起重铺管船水动力性能研究

论文摘要

为了满足开采南海深水石油的需要,中海油建造了我国第一艘深水起重铺管船,它的铺设水深达到3000米。耐波性和管线设计对于起重铺管船的安全铺设来说十分重要,本文从计算和试验两个方面研究了该船的水动力性能。该船分别做了单船的耐波性试验和加上托管架和管道之后的整个铺管系统的试验。该铺管船需要验证3000米铺管状态时的水动力和管道的相关性能,但是现有的试验条件无法做3000米管道的试验。本文用离散管道模型代替连续的管道模型的方案,并且用2000米管道的铺设来验证这种设计方案是否可取。如果方案可取,则可以用现有的水池条件进行3000米管道铺设的模型实验。同时,本文运用时域模拟的知识,分别计算了单船的水动力性能、该船加载离散管道和连续管道时的船的水动力性能和管道的张力。通过对理论和试验结果的分析,得出了以下结论:铺管船的托管架和管道对船体耐波性起到了不小的改善作用。管道为离散管道和连续管道所得的船的运动结果较为接近,但试验时采用连续管道模型可以获得更为精确的结果。给出了2000米和3000米铺设管道时船的运动和管道张力值。横摇对管道的张力影响很小,船的垂荡（主要）和纵摇是管道动张力的重要的诱导因素。深水中,铺管水深的变化和管子的重量、运动及其动张力的变化对船的运动基本没有影响;管道本身的动应力的百分比会有变化,2000米管道的动应力的百分比为20%-30%之间,3000米管道的为10%-20%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 起重铺管船基本介绍
• 1.2.1 铺管船发展概述
• 1.2.2 起重铺管船的设备
• 1.2.3 起重铺管船的铺管方法
• 1.3 国内外铺管船技术现状
• 1.3.1 国内部分
• 1.3.2 国外部分
• 1.4 起重铺管船水动力研究进展
• 1.5 本论文的主要工作
• 第二章 计算理论
• 2.1 三维势流理论
• 2.1.1 坐标系定义
• 2.1.2 三维势流理论基础
• 2.1.3 流体作用力
• 2.1.4 附加质量和阻尼系数
• 2.1.5 频域运动方程
• 2.1.6 深水起重铺管船的计算结果
• 2.2 时域模拟
• 2.2.1 计算方法
• 2.2.2 船体的时域模拟
• 2.2.3 管道的时域模拟
• 第三章 水动力模型试验
• 3.1 相似法则
• 3.2 坐标系
• 3.3 试验设备及仪器综述
• 3.4 模型概述
• 3.4.1 起重铺管船模型
• 3.4.2 托管架模型
• 3.4.3 管道模型
• 3.4.4 托管架吊放机构
• 3.5 海洋环境条件
• 3.6 仪器测点布置
• 3.7 海洋环境条件模拟
• 3.8 试验内容
• 3.8.1 静水试验工况
• 3.8.2 不规则波试验工况
• 3.9 试验数据采集与数据记录
• 3.10 试验数据
• 3.10.1 静水衰减试验
• 3.10.2 风浪组合试验
• 第四章 结果及其分析
• 4.1 加托管架和管道前后起重铺管船的运动对比
• 4.2 2000 米水深时连续管道与离散管道的对比结果
• 4.3 船体运动对管道张力影响
• 4.3.1 横摇运动对管道张力的影响
• 4.3.2 纵摇运动对管道张力的影响
• 4.3.3 垂荡运动对管道张力的影响
• 4.3.4 船舶垂向加速度与管道的张力的关系
• 4.4 2000 米离散管道与3000 米离散管道试验结果对比
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文研究工作总结
• 5.2 论文工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文