S-Spar平台方案设计及水动力性能研究

Spar式风机基础系统水动力性能研究蒙宣伊;阳航【摘要】本文基于三维水动力学软件Aqwa进行了Spar式风机基础系统的水动力性能研究.通过时域方法,研究系统在额定风速工况下的运动响应.计算时考虑风浪联合作用的影响.最后通过傅里叶变换,得到升沉、纵摇、纵荡和锚链拉力响应谱.【期刊名称】《中国设备工程》【年(卷),期】2017(000)023【总页数】4页(P162-164,166)【关键词】Spar式基础;水动力性能;响应谱【作者】蒙宣伊;阳航【作者单位】湘电风能有限公司,湖南湘潭 411100;湘电风能有限公司,湖南湘潭411100【正文语种】中文【中图分类】P752;TK89海上风能被公认为是一种可以用来满足能量增长需求的可再生能源。

相比海洋中其它可再生能源，比如潮汐能和波浪能，风能的开发及相关技术被认为是成熟的，而且建设相当好。

其中大部分已建成并运行的风场主要是以固定式基础形式，而且水深比较浅。

对于每个可能建成的风场来说，其取决于波浪和风特征、海床特性以及社会条件。

在某一水深，选择使用何种基础时，主要考虑成本相关的问题。

相比传统固定式基础，漂浮式基础整体系统的性能研究是十分必要的，主要原因如下。

（1）它们的固有频率非常低，通常会影响气动阻尼和稳定性。

（2）对于半潜式和Spar来说，它们的位移和旋转运动会与机舱、叶轮的运动相互耦合。

（3）它们锚固在海床上的锚链系统必须包含在整体分析中。

Nielsen等对Spar基础整体动力分析进行了研究。

他们对Hywind的基础进行仿真，并将结果与缩比模型的试验结果进行对比。

Matsukuma和Utsunimiya采用多体动力学理论对一种漂浮式基础在恒定风速下考虑叶轮旋转时的运动响应。

Jokman等在OC3项目中对固定式和漂浮式基础的结构动态响应进行了验证。

Karmirad和Moan采用混合 aero-hydro-elastic时域方法进行了一种Spar式基础在极限情况下的结构响应研究。

Truss Spar平台海上湿拖水动力性能模型实验研究*刘琳，肖龙飞，杨立军（上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240）摘要：Spar平台作为新一代顺应式深海浮式平台在海洋资源开发方面的应用越来越广泛，湿拖与扶正是Spar平台最典型的海上安装作业过程。

通过Truss Spar平台湿拖过程水动力性能的模型实验，研究分析湿拖状态下Spar平台的运动性能以及垂荡板上典型位置处的相对波浪升高，为工程实践和进一步的理论与数值分析提供参考依据。

关键词：Truss Spar平台；湿拖；水动力性能；模型实验Spar 平台作为一种顺应式海洋平台已经广泛应用于海洋资源开发。

2001年世界上第一座桁架立柱式平台（Truss Spar）在墨西哥湾安装成功，近些年来越来越多的Truss Spar用于海洋石油开采。

国内外已经开展了很多关于Spar平台在位总体性能的研究，涉及在位运动响应、涡激运动等多个方向。

Hong et al.[1]对传统型Spar平台在波浪频率接近平台垂荡固有频率时的运动响应和系泊载荷进行了研究。

Zhang et al.[2]提出了一种新型的Spar平台概念，并对其进行了数值和实验研究。

Tim et al.[3]通过模型实验分析了雷诺数对Truss Spar平台涡激运动的影响。

李彬彬[4]、陈鹏耀[5]等也对Truss Spar平台进行了研究。

由于Spar平台没有自航能力，所以需要将其从建造地移至作业位置。

湿拖是目前工程上常用的一种方法。

在湿拖过程中，平台通常是水平拖到安装水域的，平台的主体像船一样在波浪中运动。

而在湿拖过程中垂荡板上的水动压力比作业过程中的极限条件下的受力还要大，所以这也是垂荡板设计中重要的控制因素。

另外，平台在湿拖过程中的六自由度运动也是湿拖过程中需要关注的性能，平台六自由度的运动对湿拖的安全性有很大的影响。

Wang et al.[6] 以及Lu et al. [7]对在湿拖状态下Truss Spar平台的强度和疲劳进行了分析，并且通过求解时域水动力模型对平台在湿拖过程中的运动和所受载荷进行了计算。

新型系泊系统的设计方法及其水动力性能分析一、概述随着海洋资源的日益开发和利用，系泊系统在海洋工程中的应用越来越广泛，其设计优化及性能分析成为海洋工程领域的重要研究内容。

