多因素下张力腿平台耦合动力响应特性研究

深水浮式平台的类型深海有着强大的油气资源储备。

不断涌现的各种新型采油平台技术促进着深海采油技术的高速发展，这些技术概括起来可分为四大类：张力腿式平台(TLP)，单筒式平台(SPAR)，半潜式平台(SEMI)和浮(船)式生产平台(FPSO)。

在每一大类中，又有很多不同的技术概念。

下面就不同型式的平台使用和特点分别做介绍。

图1：深水平台类型一、深海张力腿平台的发展概况及发展趋势图2：张力腿平台的发展自1954年美国的提出采用倾斜系泊方式的索群固定的海洋平台方案以来，张力腿平台（TLP）经过近50年的发展，已经形成了比较成熟的理论体系。

1984年第一座实用化TLP——Hutton平台在北海建成之后，TLP在生产领域的应用也越来越普遍，逐渐成为了当今世界深海采油领域的两大主力军之一(另一种当前广泛使用的深海采油平台是Spar,将在后面部分中进行详细介绍)。

进入上个世纪90年代之后，TLP平台的发展进一步加速，在生产区域方面，TLP的应用已经从北海和墨西哥湾扩展到了西非沿海；在平台种类方面，TLP已经在原有的传统类型TLP基础上，发展出了Mini-TLP、ETLP等多种新概念张力腿平台，加之不断地采用最新地科学技术，TLP平台在降低成本，提高适应性、稳定性和安全性地道路上取得了长足地进步。

下面将简要介绍张力腿平台的总体结构，然后对1990年之后TLP平台的发展状况进行详细的论述。

1、张力腿平台总体结构简介张力腿平台（TensionLegplatform,简称TLP）是一种典型的顺应式平台，通过数条张力腿与海底相连。

张力腿平台的张力筋腱中具有很大的预张力，这种预张力是由平台本体的剩余浮力提供的。

在这种以预张力形式出现的剩余浮力作用下，张力腿时刻处于受预拉的绷紧状态，从而使得平台本体在平面外的运动（横摇、纵摇、垂荡）近于刚性，而平面内的运动（横荡、纵荡、首摇）则显示出柔性，环境载荷可以通过平面内运动的惯性力而不是结构内力来平衡。

AQWA和HARP在TLP整体性能分析中的应用对比高静坤;梁园华;刘浩;韦斯俊;杨清峡【摘要】利用水动力分析软件AQWA和HARP分别对中国南海水深400 m左右的某潜在开发油田拟采用的张力腿平台进行波浪绕射/辐射、静态偏移和自由衰减分析,与模型试验结果进行对比结果表明,AQWA和HARP都能用于张力腿平台的波浪绕射/辐射分析、静态偏移和自由衰减分析,但是在进行时域动态耦合分析时,HARP软件对于二阶波浪载荷的预报比AQWA软件更为准确.%A global performance of tension leg platform (TLP), which is potentially applied in China South sea, was analyzed by using hydrodynamic analysis software AQWA and HARP.The analysis on wave diffraction and radiation, static offset and free decay was performed by using these two software and the results were compared to the model test results.Coupled dynamic analysis in time domain was performed to predict the TLP motion in 1000-years sea state.The results showed that AQWA and HARP can both be used in analysis on wave diffraction and radiation, static offset and free decay of TLP, while HARP is more suitable in coupled dynamic analysis for TLP in time domain than AQWA.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2017(046)004【总页数】5页(P156-160)【关键词】张力腿平台;整体性能分析;AQWA;HARP【作者】高静坤;梁园华;刘浩;韦斯俊;杨清峡【作者单位】中海石油(中国)有限公司深圳分公司,广东深圳 518000;中国船级社海工技术中心,北京 100007;中海石油(中国)有限公司深圳分公司,广东深圳518000;中国船级社海工技术中心,北京 100007;中国船级社海工技术中心,北京100007【正文语种】中文【中图分类】U674.38随着海洋油气开发不断向深水挺进，适用于深海的新型浮式平台逐渐成为深海油气开发的首选。

