半潛式平臺(tái)運(yùn)動(dòng)性能與活動(dòng)垂蕩板減振系統(tǒng)研究.pdf

1、我國(guó)南海油氣資源儲(chǔ)量豐富，約占中國(guó)石油總儲(chǔ)量的三分之一。近年來，隨著能源需求的增加，海洋石油的開采日益受到人們的重視。但由于我國(guó)深水油氣開采能力較差，目前國(guó)內(nèi)的海洋石油開發(fā)，僅局限于渤海和北部灣等淺海海域，南海深水區(qū)域的油氣開發(fā)接近空白。由于水深的增加導(dǎo)致固定式平臺(tái)成本的大幅增加而不宜用于深水油氣的開發(fā)，適用于深水油氣開發(fā)的浮式平臺(tái)已成為研究的熱點(diǎn)。
　　深水浮式平臺(tái)的研究和應(yīng)用始于上個(gè)世紀(jì)60年代，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在發(fā)達(dá)國(guó)家已

2、經(jīng)形成了完備的技術(shù)。而我國(guó)深水浮式平臺(tái)起步較晚，缺乏自主的關(guān)鍵技術(shù)。平臺(tái)技術(shù)的落后不僅嚴(yán)重制約了我國(guó)深海油氣資源的開發(fā)，同時(shí)也阻礙了我國(guó)參與國(guó)外深海油氣開發(fā)。因此，深水浮式平臺(tái)的研究對(duì)我國(guó)海洋工業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。本文以半潛式平臺(tái)為例，對(duì)平臺(tái)在風(fēng)浪聯(lián)合作用下平臺(tái)運(yùn)動(dòng)性能，以及平臺(tái)垂蕩響應(yīng)的控制方案進(jìn)行了研究。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先，歸納了浮式平臺(tái)的主要結(jié)構(gòu)型式（包括張力腿平臺(tái)、Spar平臺(tái)、FPSO和半

3、潛式平臺(tái)等），闡述了各平臺(tái)結(jié)構(gòu)型式的力學(xué)特點(diǎn)及其發(fā)展過程，并對(duì)一些新型的平臺(tái)結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。同時(shí)，對(duì)浮式平臺(tái)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。
　　第二，對(duì)半潛式平臺(tái)的風(fēng)荷載及表面風(fēng)壓進(jìn)行了數(shù)值和實(shí)驗(yàn)研究。數(shù)值研究中基于N-S方程，選擇剪切應(yīng)力運(yùn)輸湍流模型、二階迎風(fēng)格式離散方法和三維穩(wěn)態(tài)隱式解法，進(jìn)行了平臺(tái)風(fēng)荷載和表面風(fēng)壓的數(shù)值計(jì)算。制作了1：100和1:150的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，分別用于測(cè)壓和測(cè)力的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，并通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)對(duì)研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了測(cè)

4、量。通過對(duì)數(shù)值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，得到了各風(fēng)向角作用下平臺(tái)的風(fēng)力系數(shù)和風(fēng)壓分布規(guī)律，并分析了平臺(tái)傾角對(duì)其風(fēng)荷載的影響。
　　第三，對(duì)半潛式平臺(tái)在風(fēng)浪聯(lián)合作用下的水平運(yùn)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值和實(shí)驗(yàn)研究。數(shù)值研究中平臺(tái)的風(fēng)荷載采用第二章所得結(jié)果，波浪荷載由邊界元方法計(jì)算確定，錨泊系統(tǒng)的拉力采用分段外推校正法計(jì)算確定，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了平臺(tái)水平響應(yīng)的數(shù)值計(jì)算，得到了研究結(jié)果。制作了1：100的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，通過風(fēng)洞浪槽實(shí)驗(yàn)對(duì)風(fēng)浪聯(lián)合作用下平臺(tái)的水平響

5、應(yīng)進(jìn)行了測(cè)量。通過數(shù)值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，得到了各種海況條件下平臺(tái)的水平運(yùn)動(dòng)響應(yīng)時(shí)程曲線，并分析了風(fēng)對(duì)平臺(tái)水平運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響。
　　第四，對(duì)半潛式平臺(tái)的氣隙響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值和實(shí)驗(yàn)研究。數(shù)值研究中采用了時(shí)域格林函數(shù)方法，計(jì)算了平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)及波面時(shí)程，并由二者計(jì)算得出了平臺(tái)甲板下表面的氣隙響應(yīng)。采用第三章的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，進(jìn)行了平臺(tái)甲板下表面波浪砰擊實(shí)驗(yàn)。通過數(shù)值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，得到了平臺(tái)甲板下表面各點(diǎn)的氣隙響應(yīng)時(shí)程曲線，確定了平臺(tái)甲板下表

6、面易受波浪砰擊的區(qū)域。
　　第五，根據(jù)調(diào)頻質(zhì)量阻尼器（TMD）的原理，設(shè)計(jì)了帶有活動(dòng)垂蕩板的半潛式（MHS）平臺(tái)結(jié)構(gòu)型式，提出了這種平臺(tái)垂蕩響應(yīng) RAO的數(shù)值計(jì)算方法，優(yōu)化了平臺(tái)主體和垂蕩板的連接剛度，并通過增大主體下浮體體積的方法，對(duì)平臺(tái)主體的偏轉(zhuǎn)性能進(jìn)行了改進(jìn)。
　　最后，參考 Truss-spar平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了適用于承載風(fēng)機(jī)的Truss-spar-buoy浮式平臺(tái)結(jié)構(gòu)。通過數(shù)值方法，研究了風(fēng)機(jī)對(duì)平臺(tái)的影響，并對(duì)