新型系泊系统的设计及其水动力性能分析，对于保障海洋平台、船舶等海洋结构物的安全、稳定与高效运行至关重要。

传统的系泊系统设计往往基于经验公式和简化的力学模型，难以准确反映实际复杂环境下的水动力特性。

随着计算流体力学、结构动力学等学科的快速发展，以及高性能计算机和数值模拟技术的广泛应用，新型系泊系统的设计方法正在向精细化、智能化和集成化方向发展。

本文旨在探讨新型系泊系统的设计方法及其水动力性能分析。

将介绍系泊系统的基本类型和结构特点，以及其在海洋工程中的应用场景。

重点阐述新型系泊系统的设计原则、关键技术和创新点，包括材料选择、结构设计、优化算法等方面。

通过数值模拟和实验研究，分析新型系泊系统在不同海况下的水动力性能，评估其稳定性和可靠性，为实际工程应用提供理论支撑和技术指导。

1. 新型系泊系统的重要性和应用背景随着海洋工程和船舶工业的飞速发展，新型系泊系统在海上工程结构物，特别是风力发电、海洋石油开采、海上货物运输等领域的应用越来越广泛。

系泊系统的主要功能是为海上设施提供安全、稳定的定位，确保其在各种环境条件下都能正常工作。

传统的系泊系统虽然在过去几十年中得到了广泛应用，但在面对极端海洋环境，如大风、大浪、海流和潮汐等复杂因素时，其性能往往受到挑战。

研究和开发新型系泊系统，提高其在极端环境下的性能，对于保障海上设施的安全、提高经济效益、促进海洋工程的持续发展具有重要意义。

新型系泊系统的研究不仅涉及结构设计、材料选择、制造工艺等多个方面，更重要的是要对其水动力性能进行深入分析。

水动力性能是指系泊系统在海洋环境中的受力、变形、振动等特性，它直接决定了系泊系统的稳定性和安全性。

通过对新型系泊系统的水动力性能进行分析，可以预测其在不同海洋环境下的表现，为系统设计和优化提供理论依据。

SPAR平台主体结构概要建造方案1.引言SPAR平台是一种用于深海石油开采、生产、处理加工和储存的平台结构形式，由于该平台具有稳定性能好、运动特性优良、可以应用于深水作业、建造成本相对较低等特点，SPAR 平台已经成为最有发展潜力的平台形式之一，目前已经有十几座SPAR平台在墨西哥湾成功使用。

随着国家对南海深水海域油气资源开发力度的加大以及南海海洋环境和墨西哥湾相似等因素，SPAR平台有望成为南海深海作业平台的首选形式。

第一座SPAR平台产生于上世纪90年代中期，经过十几年的发展，目前已经发展到第三代产品。

SPAR 平台主要由平台上部模块、主体结构、立管系统以及系泊系统四部分组成。

本文以国家863计划海洋技术领域“新型深水Spar平台、TLP平台概念设计与关键技术”课题中的新型深水SPAR平台为典型产品，针对其特点，概略阐述其总体建造方法，主要包括以下几个方面：◆结构总体建造方法◆关键结构建造方法◆装配合拢流程◆拖移下水方法2.结构总体建造方法新型SPAR平台结构是在第三代Cell Spar的基础上发展而成的，它的结构形式复杂，形状特殊，尺度大，节点多且复杂，必须要借助于先进的结构总体建造技术，才能够解决建造中的许多难题。

该平台主体结构主要包括如下几部分：上部硬舱圆筒结构（1个中央圆筒和8个水线面以下的外围圆筒）、中部连接舱桁架结构、下部软舱结构。

该平台的主要特征：平台形式：TCell Spar3；平台主体构成：硬舱、连接舱和软舱；该平台主要尺寸及物量：中央圆柱直径：16m；中央井尺寸：8*8m；环绕圆柱直径和数量：10m*8；硬舱高度：80m；连接舱高度：80.44m；软舱尺寸：37.8*37.8*13m；垂荡板尺寸：37.8*37.8；作业水深：1500m；预估重量：18150吨。

2.1总体建造方法概述根据该平台的结构特点，如果按照常规的坞内建造或船台建造的方法，不仅对建造资源的依存度很大，而且漂浮或下水非常困难，考虑到国内船厂的现有资源，我们认为该平台应当采用卧式合拢，拖移下水的平地建造法。

深水半潜式生产平台立管系统配置研究左亚东;李福建【摘要】深水立管是连接海底油气田和海上生产设施之间的关键结构,该文重点研究深水半潜式生产平台的立管系统配置.工程开发模式确定是立管系统配置的基础.文中对比分析了适用于深水半潜式生产平台的开发模式,对不同立管类型进行适用性和优缺点对比分析,以确定适用于半潜式生产平台的最佳立管形式;并且对水下井口系统进行研究,结合目标平台的主要技术指标来配置立管系统.为后续分析平台立管载荷、立管系统与平台水动力耦合分析、立管系统强度及疲劳分析等工作打下基础.【期刊名称】《船舶》【年(卷),期】2018(029)005【总页数】9页(P150-158)【关键词】半潜式生产平台;立管系统;开发模式;立管配置【作者】左亚东;李福建【作者单位】中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011;中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011【正文语种】中文【中图分类】U674.38引言随着近岸浅水水域油气产量的降低，众多石油公司已将注意力转移到远离海岸的深水区域。

