TLP平台具有运动性能好、抗恶劣环境作用能力强、可移动和经济性好等特点,在深海油气开采、生产和处理中具有广阔的发展前景。目前世界上在役和在建的张力腿平台近30座,平台的生产区域从北海和墨西哥湾到西非沿海,到东南亚海域,已逐步扩展到全球各大海上石油产区[1]。

不同于传统海洋油气平台,正常作业时TLP平台采用张力腿系泊,张力腿由4组张力筋腱组成,上端固定在平台浮体上,下端与水下桩基基础相连[2]。码头舾装作业时,需要采用临时多点系泊方法实现码头系泊。临时多点系泊系缆布置需要考虑TLP平台立柱高度大等特殊结构特点,要求平台运动响应和缆绳张力满足要求,因此研究TLP平台码头系泊运动响应和缆绳张力具有重要的工程应用价值。

本文以工信部“500 m水深油田生产装备TLP自主研发”科研项目设计的TLP平台参数为基础,建立TLP平台码头系泊模型,设计码头系泊方案,通过对比不同系泊方案的平台运动响应和缆绳张力,研究两者在向岸、离岸环境载荷下的变化规律,指导TLP平台建造及码头舾装作业。

1　TLP平台码头系泊模型

TLP平台的主尺度如表1所示。码头长度180 m。在TLP平台与码头之间垫靠驳船的主尺度为:长30.0 m,宽20.0 m,型深6.0 m,吃水4.0 m,排水量2 172.56 t。码头护舷采用型号H1000的超级鼓型橡胶护舷,两股为一组,长度1 m,单股压缩性能为受压力57.9 t时压缩52.5%,受压力61.5 t时压缩55.5%。平台与驳船间设置4组长6 m直径2 m的圆筒形充气式护舷,护舷单组最大反力1 766 k N。

系泊方案如图1、图2所示,图3为AQWA中建立的系泊模型。平台下浮体与码头系泊需要16根直径40 mm钢丝绳(编号:1～16),破断负荷约1 158 k N;平台与驳船系泊布置6根直径70 mm八股丙纶长丝(编号:17～22),最小破断负荷633 k N;平台立柱甲板与码头系泊布置8根直径80 mm八股丙纶长丝(编号:23～30),最小破断负荷882 k N;驳船与码头系泊需要4根直径40 mm钢丝绳(编号:31～34),破断负荷1 158 k N。

如果将t时刻第j个模型状态下系泊船舶的位移表示成ξj(t),速度表示成),那么系泊船舶因为运动而引起的总的辐射势Φ(x,t)可以表示为

 

表1　TLP平台主尺度Table 1 Principal dimension of TLP

  

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图1　TLP平台系泊方案俯视图Fig.1 Top view of TLP mooring scheme

  

图2　TLP平台系泊方案侧视图Fig.2 Side view of TLP mooring scheme

  

图3　TLP平台在AQWA中的系泊模型Fig.3 The mooring model of TLP established by using AQWA

2　环境条件

外高桥造船有限公司码头条件良好,根据统计数据,平台正常舾装时,可能遭遇的最大风速为10级阵风,取其上限,即28.4 m/s,最大流速3 kn,即1.54 m/s。码头水深6 m,有义波高0.5 m,谱峰周期9.0 s,波浪谱为JONSWAP谱。环境载荷作用方向定义如图4所示,计算中风浪流组合条件见表2,其中条件1～5为离岸横向载荷,条件6～10为向岸横向载荷,条件11～16为流向、浪向固定时不同角度风载荷时的组合工况。

  

图4　环境载荷作用方向示意图Fig.4 A sketch map of the direction of environmental loads

 

表2　环境载荷组合条件Table 2 Combination conditions of environmental loads

  

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3　计算方法

船舶系泊在码头上,由护舷、缆绳约束在泊位处,护舷与缆绳对船舶的约束是非线性的[3],同时船舶还要受到风、浪、流的联合作用[4],这是复杂的非线性问题,需要采用时域理论方法求解[5-6]。

至于广义的一阶波力和二阶波力,可以按照随时间变化的波力的脉冲响应函数和海浪波面高函数的卷积来算得:

参照 《中国药典》2015年版四部通则 1105、1106、1107微生物限度检查方法适用性试验要求，建立检查法。

 

当波浪式不规则波的时候,如果系泊船舶中心点波面瞬时高度为ζ(t),则在二阶波近似下,整个系泊船体上的瞬时波力和力矩可以写作:

有人提出“大单元”“中单元”“小单元”的概念，主要是从选择核心内容的范围大小来确定的。比如，围绕“方程”这个核心内容，将初中所有有关方程的内容（一元一次方程、二元一次方程组、一元二次方程）整体来看待，从初中方程的定位、目标以及方程本身的本质要求角度，进行整体的设计，这就体现了“大单元”的概念，这对教师的要求也是比较高的。有理数的运算、一元二次方程等就是完整的自然章节（中单元）。而图形相似中的图形位似也可以作为一个单元，三角形全等条件的探究内容也可以作为一个单元（小单元），进行整体设计实施。

 

式(2),(3)中,分别为时域中的一阶、二阶脉冲响应函数,能够按照频域内线性和二次方传递函数经傅里叶变换来获得:

本文以TLP平台码头系泊系统为例,建立多浮体混合带缆系泊系统,进行系泊计算分析,得出以下结论:TLP平台的纵荡运动响应更易受到横向载荷的影响,平台横荡运动响应更多受纵向载荷的影响;TLP码头系泊时,纵向载荷更易导致平台的横摇和纵摇;相较于横向载荷工况,在纵向载荷作用下,平台的系泊缆绳经受更大的拉力,缆绳面临更大的破断风险;纵向载荷工况下,平台缆绳的内部张力分布呈现出不规则分布状态。为确保平台的码头系泊时的运动响应和缆绳内部的张力能满足TLP平台的设计要求,需要对纵向载荷工况下的系泊方案和缆绳安全校核开展更加细致的研究。

 

式(4),(5)中,是频域中的线性传递函数,表示单元长度振幅波浪影响下系泊船体上的一阶波激振力;是频域中的平方传递函数,表示单元长度振幅波浪两频率波影响下系泊船体上的二阶波激振力。

与标准设计组联系，提供了转子重量、磁拉力、转子最高转速、轴伸直径、铁心中心与轴伸端和非轴伸端轴承中心距离等有关资料，并与相关轴承制造商沟通，确定了最终的轴承型号。

 

横向载荷作用下,浪向和流向均为90°;纵向载荷作用下,浪向和流向均为180°。采用AQWA软件进行平台3 h短期预报,浮体间及码头驳船间的水动力系数已根据水池模型试验做了相应的减少,以较好地模拟真实工况。同时护舷的受力状态良好,有效地抵抗了平台及驳船运动作用力的影响。横向载荷和纵向载荷作用平台运动响应短期预报结果见表3,横向载荷作用下平台运动响应时程曲线见图5,纵向载荷作用下平台运动响应时程曲线见图6。

考虑到本文数据结果表征的不足，课题下一步的重点是修正生态足迹模型，筛选恰当变量指标，使数据结果更为精确，希期为宁德市经济、社会、生态可持续发展提供科学的理论参考和数据借鉴。

 

使用力学中的定律,即可获得时域下系泊船舶的运动方程:

对新时代高校的思想政治教育来说，强化师资队伍建设，不仅要加强对思想政治教育课师资力量的打造，同时也应该加强对全校教师思想政治素质的提升，这样才能让大学生感到教师的授课既生动鲜活，又在潜移默化中接受先进思想和先进文化的感染和浸润。

 

式中,M kj,C kj是和频域理论相同含义的系泊船舶广义质量和恢复力系数是系泊船舶的黏性阻尼方程;G k(t)是非线性的系泊约束造成的力;F k(t)是波浪激振力。

参考文献(References):

4　运动响应分析

可以使用对系泊船舶表面压力进行的积分计算辐射势所引起的波力。那么第k个方向上的广义的波浪力F k(t)可表示为

 

表3　横向纵向载荷下平台运动响应Table 3 The motion responses of TLP under transverse and longitudinal loads

  

注:响应值为最大值

 

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图5　横向载荷作用下TLP平台运动响应时程曲线Fig.5 Time history curves of the TLP motion responses under transverse loads

计算结果表明:横向载荷作用下,平台纵荡和艏摇运动相应较大,大约是纵向载荷作用下2～4倍;从图中可以看出,纵向载荷作用下平台横荡的运动相应是横向载荷作用下的1.4倍左右;此外,纵向载荷工况下,平台的横摇、纵摇运动响应更为显著,即表示TLP平台的运动响应更容易受到纵向载荷的影响。

  

图6　纵向载荷下平台运动响应时程曲线Fig.6 Time history curves of the TLP motion responses under longitudinal loads

5　缆绳张力分析

TLP平台码头系泊时,在横向载荷和纵向载荷下,缆绳张力计算结果详见表4。该处码头水域为优良的避风港,环境条件良好,风力及波浪力较小,对平台的运动响应影响较小,因此尼龙绳的安全系数选取较小值进行计算分析。从计算结果可知在横向载荷工况下,缆绳张力远小于缆绳本身的破断拉力,且较理想地呈现均布状态。在纵向载荷工况下,缆绳1～8,25,26,31和32号缆绳的张力皆大于700 k N,但是虑及各缆绳的安全系数:钢丝缆取1.23,直径70 mm的8股尼龙缆取1.87,直径80 mm的8股尼龙缆取1.22,各根缆绳在此工况下并不会发生断裂的极端现象,但是由于缆绳的最小安全系数小于1.5,因此缆绳还是面临较高的拉力风险。

 

表4　离岸横向载荷下两种系泊方案的缆绳张力计算结果Table 4 Mooring line tensions of the two TLP mooring schemes under offshore transverse loads

  

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6　结 语

10月24日，全国工商联发布由中央统战部、全国工商联共同引荐的“改革开放40年百名出色民营企业家”名单发布，杨宗祥作为云南唯一当选的民营企业家，与马云、马化腾、任正非等同时上榜。

本文采用多体水动力学软件AQWA建立TLP平台仿真分析模型,主要应用AQWA LINE和AQWA NAUT模块,计算非线性时域下平台运动响应,计算中阻尼系数取5%。

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文中总结归纳了国外的一些关于开洞板柱结构节点的抗冲切试验，结合各国的抗冲切承载力的设计公式，将得到的抗冲切承载力的设计值和试验中的实际值进行对比分析，为我国规范的修订提供参考。

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