84m双体半潜自航式居住辅助平台船型分析

84m双体半潜自航式居住辅助平台是福建省马尾造船股份有限公司建造的居住生活辅助平台,是全球首制新船型。该船具有抗风浪、多用途、节能环保、便利舒适等特点,集居住、餐饮、娱乐、输送、运输等功能于一体,是综合型的电力推进双体平台。该文介绍了这一平台船型的主要功能、技术指标、设计难点分析以及建造注意事项。     

半潜式海洋平台输出反馈终端滑模动力定位系统

针对半潜式海洋平台动力定位系统,通过构造等效输出注入滑模观测器(SMO)以及引入终端滑模控制(TSMC)原理,提出一种输出反馈终端滑模控制方法,运用Lyapunov方法进行稳定性证明。结果表明:SMO方法解决了对船舶速度的估计和来自缓慢变化环境负载的偏差,能过滤掉高频率运动,以避免执行机构的磨损和过度的燃料消耗;设计的输出反馈终端滑模控制算法可保证系统状态在有限时间内稳定到平衡点附近,实现系统的闭环稳定,同时具有很强的鲁棒性。通过仿真结果验证了所设计观测器和控制器的有效性,能够实现复杂干扰下海洋平台的有限时间动力定位和轨迹追踪控制。     

半潜式海上浮式风力机平台设计及水动力响应

为了开发海上风能资源,探索浮式风力机平台响应特性,设计了一种半潜式海上浮式风力机平台样机。利用风压模型模拟风力机气动载荷,基于势流理论和Morison方程计算水动力载荷,并根据阻尼矩阵计算阻尼力和系泊线载荷,建立了海上浮式风力机运动响应数值模型。制作了1/50的试验模型,并在水池进行水动力实验,对垂荡板在设计中的作用进行了验证,测量了模型的固有周期、衰减系数以及规则波条件下的响应等,对比发现数值模型结果与实验结果吻合较好。在无风和额定工况下进行系统随机响应特性数值分析,通过统计数据和响应频谱研究了风力机气动载荷对风力机平台运动特性的影响。发现该系统数值模型时效性好并可以真实反映浮式风力机平台的运动特性,平台垂荡、纵摇、纵荡的响应结果满足海上浮式风力机系统对平台的性能要求。设计中加入垂荡板使平台垂荡和纵摇的固有周期和衰减系数增加,提高了系统的稳定性。风力机气动载荷对纵摇传递函数产生有益的抑制,但会放大纵摇和纵荡在共振区的响应。     

半潜式海上浮式风力机平台设计及水动力响应

 为了开发海上风能资源,探索浮式风力机平台响应特性,设计了一种半潜式海上浮式风力机平台样机。利用风压模型模拟风力机气动载荷,基于势流理论和Morison方程计算水动力载荷,并根据阻尼矩阵计算阻尼力和系泊线载荷,建立了海上浮式风力机运动响应数值模型。制作了1/50的试验模型,并在水池进行水动力实验,对垂荡板在设计中的作用进行了验证,测量了模型的固有周期、衰减系数以及规则波条件下的响应等,对比发现数值模型结果与实验结果吻合较好。在无风和额定工况下进行系统随机响应特性数值分析,通过统计数据和响应频谱研究了风力机气动载荷对风力机平台运动特性的影响。发现该系统数值模型时效性好并可以真实反映浮式风力机平台的运动特性,平台垂荡、纵摇、纵荡的响应结果满足海上浮式风力机系统对平台的性能要求。设计中加入垂荡板使平台垂荡和纵摇的固有周期和衰减系数增加,提高了系统的稳定性。风力机气动载荷对纵摇传递函数产生有益的抑制,但会放大纵摇和纵荡在共振区的响应。     

半潜式风力机平台撤除过程动力响应分析

提出一种半潜式风机水平辅助缆-锚链撤除方法.选取典型撤除操作海况,采用ANSYS-AQWA分析软件,重点研究了不同撤除策略对半潜式风机平台动力响应特征的影响.数值结果表明,对称布置的辅助缆能明显降低半潜式风机平台在锚链撤除过程中的运动响应,辅助缆的刚度和预张力越大,撤除过程中平台的运动响应越平稳,但在辅助缆刚度为2×10⁶N·m^-1的条件下会使平台在大周期波浪条件下产生共振现象,因此建议应慎重选择辅助缆刚度.此外,本文研究成果为深水浮式风机撤除方案的优化提供参考依据.     