第21卷第4期装备环境工程2024年4月EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING·109·某海域极端环境下15万吨级FPSO波浪荷载数值研究刘中柏1，高宁波2*，唐鑫彤3，徐业峻1（1.中海油能源发展股份有限公司采油深圳分公司，广东 深圳 518052；2.武汉船舶职业技术学院，武汉 430050；3.中国船级社海工技术中心，天津 300457）摘要：目的评估在役15万吨级FPSO在某海域百年一遇极端波浪作用下典型横剖面的水动力特性，进而得到FPSO的极值荷载，作为FPSO返坞改造的关键控制参数。

方法基于国产自主三维频域线性势流软件COMPASS-WALCS，建立15万吨级FPSO湿表面网格模型，根据三维绕射-辐射理论，计算湿表面上的水动力荷载，将每个绕射单元上的水动压力直接映射到结构模型上进行计算。

采用谱分析方法对百年一遇海况进行分析，得到短期运动极值响应。

对响应幅值算子（RAO）和波能谱密度进行谱分析，得到极端波浪下的响应谱，进而得到浮体运动和波浪荷载短期预报各种统计值，利用统计方法求得短期响应的最大值。

结果计算了船中部Fr143横剖面的载荷极值，即垂向弯矩、垂向剪力、剖面型心加速度等，发现船舶迎浪时弯矩值最大，随着浪向角增大，弯矩值逐渐减小，剖面垂向剪力则随着浪向角增大逐渐增大。

结论 FPSO 在极端波浪作用下，其大迎浪角条件下荷载更加危险，需要给予格外关注。

关键词：浮式生产储卸油装置；势流理论；极端波浪；响应幅值算子；水平弯矩；加速度中图分类号：TG630 文献标志码：A 文章编号：1672-9242(2024)04-0109-07DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2024.04.013Wave Loads of a 150 000-ton FPSO in Extreme Environment of a Sea AreaLIU Zhongbai1, GAO Ningbo2*, TANG Xintong3, XU Yejun1(1. CNOOC Energy Technology & Service-Oil Production Services Co., Guangdong Shenzhen 518052, China;2. Wuhan Institute of Shipbuilding Technology, Wuhan 430050, China;3. China Classification SocietyOcean Engineering Technology Center, Tianjin 300457, China)ABSTRACT: The work aims to evaluate the hydrodynamic characteristics of a typical cross section of a 150 000-ton FPSO un-der extreme wave conditions, occurring in a once-in-a-century wave climate in the South China Sea to obtain the extreme load imposed on the FPSO and use it as a critical control parameter for the FPSO’s dry-dock retrofit. Based on the domestically de-veloped 3D frequency-domain linear potential flow software COMPASS-WALCS, a wet surface grid model of the 150 000-ton FPSO was constructed. The three-dimensional diffraction-radiation theory was used to calculate the hydrodynamic loads on wet收稿日期：2024-03-05；修订日期：2024-04-01Received：2024-03-05；Revised：2024-04-01基金项目：中国博士后科学基金（2017M612541）Fund：China Postdoctoral Science Foundation (2017M612541)引文格式：刘中柏, 高宁波, 唐鑫彤, 等. 某海域极端环境下15w吨级FPSO波浪荷载数值研究[J]. 装备环境工程, 2024, 21(4): 109-115. LIU Zhongbai, GAO Ningbo, TANG Xintong, et al.Wave Loads of a 150,000-ton FPSO in Extreme Environment of a Sea Area[J]. Equipment Environmental Engineering, 2024, 21(4): 109-115.*通信作者（Corresponding author）·110·装备环境工程 2024年4月surface and the water pressure results on each diffraction unit were directly mapped onto the structural model for computation.Spectral analysis was employed to analyze the once-in-a-century wave climate resulting in short-term extreme motion responses.By analyzing the response amplitude operator (RAO) and wave energy spectral density, the response spectrum under extreme waves was obtained to predict various statistical values for the short-term vessel motion and wave loads. Statistical method was used to determine the maximum short-term response. The extreme load values of Fr143 cross section in the middle of the ship, namely vertical bending moment, vertical shear force and profile center acceleration, were calculated. It was found that the bending moment of the ship was the largest when facing the wave, and the bending moment gradually decreased with the in-crease of the wave angle, while the vertical shear force of the cross section gradually increased with the increase of the wave an-gle. It can be concluded that the FPSO experiences more hazardous loads when facing extreme waves at large wave angles which require special attention and consideration.KEY WORDS: FPSO; potential theory; extreme wave; RAO; horizontal bending moment; acceleration海上油气开采是海洋经济的重要组成部分，其依赖于各种海洋平台完成油气钻探和生产作业。