国际能源机构统计数字表明，海洋油气总储量的约44%蕴藏在大于2000 m的深水区［1］。

传统的固定式平台已经不能适应这种深海海洋工程的需求，取而代之的是浮式结构物，包括以油轮为基础的FPSO、半潜式平台、张力腿平台和SPAR 平台等。

深水立管是连接海底油气田和海上浮体之间的关键结构，是深水油气田开发最为关键的技术之一，也是深水油气开发的重要基础设施之一。

立管是一套具有许多附加部件的复杂管系。

立管表面一般装有保温层、浮力块、减振装置、传感器等附属物。

对于浮式深海平台系统，一方面立管的长度很长，可以从几百米到几千米；另一方面，除海底井口和平台底部外，立管的其他地方没有固定支撑。

因此对立管的强度和疲劳要求很高。

立管按具体结构形式可以分为以下5种：（1）顶部张紧式立管（Top Tension Riser）;（2）钢悬链立管（Steel Catenary Riser）;（3）柔性立管（Flexible Riser）;（4）塔式混合立管（Hybrid Tower Riser）。

国外历史：1961年，北海海域建造的一座浮动式工具平台，主要用于海洋研究工作。

20世纪70年代，北海的中等水深中建造了一座Brent spar平台，用作石油的储藏和装卸中心1987 年, Edward E. Horton 设计了一种专用于深海钻探和采油工作的Spar 平台, 并以此申请了技术专利, 之后, Spar 平台才开始正式应用于海上采油领域.1998年9月，世界上第一座spar平台Neptune spar海王星就经历了两次台风的考验，其中最大的一次乔治台风引起的巨浪高达9.75m，稳定风速为78kn。

结果，在台风中平台运动响应的实际记录比事先预计的响应还要稍小一些，整个平台安然无恙，表现出了很好的安全性。

国内现状2010年10月15日，由中船重工民船研发中心牵头，中国船舶重工集团公司第七0二研究所、中国石油集团海洋工程有限公司、天津大学和上海交通大学参研的高技术船舶科研计划“立柱式生产平台(SPAR)关键设计技术研究”项目顺利通过了工业和信息化部装备工业司组织的研制任务书评审。

Spar种类海王星是世界上第一座spar平台。

其建造后显示了良好的性能，后续又建造了创世纪和戴安娜 spar。

创世纪 Genesis Spar 安装了一座钻探深度可达7 620 m 的全装钻塔, 具备自行钻探的能力, 是世界上第1 座钻探和采油Spar 平台Classic spar的缺点：Classic spar的中段很长，半径也很大，建造时要消耗大量的钢材。

减少了有效载荷，其主要作用仅仅是控制结构载荷以及保护立管，经济性较差。

为了克服这些缺点, 人们设计出了新型的Truss Spar。

Truss Spar 的主要特点是中段为X 型空间梁桁架结构, 与传统的导管架相似。

用桁架代替中段的圆柱可降低钢材重量, 这对于像Spar 这样的浮式平台是极其重要的。

另外, 这种结构可显著地减少海流载荷, 降低系泊张力。

由于桁架都是空心的，在平时的使用中也可以提供浮力。

海上风机半潜式基础概念设计与水动力性能分析唐友刚;桂龙;曹菡;秦尧【摘要】The semi-submersible floating foundation was conceptually designed to support a generic 5 MW wind turbine that has a large response to hydrodynamics.The motion responses and survivability of the floating foundation were ana-lyzed under different wind and wave environments.The structure system of wind turbine and the hydrodynamic model were established using loads of blade aerodynamics, loads of wind and wave, and coupled floating foundation and moor-ing system.The blade aerodynamic load was obtained by the blade element momentum theory and the load transfer func-tion was calculated in the frequency domain.The dynamic responses in the time domain was calculated under different wind and wave circumstances for the wind turbine of the floating foundation.The survivability of the semi-submersible floating foundation under extreme sea conditions was assessed.It is shown that the motion performance of the semi-sub-mersible floating foundation isgood.Furthermore, under extreme sea states the safety factor of each mooring line was seen as being above 1.67.The safety factor of all of the other lines was above 1.33, which included one line broken.It is proven that the floating foundation and its mooring system have enough capacity of resisting extreme sea state.%针对5 MW海上风机动力响应较大的问题，提出了半潜型浮式基础的概念设计，研究了半潜式浮式基础在不同风浪环境下的运动响应和生存能力。