基于高增益观测器的半潜式海洋钻井平台动力定位系统鲁棒滑模控制器设计研究

半潜式海洋平台动力定位系统中,针对海洋复杂的工作环境,为实现精准动力定位,控制器的设计是关键。传统的控制器设计大部分基于位置和速度均可测量这一假设,但在实际工程中,由于干扰和复杂工况的影响,速度信号难以被实时测量或精确测量。选用高增益观测器对速度信号进行状态估计,基于测量直接得到的海洋平台位置信号和状态估计间接得到的速度信号,利用滑模控制自身的强鲁棒和抗干扰特性,进行滑模控制器设计,并运用Lyapunov方法分析了系统的稳定性。MATLAB仿真结果表明,所设计控制器,能够实现半潜式海洋平台精准的动力定位和轨迹追踪控制。     

半潜式钻井平台双联钻机钻台布局设计

为建造具有自主产权第六代深水半潜式钻井平台,对双联井架钻机钻台总体布局和钻台自动化处理装备的布置进行了设计分析.双联井架钻机钻台采用中心布局,分析了与钻台直接关联设备设施不同配置方案的优缺点,优选钻台在平台的布局方案;对主、辅钻井中心采用偏心布置,兼顾作业顺畅和平台动力性能;制定钻台自动化装备布局原则,按双联井架钻台作业工艺流程及设备设施作业衔接关系进行钻台布局,同时基于人因学原则,合理布置转盘、大小鼠洞、顶驱、铁钻工、排管机、多功能机械臂等钻台自动化装备;钻井控制室布局采用集中式布局,实现了基于工艺流程的控制方式,改变基于设备功能集成方式.在系统分析基础上,完成适合半潜式双联井架钻机钻台布局方案.结果表明,合理的钻台布局设计不但确保双联钻机钻台自动化作业流程,提高了作业功效和安全性,而且为整个平台布局规划提供了良好基础.     

深水半潜平台张紧式系泊系统耦合动力响应研究

采用时域耦合动力分析方法,并考虑系泊缆的非线性动态特性和平台与系泊缆之间的相互作用,分析张紧式系泊系统的系泊缆流体动力系数、系泊缆张力倾角、系泊缆布置角度、系泊缆数目等对平台系泊性能的影响.结果表明,不同的系泊参数对系泊系统性能均有不同程度的影响,合理选取系泊参数能有效控制系统的运动响应和系泊缆动力效应.     

半潜式风电机组平台水动力模型试验及数值模拟研究

针对某深远海漂浮式风电机组运动响应受风载荷影响的问题,进行了缩尺模型的水池试验以及实尺模型的数值模拟计算：根据水池自由衰减试验得到的自由衰减曲线及衰减消灭曲线,对基于势流边界元建立的数值模型进行了必要的阻尼修正;用数值方法计算得到的平台运动RAO结果与水池试验生成白噪声非规则波时测量得到的平台运动响应结果进行了对比分析,确保了所建立数值模型的准确性,同时验证了白噪声非规则波试验的可行性;通过时域及频域数值计算方法与试验方法相结合,对比研究了恒风条件下和无风条件下白噪声非规则波作用时平台的运动响应,以及相关的波浪载荷与风载荷的幅值与相位频谱．根据上述计算及研究结果,最终初步总结出了风载荷对风电平台半潜式浮式基础的运动响应的主要影响形式及原因．研究结果表明：风载荷对平台运动的影响与风、浪载荷主要频率成分处频率、幅值以及相位有关．在风载荷与波浪载荷的能量集中频率基本一致,且与平台运动固有频率相重叠时,风载荷的影响会得以显著体现(本文中差异约22%),而影响的形式(增强或削弱运动幅值)则取决于此时风载荷与波浪载荷的相位差：当风、浪载荷同相位时,联合载荷作用下相关自由度的运动幅值将显著增大,反之...     

基于低通滤波器的半潜式海洋平台滑模控制器设计

针对半潜式海洋钻井平台动力定位问题,在滑模控制的基础上,将等效切换控制方法与滤波器结合,设计了一种基于低通滤波器的等效切换滑模控制器,并用Lyapunov方法证明了控制系统的稳定性。仿真结果表明控制系统具有良好的控制品质及响应特性;低通滤波器有效抑制了控制器输出抖振,控制系统的实际控制力矩输出较为平滑,减少了海洋平台推进器的能耗。     

深水半潜平台动力定位时域模拟研究

以低频时域水平运动方程为基础,考虑各种低频载荷作用以及动力定位模型,建立起一种半潜平台功率消耗的时域模拟系统,研究了一艘半潜平台动力定位系统功率消耗变化的规律,在满足定位精度要求的前提下计算得到了平台动力定位系统能够承受的极限水深,并对平台动力系统的定位精度随功率消耗的变化进行了探讨,以期为工程实际提供指导.     