多功能型波浪能装置研究进展范亚宁;彭伟;郑金海【摘要】As a clean, non-polluting energy, wave energy is expected to improve the existing energy structure. As the development of wave energy devices is constrained by the high cost of construction and maintenance, the concept of multifunctional wave energy devices has been proposed. These devices can be used to extract wave energy, at the same time, employed as the foundation for breakwaters, offshore wind turbines, tidal turbines, photovoltaics or desalination. In this paper,the technical characteristics of multifunctional wave energy devices are emphasized and the latest research progress in the efficiency of wave energy conversion, power output, dynamic response and power-take-off system are highlighted. Finally, suggestions for the development of multifunctional wave energy devices are concluded, which is of great value to the researches on multifunctional wave energy devices in the future.%波浪能具有清洁无污染的特点,可以改善现有的能源结构.由于波浪能发电装置的研发受制于建造和维护成本过高这一瓶颈,专家们提出了多功能型波浪能装置的设计方案.除了波浪能发电之外,多功能型波浪能装置还具有防波堤消浪、海上风机发电、潮汐能发电、潮流能发电、光伏发电和海水淡化等用途.文章重点阐述了多功能型波浪能装置的技术特点以及波浪能捕获效率、电力输出、装置结构的动力响应和动力摄取系统等方面的最新研究进展,并对多功能型波浪能装置的发展提出了建议,对于未来多功能型波浪能装置的研发具有参考价值.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2018(036)004【总页数】9页(P617-625)【关键词】多功能型波浪能装置;波浪能捕获效率;电力输出;动力响应;动力摄取系统【作者】范亚宁;彭伟;郑金海【作者单位】河海大学港口海岸与近海工程学院,江苏南京210098;河海大学港口海岸与近海工程学院,江苏南京210098;河海大学港口海岸与近海工程学院,江苏南京210098【正文语种】中文【中图分类】TK79;P743.20 前言近些年来，以波浪能为代表的海洋可再生能源由于储量巨大和分布广泛，越来越受到人们的关注。

海洋平台30题答案红字的为待完善或不确定的1.海洋平台按运动⽅式分为哪⼏类？列举各类型平台的代表？固定式平台导管架平台活动式平台着底式平台（坐底式平台、⾃升式平台）漂浮式平台（半潜式平台、钻井船）。

半固定式平台牵索塔式平台（Spar）：张⼒腿式平台（TLP）：2.海洋平台有哪些类型？各有哪些优缺点？固定式平台优点：整体稳定性好，刚度较⼤，受季节和⽓候的影响较⼩，抗风暴的能⼒强缺点：机动性能差, 较难移位重复使⽤活动式平台优点：机动性能好缺点：整体稳定性较差，对地基及环境条件有要求半固定式平台优点：适应⽔深⼤，优势明显缺点：较多技术问题有待解决3.设计半潜式平台的关键技术有哪些？总体设计技术、系统集成技术、钻井系统集成与钻井设备技术、平台定位技术、结构强度与疲劳寿命分析技术、平台制造技术等。

