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FPSO单点系泊系统运动响应分析

作　者: 刘晓健
导　师: 王志东
学　校: 江苏科技大学
专　业: 船舶与海洋工程
关键词: FPSO 单点系泊运动响应串靠外输 AQWA
分类号: U674.38
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

内转塔式单点系泊 FPSO具有适应水深范围较大、抵抗海洋环境能力较强、经济性相对良好的优点，因此已经成为海洋工程领域研究的热点。其中单点系泊系统及FPSO与驳船串靠外输模式下的运动响应预报是目前急需解决的重要问题，开展系泊系统设计与多体耦合运动响应研究对于保障FPSO的运输安全具有重要的指导意义。本文采用基于三维势流理论的AQWA软件进行FPSO单点系泊系统及串靠外输系统的水动力分析及耦合运动的实时数值预报。本文对FPSO微幅波诱导下的水动力进行了分析，得到了附加质量、辐射阻尼、一阶波激力、平均二阶漂移力和运动响应幅值算子随水深、吃水深度、入射浪向角的变化规律。在水动力计算结果的基础上，本文对FPSO的系泊系统进行了初步设计，并对深水FPSO及张紧式单点系泊系统耦合动力响应进行了计算分析。针对1000米水深，百年一遇海况下的FPSO系泊系统耦合运动响应进行了实时数值预报，得出了不同风、浪、流方向组合下FPSO的平衡位置、运动响应及系泊缆张力的时域统计结果，结果指出FPSO系泊系统的安全系数在浪、流同向，斜风或侧风时偏小。为提高FPSO系统的作业安全，增加其使用寿命，应尽量减小平台的水平偏移量、增加系泊系统的安全系数，本文针对这两个要求，探讨了内转塔位置、张紧式系泊缆材料分布、系泊缆预张力大小与方向、系泊缆数量、系泊缆布置形式等参数对FPSO系泊性能的影响，在综合考虑所有参数影响规律的基础上，提出了一套1000m内转塔式单点系泊系统的优选方案：其中转塔距船艏柱25%Lpp，系泊半径1500m，缆长1775m，下端钢链占总长9%，中段聚酯缆占总长90%，上端钢链占总长1%，预张力3367.3KN，预张力倾角36°，缆绳9根（3组×3根/组），每组三根缆间夹角5°，并对该系泊系统进行了完整工况及破损工况下的强度校核，均可满足FPSO系泊定位的工程要求。本文开展了1000米水深内转塔式单点系泊FPSO串靠外输多体系统的水动力干扰和不同内转塔位置下串靠外输多体系统运动特性研究，研究结果表明，两船的装载情况对FPSO水动力性能影响较大，内转塔距船艏25%Lpp处较为合理，这与FPSO单体运动响应的结果相一致，本文的计算分析结果对内转塔式单点系泊FPSO的设计及外输系统的设计有一定指导意义。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-13
第1章绪论  13-24
  1.1 研究背景与意义  13-16
  1.2 国内外研究现状以及发展趋势  16-22
    1.2.1 FPSO 与系泊立管系统耦合水动力预报分析研究进展  16-18
    1.2.2 FPSO 与穿梭油轮组成的多浮体系统水动力研究进展  18-19
    1.2.3 FPSO 系泊系统设计分析研究进展  19-22
  1.3 AQWA 软件介绍  22-23
    1.3.1 AQWA 软件基本理论  22
    1.3.2 AQWA 功能模块介绍  22-23
  1.4 论文主要研究内容  23-24
第2章 FPSO 水动力及运动响应计算的势流理论基础  24-32
  2.1 概述  24-25
  2.2 三维势流问题的解  25-31
    2.2.1 坐标系建立  25
    2.2.2 速度势及其定界条件  25-28
    2.2.3 格林函数的引入  28-31
  2.3 本章小结  31-32
第3章规则波中 FPSO 的水动力性能分析  32-55
  3.1 引言  32
  3.2 水动力计算分析理论  32-36
    3.2.1 附加质量和辐射阻尼系数  32-33
    3.2.2 一阶波激力  33-34
    3.2.3 二阶波浪力  34-36
    3.2.4 运动响应  36
  3.3 水动力计算分析结果  36-54
    3.3.1 模型建立  36-38
    3.3.2 入射波设置  38
    3.3.3 不同水深下 FPSO 的水动力性能计算与分析  38-45
    3.3.4 不同装载（不同吃水）下的水动力性能计算与分析  45-50
    3.3.5 波浪不同浪向角入射时的水动力性能计算与分析  50-54
  3.4 本章小结  54-55
第4章不规则波中 FPSO 与单点系泊系统的耦合动力响应分析  55-76
  4.1 引言  55
  4.2 FPSO 动力响应计算分析理论  55-58
    4.2.1 风载荷  55-56
    4.2.2 流载荷  56
    4.2.3 波浪载荷  56-57
    4.2.4 系泊张力  57
    4.2.5 时域运动方程  57-58
  4.3 深水 FPSO 及张紧式系泊系统耦合动力响应计算分析结果  58-65
    4.3.1 海洋环境条件  58-59
    4.3.2 锚泊缆参数  59-62
    4.3.3 不同水深下 FPSO 及张紧式系泊系统耦合动力响应结果  62-65
  4.4 1000m 水深 FPSO 及系泊系统耦合动力响应计算分析结果  65-75
    4.4.1 风浪流组合环境条件  65-66
    4.4.2 风浪流不同方向组合下 FPSO 及张紧式系泊系统耦合动力响应结果  66-71
    4.4.3 有系泊缆断裂情况下的时域动力响应结果  71-75
  4.5 本章小结  75-76
第5章系泊系统参数对 FPSO 系统动力效应的影响分析  76-91
  5.1 引言  76
  5.2 不同内转塔位置对 FPSO 系统动力效应的影响  76-79
  5.3 系泊缆材料分布对 FPSO 系统动力效应的影响  79-81
  5.4 系泊缆预张力对 FPSO 系统动力效应的影响  81-83
    5.4.1 系泊缆预张力倾角对 FPSO 系统动力效应的影响  81-82
    5.4.2 系泊缆预张力对 FPSO 系统动力效应的影响  82-83
  5.5 系泊缆布置对 FPSO 系统动力效应的影响  83-86
    5.5.1 系泊缆分布形式对 FPSO 系统动力效应的影响  83-85
    5.5.2 组式系泊缆间角度的影响  85-86
  5.6 系泊缆数量对 FPSO 系统动力效应的影响  86-87
  5.7 系泊系统优选及其优选方案下的动力性能分析  87-90
  5.8 本章小结  90-91
第6章 FPSO 串靠外输模式下多体系统水动力干扰及运动特性分析  91-101
  6.1 引言  91
  6.2 串靠外输时 FPSO 与驳船的水动力干扰分析  91-96
    6.2.1 计算模型  91-92
    6.2.2 计算结果分析  92-96
  6.3 串靠外输时 FPSO驳船多体系统运动响应分析  96-100
    6.3.1 计算模型  96-97
    6.3.2 计算结果分析  97-100
  6.4 本章小结  100-101
第7章总结与展望  101-103
  7.1 总结  101-102
  7.2 展望  102-103
参考文献  103-107
攻读硕士学位期间发表的学术论文  107-108
致谢  108

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