半潜式钻井平台螺旋桨修复技术的应用研究进展

针对半潜式海洋钻井平台推进器螺旋桨面临的空泡腐蚀、电化学腐蚀以及海洋生物附着污损等问题,综述了焊接、粘接、热喷涂、冷喷涂修复技术的应用研究进展。认为目前的螺旋桨修复再制造技术普遍存在着修复层应力集中、结合强度低、孔隙率高、高温导致材料变性等缺陷,今后的研究工作应向着避免应力集中、增大修复层结合强度、降低作业温度、减小孔隙率的方向发展,以期能够制备更加致密均匀的修复层。     

新概念深水半潜式生产平台水动力截断试验与数值计算

对一新型深海半潜式生产平台的水动力性能进行模型试验和数值计算分析.与传统直立柱结构的半潜式平台不同,该新型平台的4根立柱在水线面以上向内倾斜.由于平台工作水深为1.5 km,模型试验时需通过数值分析进行等效截断设计.对平台6自由度运动响应和系泊缆受力的研究表明,模型试验结果与数值计算结果基本一致,该新型半潜式生产平台具有良好的水动力性能,满足规范要求.
     

深海半潜式平台锚泊系统等效水深截断模型试验设计

以拟在哈尔滨工业大学大气边界层风洞及波浪模拟水槽中进行模型试验的一座工作水深为1 500m的深海半潜式平台锚泊系统为例,缩尺比取为1∶100.介绍深海锚泊系统等效水深截断设计的原理及流程.考虑锚泊线的重力、张力、海流力及弹性伸长,采用分段外推法进行静力分析.基于静力等效原则,在保证锚泊线数目和布置一致的情况下,对其在400m等效水深截断模型进行试验方案设计,满足单根锚泊线和整个锚泊系统静恢复力特性近似相同.采用非线性有限元时域分析方法分别对全水深锚泊线和截断水深锚泊线进行动力分析,比较2种锚泊线在各种环境荷载激励下的动力性能差别,并对二者基于动力特性的等效设计提出改进措施.     

设计半潜式钻井平台时关于波浪理论的选择问题

对半潜式平台进行结构分析时需要选择适当的波浪理论以计算波浪速度场。通常,半潜式平台在较深的海区作业,可供选用的波浪理论主要是艾里理论和斯托克斯五阶理论。本文根据这两种理论,对波浪参数的多种组合进行了速度场的计算,并对计算结果做了分析,认为艾里理论适宜于工程应用。     

深水半潜式平台模型试验与数值分析

以一座工作水深为1.5 km的深海半潜式钻井平台及其锚泊系统为例,对其在280 m等效截断水深锚泊系统系泊下的6自由度运动和锚链受力进行模型试验研究,缩尺比取为1∶70.采用非线性时域耦合分析法对原深海半潜式钻井平台系统进行数值分析,并将模型试验和数值分析结果进行比较.结果表明:等效截断水深锚泊系统在静力方面可较好地模拟全水深锚泊系统,动力相似上的不足导致其锚链受力最大值与全水深锚泊系统的相差较大;截断水深模型试验对全水深锚泊系统系泊下的半潜平台运动响应的预报较为可信,而平台锚系的受力情况需辅以数值模拟进行研究.     

半潜式钻井平台锚系留力分析

半潜式钻井平台是一种常用的平台结构形式,主要依靠锚泊系统将船定位在海面进行钻井作业。本文详细论述了锚的分类、半潜式钻井平台锚系留力的分析方法,并通过实例分析进行了验证,为半潜式钻井平台海上作业的安全稳定提供分析依据,同时对锚系留力的分析方法应用提出了建议。     

半潜式钻井平台锚泊系统静力分析

本文应用悬链线理论分析了锚链单链特性,给出了单链链端位移非线性刚度系数和锚链系统组合刚度特性,并在此基础上建立了平台锚泊系统静力问题的数值解。文中还以我国“南海二号”半潜式平台为例进行了锚泊系统的静力分析。     

半潜式自航工程船动力定位模型研究

近年来随着海洋油气开发的广泛需求,我国动力定位技术自主化研究也逐渐展开。为验证半潜式自航工程船的动力定位性能,文中建立了研究半潜式自航工程船的动力学模型的坐标系统。在此基础上,建立了半潜船的运动数学模型以及控制系统需要的运动模型。采用模块法,对影响半潜船的海风、海浪、海流等外界干扰载荷进行了最优计算。通过对环境载荷各个方向的力和力矩的仿真实验,获得了半潜船的水平运动时历曲线和船舶纵向、横向、艏向的运动变化曲线。运动模型的输出结果与半潜船缩比模型的水池试验结果运动趋势一致,满足精度要求。     

基于模块化操作符的半潜式钻井平台设计及知识管理

随着海洋油气开发步伐的加快,半潜式钻井平台等海洋工程装备的需求在国内外也越来越大.针对半潜式钻井平台结构区域界限明显、技术复杂及设计过程中图纸、材料、设备清单数量多等特点,文中提出利用模块化的思想使用操作符工具开展平台设计的方案,并建立模块库对设计全过程信息进行管理,一方面有助于提高设计生产效率,另一方面可从设计标准、产品规范、专家知识、经验以及成功先例等方面获取知识,不断积累和完善模块库,充分发挥信息效益,为钻井平台的信息化制造全过程管理提供支持,提高软件的移植性和可重用性,切实保证设计质量,降低设计建造成本.