深水FPSO锚泊系统动力响应分析研究

论文摘要

随着海上油气资源开发的加剧,各种海洋平台相继出现,其中FPSO拥有的诸多优点可以较好的适应深海复杂的海洋环境。本文对南海环境条件下的深水内转塔式FPSO系泊系统动力响应进行了分析研究。由于船体在垂荡、横摇、纵摇运动中的固有周期与波浪能量的周期很相近,容易发生共振现象,因此FPSO在深水作业的最主要挑战是设计有效的系泊系统,不仅要限制FPSO的位移,保证立管的正常作业,而且也要保证系泊系统承受的载荷最小。本文依据三维势流理论计算一艘内转塔FPSO的水动力系数,为接下来的耦合时域分析准备数据。然后充分考虑系泊线的刚度、惯性力、流载荷、和拖曳力,在时域下对FPSO系统进行时域耦合分析,得出系统的动力响应。根据目前系泊系统的发展,对比分析了悬链线式和张紧式系泊系统的不同,然后分析研究了拖曳力系数,材料轴向刚度,作业水深等因素对系泊系统动力响应的影响。结论表明本文所计算的系泊系统都符合API规范,能够保证FPSO的正常作业。系泊线主要材料为聚酯的张紧式系泊系统的定位能力和系泊强度都要优于悬链线式系泊系统。影响FPSO系统的因素有很多,其中波浪的谱峰周期、有义波高、拖曳力系数,材料的轴向刚度,工作水深等对系统的动力响应影响较大。本文选取的方案中改变底端的钢链长度以及改变系泊线之间的夹角对系统动力响应的影响不是很明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 背景和研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 FPSO频域运动理论及水动力参数的计算
• 2.1 FPSO频域计算理论
• 2.1.1 坐标系
• 2.1.2 线性速度势
• 2.1.3 一阶波浪力
• 2.1.4 附加质量和阻尼系数
• 2.1.5 一阶运动方程
• 2.1.6 波浪平均漂移力
• 2.2 FPSO的水动力频域分析
• 2.2.1 模型建立及网格化分
• 2.2.2 计算结果
• 2.3 本章小结
• 第3章 FPSO系泊系统时域耦合动力分析
• 3.1 概述
• 3.2 时域耦合分析理论
• 3.2.1 时域运动方程
• 3.2.2 集中质量法基本理论
• 3.3 计算软件介绍
• 3.4 基本参数
• 3.4.1 海洋环境参数
• 3.4.2 系泊系统参数
• 3.5 系泊准则
• 3.6 算列
• 3.7 相同水深不同系泊方式时域模拟结果对比分析
• 3.7.1 FPSO系泊系统的动力响应计算结果
• 3.7.2 生存工况下的系统动力响应
• 3.8 不同水深张紧式系泊方式时域模拟结果对比分
• 3.9 本章小结
• 第4章 影响系泊系统动力响应因素的分析
• 4.1 同一水深不同参数变化对系统响应的影响
• 4.1.1 谱峰周期的变化对整个系统的影响
• 4.1.2 有义波高的变化对整个系统的影响
• 4.1.3 拖曳力系数对整个系统的影响
• 4.1.4 材料的轴向刚度对整个系统的影响
• 4.1.5 系泊线某一成分长度的改变对整个系统的影响
• 4.1.6 系泊线布置角度的改变
• 4.2 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