水下软刚臂单点系泊研究.pdf

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1、第４３卷第３期船海工程Ｖｏｌ．４３　Ｎｏ．３２０１４年６月ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＪｕｎ．２０１４ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１-７９５３．２０１４．０３．０４２水下软刚臂单点系泊研究夏华波（中海油能源发展采油服务公司，天津３００４５７）摘要：针对渤海浅水边际油田开采工程，提出一种可调节系泊臂铰接点高度的水下软刚臂（ＹＯＫＥ）单点系泊方案，无水上系泊塔，将军柱在水下，可根据作业水深调节系泊臂与船艏系泊支架的铰接点，能反复利用。水动力分析、数值计算和模型试验结果显示：数值计算和模型

2、试验数据接近，系泊力和纵荡的误差在合理范围内，表明系泊方案计算合理。关键词：浅水系泊；波频；低频；软钢臂；模型试验中图分类号：Ｕ６５３．２　　　　文献标志码：Ａ文章编号：１６７１-７９５３（２０１４）０３-０１６６-０６渤海浅水系泊形式主要为水上塔式ＹＯＫＥ和水下ＹＯＫＥ，这两种单点造价都比较昂贵，前者发生过ＹＯＫＥ的Ａ字头压溃（可能是风流的突然转向，使得ＦＰＳＯ前冲过激），后者出现过单点水下螺栓断裂以致单点倒塌事故。渤海单点核心技术几乎被国外垄断，其设计研发迫在眉睫。研究表明，浅水ＦＰＳＯ在不规则波作用下不仅有

3、一阶图1可调铰接点水下软钢臂系泊方案（尺寸单位：ｍ）运动，还有大幅低频二阶运动。当低频与系泊系统频率接近时易共振，使系泊力大幅增加，这是系［１-４］泊系统设计的关键点和难点。针对渤海效益不是很高的众多边际油田以及浅水系泊的低频特性，中海油联合国内外专家组提出了既能有效减小系泊力又能重复利用、减小投资的系泊设计理念。即渤海边际油田的系泊必须从环境特征出发，从系泊力传递的有效性入手，使系泊系统尽可能简单有效。为此，以ＢＺ３-２为目标油田，根据不同作业水深，简化结构，提出了一种可调节系泊臂铰接点高度的水下ＹＯＫＥ系泊技

4、术。本文分析图2可调铰接点水下软钢臂系统3D示意其系泊运动和受力的理论基础，并以水池试验为舱、水下ＹＯＫＥ、系泊头组件、水下转塔、水下滑环参照，分析该系统的合理性。组、桩基以及立管等组成。ＦＰＳＯ和ＹＯＫＥ可借助滑环３６０°回转。水下ＹＯＫＥ为Ａ字形结构，连１　系泊方案接系泊大轴承与系泊臂，转塔及系泊轴承能使得如图１和图２所示，本系统水上无塔架，由系水下ＹＯＫＥ系统自由地３向回转，立管和脐带缆泊支架、系泊臂及其上下万向节（ｕ-ｊｏｉｎｔ）、压载与外滑环连接至船艏支撑结构，ＦＰＳＯ在波浪中的摇荡运动依靠压载舱的重力

5、提供恢复力。此系统与传统方案相比，主要有以下特点。收稿日期：２０１３－１０－２２修回日期：２０１３－１０－２８１）水上无塔架，材料省，结构简单，成本相对第一作者简介：夏华波（１９８４－），男，硕士，工程师少。研究方向：船舶设计与建造２）将军柱在水下，进一步减小了转塔力矩，E-mail：ｘｉａｈｕａｂｏ０３０３＠１２６．ｃｏｍ能缩减系泊结构尺度。１６６水下软刚臂单点系泊研究———夏华波３）刚性系泊臂（ＨＹＳＹ１１２／１１３ＦＰＳＯ为不可j———对应运动模式；Pi＝P（xi，yi，zi）。调节锚链式系泊臂，震颤明显）

6、，且端部连接方式抄αik＝簇ΔsG（Pi，Q）ｄs＝珗ni簇Δs磹G（Pi，Q）ｄs为ｕ-ｊｏｉｎｔ，使得ＦＰＳＯ与系泊系统间的耦合运动更k抄xk协调，减小了锚链式的震颤带来的不利影响。（４）４）ＹＯＫＥ的上端ｕ-ｊｏｉｎｔ可据水深进行调节，故式（１）可以离散化为N连接在系泊支架的不同高度，从而满足渤海水域φji（Pi）＝∑σjk簇G（Pi，Q）ｄs（５）范围内不同作业区要求。k＝１Δsk式（１）～（５）可用来确定分布源密度，求解出２　水动力和系泊理论基础各速度势，利用辐射势积分的流体作用力可得到附加质量系数ai

7、j和阻尼系数bij（i，j＝１，２，⋯，６）。2．1水动力求解基于摄动理论展开到二阶，ＦＰＳＯ的运动可分依据三维势流理论，假定速度势φ存在（包解为一阶波频和二阶低频运动的叠加。括入射势（入射波速度势φ０、绕射势φ７和辐射势2．2一阶时域运动φR），并满足拉普拉斯连续方程、海底不可穿透条波浪分量的幅值由下式确定。件、自由表面静力学和动力学条件、物面的固壁条ζi（ωj）＝２Sζ（ωj）Δωj（６）件及无穷远边界的辐射条件，建立非线性方程组。根据水动力软件Ｈｙｄｒｏｓｔａｒ能够得到波频力用边界积分方程求解上述定解问题，

8、可以用在平和运动的ＲＡＯ，则波频响应为均湿表面上布置满足自由表面与深水边界条件的nＨａｓｋｉｎｄ源表示速度势函数。qi（t）＝∑ζi（ωj）RAO（ωj）ｓｉｎ（ωjt＋εj＋j＝１φj（x，y，z）＝簇σi（ξ，η，ζ）G（x，y，z；ξ，η，ζ）ｄsφRAO（ωj））（７）s０式中：qi（t）———船体的波频响应，i＝１，纵荡；i＝（１）２，横荡；i＝３，垂荡；i＝４