。

3湿拖阻力计算

3.1湿拖的环境条件

根据导管架的设计规格书[3],施工海域一年一遇的风速和流速如表4所示:

表4施工海域一年一遇的风、流统计

方向东北北西北西西南南东南东风速/(m/s)32.8832.7421.2430.3930.5628.1434.2933.9

流速/(m/s)0.7260.3630.50.5460.4820.6580.6730.85

角度/(°)04590135180225270315

从表4可以看出，导管架在MOSES坐标系下，主流向与导管架夹角315°〜0°,主风向与导管架夹角 为270°〜0°。湿拖时拖航速度为0.25m/s,拖航的方向定义为180°,如图3所示：

导管架滑移下水时，根据施工程序和作业船舶的施工能力，一般要求不少于48h的良好天气，有 义波高不大于1.5m，风速不大于20kn。

3.2湿拖阻力计算

MOSES软件在进行湿拖计算时，首先将环境荷载施加在导管架结构模型上，然后采用准静态方法 进行分析，同时考虑到导管架下水时基本无波浪的良好天气状况，不计及波浪影响。

57卷増刊1于文太，等：深水导管架湿拖稳性及阻力计算分析255经计算，导管架受到风和流的阻力如表5所示：

表5导管架湿拖受风和流阻力

风速/ (m/s)

流阻力/kN风阻力/kN 挪迎/(i l l/s)用皮/()

4Rfy及w x^w y

32.880.726 0-644.710.3934.53-1.470.00-0.29 32.740.363 45-110.36-119.39 3.34-0.98-1.08-0.20 21.240.500 900.00-330.600.290.00-0.690.00 30.390.546 135220.92-291.46-12.560.88-0.980.20 30.560.482 180234.36-0.10-13.34 1.280.000.29 28.140.658 225354.53466.96-20.110.780.780.20 34.290.673 270-0.10700.43-0.590.00 1.770.00 33.900.850 315-670.71867.0133.35-1.08 1.18-0.20流产生的载荷为其主要阻力载荷。

导管架在静水中以〇.25m/s的速度拖航时的阻力如表6所示：

表6静水中0.25m/s航速下的阻力

阻力/kN

刀IHJ用/U

Rx Ry R z

0-164.02 0.10-4.41

综合考虑风、流和拖航速度的情况，导管架湿拖的阻力如表7所示:

表7组合工况下的导管架湿拖阻力

风速/(m/s)流速/ (m/s)角度/〇-组合力/kN

尽/kN Rty

32.880.7260-810.210.4929.82810.21

32.740.36345-275.37-120.37-1.28300.48

21.240.590-164.02-331.19-4.12369.54

30390.54613557.78-292.34-16.78298.03

30.560.48218071.610.00-17.4671.61

28.140.658225191.30467.84-24.33505.41

34.290.673270-164.12702.30-5.00721.23

33.90.85315-835.81868.2828.741205.16

从上表可以看出，导管架湿拖时的主拖向最大阻力为1205.16kN,其流向为315°, 0°流向的阻力为 810.21kN〇

3.3湿拖阻力理论估算

浮式结构在拖航时一般根据理论公式进行拖缆最小拉力的设计，流载荷计算一般釆用如下公式[4]:

F = 0.5Cdp(Vc+Vt)2A(1)