（深⽔半潜式）4.设计SPAR平台的关键技术有哪些？⽬前对Spar平台的研究主要集中在平台动⼒响应、系泊系统、疲劳分析、垂荡板和侧板的设计研究以及平台主体与系泊系统、平台构件之间的相互作⽤的耦合分析,同时,浮⼒罐与⽀架间的碰撞问题近年来也成为研究的热点问题之⼀5.海洋平台的设计载荷分为哪三类？各类载荷的定义？使⽤荷载：平台安装后，在整个使⽤期间，平台受到的除环境荷载以外的各种荷载。

环境荷载：由海洋的风、波浪、海流、海冰和地震等⽔⽂和⽓象要素在海洋平台上引起的荷载。

施⼯荷载：平台在施⼯期间所受到的荷载，是发⽣在建造、装船、运输、下⽔、安装等阶段的暂时性荷载。

6.在导管架平台建造过程中常见的施⼯措施有哪些？吊装⼒：平台预制和安装过程中对平台组件的起吊⼒。

装船⼒：直接吊装&滑移装船，强度&稳性校核。

运输⼒：驳船装运&浮运，⽀撑⼒&拖航⼒。

下⽔⼒和扶正⼒：导管架平台安装。

安装期地基反⼒：地基的⽀撑⼒。

7.在海洋平台服役的过程中使有载荷有哪些？同下8.试分析活动载荷和固定载荷有哪些？固定荷载：作⽤在平台上的不变荷载，当⽔位⼀定时荷载为⼀定值。

考虑二阶波浪荷载效应的海上TLP浮式风机分析金辉;王腾【摘要】基于多数专业风机数值模拟软件只可进行一阶波浪荷载计算这一缺点,文中将以AQWA为基础,利用其可进行二次开发的技术优势,通过实时调用风机气动荷载,实现海上TLP浮式风机分析。

分析中,浮式风机平台一阶、二阶波浪荷载由AQWA计算,实时调用的气动荷载由动态链接库提供。

该动态链接库主要包含了根据叶素动量定理自行编译的气动荷载计算程序。

经过与FAST比较,得知该方法能满足分析需求。

垂荡、纵摇力的二阶效应尤为明显。

仅计算浮式风机平台波浪荷载时,可以不考虑风荷载的影响,但必须考虑平台运动的影响,波浪荷载主要受纵荡、纵摇运动影响,几乎不受垂荡运动的影响;当研究浮式风机平台运动时,必须考虑风荷载和二阶波浪荷载的影响,二阶波浪荷载使得平台响应在整个频率范围内都明显增大。

张力筋腱张力受二阶波浪荷载的作用更明显。

【期刊名称】《海洋技术学报》【年(卷),期】2019(038)001【总页数】7页(P66-72)【关键词】气动荷载;波浪荷载;浮式风机;叶素动量理论;AQWA【作者】金辉;王腾【作者单位】[1]中国石油大学(华东)船舶与海洋工程系,山东青岛266580;[1]中国石油大学(华东)船舶与海洋工程系,山东青岛266580;【正文语种】中文【中图分类】TM315数值模拟作为评估风机各项性能的最经济方法，一直是人们研究的重点方向。

用数值模拟对风机响应的研究很多。

如马钰等[1]用FAST对风浪环境下浮式风机响应进行了研究，分析中需先用WAMIT计算出与频率有关的一阶水动力，经时域转化并导入到FAST后方可进行整体性能分析，该方法尚不能考虑二阶波浪荷载的作用。

HAWC2[2]分析海上浮式风机时，水动力荷载由莫里森方程计算[3]，若要详细地计算水动力荷载，需开发出可实时调用WAMIT或SIMO/RIFLEX等软件的动态链接库。

上述分析中，虽然保证了风荷载计算的精度，但要借助第三方水动力软件进行波浪荷载的计算，其缺点是频域荷载转化为时域荷载时存在误差且不能计算二阶波浪荷载，或者对于非软件开发人员，难以高效地实现多个进程之间数据的实时传递。