水上软刚臂系泊FPSO运动特性试验研究.pdf

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1、第44卷第4期船海工程Vol_44No．42015年8月SHIP&OCEANENGINEERINGAug．2015DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2015．04．024水上软刚臂系泊FPSO运动特性试验研究苏方磊，马玉祥，马小舟，董国海(大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连116023)摘要：为了评估水上软刚臂系泊FPSO在浅水域极端海况下作业的安全性能，通过静水衰减和共线风浪流联合作用工况的物理模型试验，分别得到系泊FPSO各自由度的固有周期和运动响应。通过时域分析得到FPSO在纵荡向大幅共振运动

2、的产生机理。FPSO垂荡运动包括低频成分和波频成分，分别表现为类似于波浪相应成分的时历过程。而纵摇运动由于对软刚臂的系泊作用非常敏感，其与纵荡运动时历过程也表现出较高的相关性。关键词：FPSO；软刚臂；共线；运动中图分类号：U661．39文献标志码：A文章编号：1671-7953(2015)04-0093-06研究浮式生产储卸油系统(FPSO)在极端海目的是探究在浅水软刚臂系泊FPSO在迎浪180。况环境中风、浪、流的联合作用下的运动特性，以状态下各自由度的运动响应特性。期对FPSO及其系泊系统的水动力响应特性作出浅水中系泊FPSO必须减

3、载作业，通过分析预报和优化。FPSO一般根据作业水深选择系泊不同吃水工况的运动与系泊力响应，可以找到方式，我国渤海海域平均水深仅为18m，广泛应FPSO安全工作的最佳装载方案。用塔式水上软刚臂单点系泊系统⋯。由于风浪1试验介绍流对浮体联合作用的复杂性，目前应用数值模拟的结果指导工程实际尚有一定的距离，物理模型1．1物理模型参数试验仍然是FPSO研究中一种无法替代的手段，物理模型试验在海岸和近海工程国家重点实也是指导工程应用最直接的参考依据。验室波浪流水池中进行，水池尺寸为40m×24m以往有物理模型试验对波浪荷载作用下的×1．0m，配有实

4、验室研发的可移式多向不规则波FPSO运动响应特性进行了研究。然而在FPSO造波机，可准确模拟各种频谱的波浪，港池末端设工作的实际海况中，波浪、风及流荷载因素往往是有海绵层阻尼，消浪效果良好。港池总体布置见同时存在的。虽然波浪是海洋浮式结构物所承受图1，风机位于造波机前3m位置，系泊塔位于风的主要荷载，但研究证实风和流的存在会改变波机前5m位置，波浪、风和流的方向角均为180。。浪的传播形态_34。，继而导致波浪的群性、非线性FPSO船通过一套水上单点软刚臂系统进行系泊，等相关特征发生变化。因此，对风浪流荷载联合系泊系统由系泊塔、软刚臂及系

5、泊腿构成，FPSO作用下FPSO船运动响应的影响展开研究分析通过船艏支架与软刚臂的系泊腿铰接相连。模型时，不能简单叠加各项荷载因素单独作用下的响缩尺比为1：50，船体主尺度参数见表1。应结果。本研究海洋环境条件的布置选用180。方向的百年一遇波浪与180。方向风和流的组合，收稿日期：2015—03—26修回日期：2015—04—27基金项目：国家自然科学基金优秀青年基金(51422901)第一作者简介：苏方磊(1990一)，男，硕士生研究方向：海洋环境因素及海洋灾害对结构物作用1．2海洋环境参数E-reall：847755265@qq．c

6、om海洋环境参数见表2。932015正第4期苏方磊，等：水上软刚臂系泊FPSO运动特性试验研究船海工程第44卷表1FPSO船体主尺度参数表3各自由度周期及无因次阻尼参数吃7]L／m6载况8载况2．2百年一遇工况试验结果在波浪流水池中进行极端环境下的软刚臂系泊FPSO模型试验，通过水平刚度试验验证了模型制作的准确性。水深16．3m，环境工况参数见表2，风浪流的方向角均为180。。试验中同步采集波高、船体运动响应及系泊塔水平系泊力，试验结果见表4。分析发现FPSO纵荡、垂荡及纵摇3表2海洋环境参数个自由度的运动幅度明显较大。工况名称极端工况表

7、4百年一遇工况试验结果风速／(m·s)23．6流速／(m·S)0．5有效波高／m5．0谱峰周期／s9．5水池整体循环造流系统可以提供均匀稳定的流场，通过调节电压以改变流速大小；并排轴流风分析试验同步录像发现，6．0m吃水载况船机组可以提供覆盖海洋工程工作区域的稳定风体在某些时间节点纵荡方向的运动幅度极大，以场。通过液压伺服推板式造波机模拟不规则波致出现船艏碰撞压载舱和系泊腿极限拉伸的现浪，造波采用合田良实改进的JONSWAP型谱]，象，即船体靠近系泊塔运动时，船艏与软刚臂压载所选用的目标谱公式如式(1)。舱发生碰撞；而当船体远离系泊塔运动

8、时，系泊腿5∽=／3J，巧4fexp[一1．25(Tpf)]．1，exp[一(f／fp一)／2]f1)被极限拉伸。研究中称此类运动响应为软刚臂系泊FPSO的极限运动响应。式中：——谱峰周期；船