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多筒式FDPSO概念设计及水动力性能研究
作 者: 赵志娟
导 师: 唐友刚
学 校: 天津大学
专 业: 船舶与海洋工程
关键词: 多筒式FDPSO 水动力性能 运动分析 系泊系统 疲劳寿命
分类号: U674.38
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
目前船型FPSO在海上油气开采领域得到广泛应用,其不足是耐波性能差,单点系统容易发生不同形式的破坏,寿命短。因此,开发不同于船型的FPSO及其系泊系统,是目前国内外海上油气工程领域研究的热点问题。本文基于目前已有的新概念FPSO的优势,进行结构外形和功能创新,提出一种全新外形的多筒式FDPSO。并对其结构尺寸、建造材料、装载情况和系泊形式进行详细的概念设计。关于原油的储存本文利用“罐中罐”储油方式,不仅具有干式储油的优点,还克服了储卸过程整体重心变化大的不足,降低了原油储卸过程对结构运动性能的影响。采用SESAM商业软件,以多筒式FDPSO的水动力性能为主要研究对象,针对中国南海海域环境条件,对多筒式FDPSO的水动力性能进行了详细的数值模拟研究。首先,建立精细的有限元模型,采用三维势流理论对多筒式FDPSO进行频域分析,得到浮体运动响应传递函数和响应谱。然后考虑系泊系统和浮体之间的耦合作用,通过时域分析方法计算浮体时域运动响应和系缆张力,并对系泊缆索的疲劳寿命进行了研究。结果表明多筒式FDPSO具有优良的运动性能,设计的系泊系统能够满足中国南海海域钻井作业工况和自存工况要求。综上所述,本文从多筒式FDPSO的概念设计、水动力性能、系泊方式及系泊疲劳寿命等多方面着手,提出了适合中国南海海域作业的新型FDPSO,为我国系统研究新型FDPSO关键技术提供理论依据和技术支持。
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全文目录
摘要 3-4 ABSTRACT 4-8 第一章 绪论 8-13 1.1 课题研究背景 8-9 1.2 本论文课题研究意义 9-10 1.3 新型 FPSO 国内外研究现状 10-11 1.4 本文主要工作 11-13 第二章 多筒式 FDPSO 分析理论与方法 13-24 2.1 风和风载荷计算 13-15 2.1.1 风速和风谱 13-14 2.1.2 风载荷计算 14-15 2.2 南海海域海流速度和海流载荷计算 15-16 2.2.1 海流速度分布 15 2.2.2 海流载荷 15-16 2.3 多筒式 FDPSO 一阶波浪载荷计算 16-19 2.3.1 线性波浪理论 17 2.3.2 随机波浪理论 17-18 2.3.3 三维势流理论 18-19 2.4 多筒式 FDPSO 二阶波浪载荷计算 19-23 2.4.1 二阶平均波浪力 19-22 2.4.2 慢漂力 22 2.4.3 慢漂阻尼 22-23 2.5 多筒式 FDPSO 设计海况 23 2.6 本章小结 23-24 第三章 多筒式 FDPSO 结构设计及装载工况确定 24-34 3.1 设计思路和方法 24-25 3.1.1 浮体固有周期 24-25 3.1.2 稳性分析 25 3.2 多筒式 FDPSO 结构形式设计 25-29 3.2.1 基本尺寸 26-27 3.2.2 液体和材料密度 27 3.2.3 多筒式 FDPSO 稳性结果 27-29 3.3 多筒式 FDPSO 系泊系统设计 29-30 3.4 原油输送流程和装载工况 30-32 3.4.1 多筒式 FDPSO 原油输送流程 30-31 3.4.2 原油外输方式确定 31-32 3.4.3 多筒式 FDPSO 装载工况 32 3.5 结构优势和技术特点 32-33 3.6 本章小结 33-34 第四章 多筒式 FDPSO 运动响应频域分析 34-51 4.1 频域分析模型 34-35 4.1.1 坐标系定义 34 4.1.2 有限元模型 34-35 4.1.3 质量模型 35 4.2 频域运动方程 35-36 4.3 线性化粘性阻尼矩阵 36-37 4.4 传递函数 RAO 和响应谱短期统计 37-38 4.5 短期预报 38 4.6 频域计算结果 38-48 4.6.1 运动响应及一阶波浪载荷传递函数 39-41 4.6.2 附加质量及辐射阻尼系数 41-42 4.6.3 多筒式 FDPSO 运动响应谱及短期统计 42-45 4.6.4 多筒式 FDPSO 短期预报结果 45-46 4.6.5 二阶波浪力 46-48 4.7 固定式压载舱缝隙的作用 48-50 4.8 本章小结 50-51 第五章 多筒式 FDPSO 运动响应时域分析 51-62 5.1 系泊系统耦合分析 51 5.2 时域运动方程 51-52 5.3 设计工况及安全校核规范 52-53 5.4 时域分析模型 53-54 5.5 计算结果 54-61 5.5.1 多筒式 FDPSO 系泊校核 55-57 5.5.2 多筒式 FDPSO 运动特征 57-61 5.6 本章小结 61-62 第六章 多筒式 FDPSO 系泊缆索疲劳寿命分析 62-74 6.1 S-N 曲线 62-64 6.2 Miner 线性累积损伤 64-65 6.3 雨流计数法 65 6.4 海况及波浪散布图 65-66 6.5 系泊缆索疲劳寿命计算结果 66-73 6.6 本章小结 73-74 第七章 全文总结 74-76 7.1 研究工作结论 74 7.2 本文创新点 74-75 7.3 展望 75-76 参考文献 76-80 发表论文和参加科研情况说明 80-81 致谢 81
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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 各种船舶 > 工程船 > 海洋开发船
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