半潛式平臺運動性能與活動垂蕩板減振系統(tǒng)研究.pdf

1、我國南海油氣資源儲量豐富，約占中國石油總儲量的三分之一。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。但由于我國深水油氣開采能力較差，目前國內(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)的浮式平臺已成為研究的熱點。
　　深水浮式平臺的研究和應(yīng)用始于上個世紀(jì)60年代，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在發(fā)達國家已

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

3、潛式平臺等），闡述了各平臺結(jié)構(gòu)型式的力學(xué)特點及其發(fā)展過程，并對一些新型的平臺結(jié)構(gòu)型式進行了簡要介紹。同時，對浮式平臺的研究現(xiàn)狀進行了綜述。
　　第二，對半潛式平臺的風(fēng)荷載及表面風(fēng)壓進行了數(shù)值和實驗研究。數(shù)值研究中基于N-S方程，選擇剪切應(yīng)力運輸湍流模型、二階迎風(fēng)格式離散方法和三維穩(wěn)態(tài)隱式解法，進行了平臺風(fēng)荷載和表面風(fēng)壓的數(shù)值計算。制作了1：100和1:150的實驗?zāi)Ｐ?，分別用于測壓和測力的風(fēng)洞實驗，并通過風(fēng)洞實驗對研究內(nèi)容進行了測

4、量。通過對數(shù)值和實驗結(jié)果的分析，得到了各風(fēng)向角作用下平臺的風(fēng)力系數(shù)和風(fēng)壓分布規(guī)律，并分析了平臺傾角對其風(fēng)荷載的影響。
　　第三，對半潛式平臺在風(fēng)浪聯(lián)合作用下的水平運動響應(yīng)進行了數(shù)值和實驗研究。數(shù)值研究中平臺的風(fēng)荷載采用第二章所得結(jié)果，波浪荷載由邊界元方法計算確定，錨泊系統(tǒng)的拉力采用分段外推校正法計算確定，在此基礎(chǔ)上進行了平臺水平響應(yīng)的數(shù)值計算，得到了研究結(jié)果。制作了1：100的實驗?zāi)Ｐ停ㄟ^風(fēng)洞浪槽實驗對風(fēng)浪聯(lián)合作用下平臺的水平響

5、應(yīng)進行了測量。通過數(shù)值和實驗結(jié)果的分析，得到了各種海況條件下平臺的水平運動響應(yīng)時程曲線，并分析了風(fēng)對平臺水平運動響應(yīng)的影響。
　　第四，對半潛式平臺的氣隙響應(yīng)進行了數(shù)值和實驗研究。數(shù)值研究中采用了時域格林函數(shù)方法，計算了平臺的運動響應(yīng)及波面時程，并由二者計算得出了平臺甲板下表面的氣隙響應(yīng)。采用第三章的實驗?zāi)Ｐ停M行了平臺甲板下表面波浪砰擊實驗。通過數(shù)值和實驗結(jié)果的分析，得到了平臺甲板下表面各點的氣隙響應(yīng)時程曲線，確定了平臺甲板下表

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)計了帶有活動垂蕩板的半潛式（MHS）平臺結(jié)構(gòu)型式，提出了這種平臺垂蕩響應(yīng) RAO的數(shù)值計算方法，優(yōu)化了平臺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，對平臺主體的偏轉(zhuǎn)性能進行了改進。
　　最后，參考 Truss-spar平臺的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計了適用于承載風(fēng)機的Truss-spar-buoy浮式平臺結(jié)構(gòu)。通過數(shù)值方法，研究了風(fēng)機對平臺的影響，并對