横浪中“蓝鲸号”起重船吊装组块过程耦合运动响应研究

发布时间：2020-10-13 02:12

　　 海洋平台对于深海石油的开采具有重要的作用,吊装法是平台安装的一种常用方法。吊装法需要借助起重船来完成,为了避免在施工过程中一些意外的发生,有必要对起重船在吊装过程中耦合运动响应开展相应的研究。本文依托“蓝鲸号”起重船,研究了顶浪和横浪中,系泊情况下起重船和上部组块耦合运动响应情况,并进行了模型试验。在海上实际作业时,有时只允许起重船在横浪中施工。同时,很多情况下,船舶在施工过程中会受到多个浪向的作用,其中就可能包括横浪。因此本文主要分析了横浪中上部组块耦合运动规律。该研究课题具有较好的理论意义和工程价值。本文首先对“蓝鲸号”起重船系泊吊装过程耦合运动响应模型试验进行相关研究。首先在静水中进行测试,通过分析得到了起重船和上部组块受到的粘性阻尼。其次,对规则波和不规则波海况下的船舶-组块耦合运动情况进行分析,分析得到了在不同浪向、不同吊重,不同吊高下船舶和上部组块的耦合运动响应规律。模型试验中发现:在横浪中,当波浪周期接近船舶横摇固有周期时,系泊船舶会与波浪发生横摇耦合共振,此时组块的运动也较为剧烈;当波浪周期接近组块横荡固有周期时,组块也会发生耦合共振,运动会明显变大。采用三维势流理论和解运动方程相结合的方法,对“蓝鲸号”起重船的系泊系统-起重船-吊缆-上部组块复杂耦合系统开展了数值模拟研究工作,分析吊装组块的耦合运动响应规律和特性。在规则波中,将待命状态以及起吊作业时起重船和组块的运动响应预报结果与水池模型试验结果进行了对比分析,验证了数值模拟的合理性及其精确性,发现组块在横浪中的运动情况更为复杂。同时发现当波浪周期接近船舶横摇固有周期和组块横荡固有周期时,上部组块的运动会明显增大。该结果与模型试验中的结果相吻合,揭示了起重船和上部组块的耦合运动机理。并且对不规则波中组块运动的统计结果与试验中的统计结果进行了对比。针对吊高和吊重这两个敏感性参数,分析了它们对于上部组块固有周期的影响情况。结果发现,组块横荡固有周期和纵荡固有周期随着起吊高度的增大逐渐变小,与组块自身重量无关。并对四种不规则波下的上部组块运动情况进行统计,后与Nobel Denton指导手册中允许的运动范围进行对比,给出了允许施工作业工况的建议。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U674.35
【部分图文】：

图 1-1 驳船 图 1-2 起重船平台在下降安装过程中，需要保证平台下方的插尖与导管架尽可能完美的对接，这就对平台的运动幅度提出了较高要求。平台又是与船舶相连的，所以平台的运动势必与船舶运动有关，也就是说想要限制吊物的运动，那么就需要对船舶的运动进行限制，要使船舶运动在可控的范围内，不能出现失控的局面，为此人们通常会选择在船舶上安装定位装置。目前有两种定位方法，一种通过安装推进器实现，另一种则是通过系泊缆绳提供系泊力实现。动力定位作为一种较为先进的定位技术，不仅技术要求较高而且操作难度较大，所以应用的并不是十分广泛，较为常用的还是系泊定位方式。因此起重船在系泊情况下船舶和组块的耦合运动具有很大的研究价值。对于系泊船舶，水平运动主要由缆绳提供约束，但是缆绳在水平方向上并不能产生很大的恢复力，所以水平运动的周期较大。并且船舶在波浪中运动时，当运动趋于稳定后船舶可能会在水平面上发生较大的偏移，这是由于波浪二阶力导致的，所以对于二阶力也应该有足够的重视。船舶自身的水动力性能一直以来都为人们所关注，人们也投入了大量的精力

图 1-1 驳船 图 1-2 起重船平台在下降安装过程中，需要保证平台下方的插尖与导管架尽可能完美的对接，这就对平台的运动幅度提出了较高要求。平台又是与船舶相连的，所以平台的运动势必与船舶运动有关，也就是说想要限制吊物的运动，那么就需要对船舶的运动进行限制，要使船舶运动在可控的范围内，不能出现失控的局面，为此人们通常会选择在船舶上安装定位装置。目前有两种定位方法，一种通过安装推进器实现，另一种则是通过系泊缆绳提供系泊力实现。动力定位作为一种较为先进的定位技术，不仅技术要求较高而且操作难度较大，所以应用的并不是十分广泛，较为常用的还是系泊定位方式。因此起重船在系泊情况下船舶和组块的耦合运动具有很大的研究价值。对于系泊船舶，水平运动主要由缆绳提供约束，但是缆绳在水平方向上并不能产生很大的恢复力，所以水平运动的周期较大。并且船舶在波浪中运动时，当运动趋于稳定后船舶可能会在水平面上发生较大的偏移，这是由于波浪二阶力导致的，所以对于二阶力也应该有足够的重视。船舶自身的水动力性能一直以来都为人们所关注，人们也投入了大量的精力

图 2-1 缆索系泊示意图 图 2-2 缆绳单元段上的作用力根据图 2-2 有如下平衡表达式：法线方向上： ( ) ( ) (2-14)切线方向上： ( ) (2-15)在 ( )情况下，式（2-14）和（2-15）变为： ( ) (2-16) ( ) (2-17)在某些情况下，流体作用力与缆绳自重相比如果小的话，那么就可以在表达式中去掉流体力这一项了，式（2-16）和（2-17）便可以简化为: (2-18) (2-19)两式相除既有：
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本文编号：2838590