【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶与海洋工程结构物设计，尤其涉及一种悬链式单点系泊平台主尺度设计及优化方法。
技术介绍
1、随着近年来经济与社会的发展，国际市场对于油气资源的需求日渐增加。悬链式单点系泊装置具有成本低、结构简单、易于建设等优点，是一种常用的储卸油装置。在悬链式系泊系统中，浮筒外围设有锚索连接点，多根锚索在浮筒四周呈放射状均布，并在海底具有一定铺设距离。浮筒提供带动锚索悬浮的必要浮力，使浮筒在系泊过程中始终保持漂浮状态，同时装载旋转接头等设备。目前悬链式单点系泊相关技术目前主要被国外公司垄断，有必要在相关领域展开研究。因此，现亟需一种从水动力计算与有限元计算出发，对悬链式单点系泊平台进行设计优化的方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，旨在提供一种从水动力计算与有限元计算出发，对悬链式单点系泊平台进行设计优化的方法。
2、为达到上述目的，本专利技术是通过下述技术方案予以实现的：
3、一种悬链式单点系泊平台主尺度设计及优化方法，包括如下步骤：
4、(1)获取设计海域的风浪流和水深数据，选取数据中的常规值和极值作为设计时的环境条件，再获取设计油轮的船型数据；
5、(2)通过上述数据计算或使用软件orcaflex得出风浪流作用在油轮与浮筒上的横向力和纵向力，利用横向力和纵向力数据计算出油轮与浮筒在风浪流条件作用下系泊所需的水平力；
6、(3)将浮筒系泊所需的水平力、水深、锚链自重作为参数带入悬链线方
7、
8、其中，f为悬链线端点处水平力，ω为悬链线单位长度的重力，h为水深，当锚链长度s0≥sm，悬链线为自悬链；当s0<sm时，悬链线为约束链，以此计算出锚链形成自悬链的最小初始长度；
9、(4)将锚链两两分组，每组为两根相邻的锚链，改变组内锚链的夹角，对不同夹角的情况进行系统的水动力响应计算，得到锚链的最大张力与浮筒的最大位移，选择张力与位移相对较小时对应的夹角；
10、(5)对锚链长度和锚泊半径进行调整，选取i组不同的锚泊半径ri，锚泊半径的范围为其中h为水深,s0为锚链初始长度，每组锚泊半径下再选取j个锚链长度sj，锚链长度的范围为计算不同参数组合下的锚链最大张力与浮筒最大位移，选择张力与位移相对较小时对应的参数组合；
11、(6)在锚链设计完成的基础上对浮筒横向位移进行计算分析，在浮筒横向漂移幅度小于20％水深时，可采用中国灯笼型水下软管；若浮筒横向漂移幅度不低于20％水深时，可采用缓s型水下软管，同时依据水深确定水下软管长度的上限与下限，确定水下软管的初始长度l0；
12、(7)对水下软管长度进行优化，分析水下软管的弯曲半径与张力，得到最小弯曲半径相对较大，最大张力相对较小的情况；
13、(8)用软件orcaflex进行模拟计算对系船缆长度进行选择，可选择最长的系船缆作为初始值逐渐缩短系船缆长度直到计算至油轮与浮筒发生碰撞时的则选用作为最终的系船缆长度。
14、进一步的，步骤(2)中作用于油轮与浮筒上风的力计算公式如下：
15、
16、
17、其中，cxw是无量纲纵向风力系数，cyw是无量纲横向风力系数，ρw是20℃时空气的密度，取1.223kg/m3，vw是水线面10m处的平均风速，at是船体水面上的横向受风面积，al是船体水面上的纵向受风面积，fxw是风作用于船体上的纵向力，fyw是风作用于船体上的横向力，cxw是无量纲纵向流体系数，cyw是无量纲横向流力系数；
18、作用于油轮与浮筒上流的力计算公式如下：
19、fxc＝0.5cxcρcvc2tlbp (4)
20、fyc＝0.5cyρcvc2tlbp (5)
21、其中，ρc是20℃时海水的密度，取1025kg/m3，vc是平均流速，t是船舶吃水，fxc是流作用于船体上的纵向力，fyc是流作用于船体上的横向力；
22、作用于油轮与浮筒上的波浪力通过莫里森公式计算：
23、
24、其中，f为作用于船体任意高度处水平波浪力，v为船体的体积，a为船体垂直于水平方向的投影面积，μn是垂直于船体轴线的瞬时波浪流体速度，是垂直于船体轴线的瞬时波浪流体加速度，cd是阻力系数，cm是惯性力系数；
25、将风、流、波浪的作用力进行矢量加和，得到船体或浮筒在风浪流条件作用下系泊所需的水平力。
26、进一步的，步骤(4)中组内锚链的夹角范围为10°-60°。
27、进一步的，步骤(6)中水下软管长度的下限为大于水深，水下软管长度的上限为不长于水深的150％。
28、进一步的，步骤(7)中的优化方式为，对选用的水下软管长度l0进行增加与减小且每次调整不超过1.5m，得到一组li，通过软件orcaflex对不同软管长度进行计算，得到对应的软管最小弯曲半径与最大张力，选取最小弯曲半径相对较大，最大张力相对较小的情况。
29、进一步的，步骤(8)中初始值不短于150m。
30、相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
31、本专利技术从水动力计算与有限元计算出发，提出了一套新的悬链式单点系泊平台主尺度设计方法，包括锚链布设方式、锚链长度、锚泊半径、水下软管长度、系船缆长度等参数。设计方法系统全面，锚泊系统、输油系统与系泊系统的主尺度设计方法均有所涉及。设计方法简单高效，使calm初步设计实现了流程化。
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1.一种悬链式单点系泊平台主尺度设计及优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种悬链式单点系泊平台主尺度设计及优化方法，其特征在于：步骤(2)中作用于油轮与浮筒上风的力计算公式如下：
3.根据权利要求1所述的一种悬链式单点系泊平台主尺度设计及优化方法，其特征在于：步骤(4)中组内锚链的夹角范围为10°-60°。
4.根据权利要求1所述的一种悬链式单点系泊平台主尺度设计及优化方法，其特征在于：步骤(6)中水下软管长度的下限为大于水深，水下软管长度的上限为不长于水深的150％。
5.根据权利要求1所述的一种悬链式单点系泊平台主尺度设计及优化方法，其特征在于：步骤(7)中的优化方式为，对选用的水下软管长度l0进行增加与减小且每次调整不超过1.5m，得到一组li，通过软件Orcaflex对不同软管长度进行计算，得到对应的软管最小弯曲半径与最大张力，选取最小弯曲半径相对较大，最大张力相对较小的情况。
6.根据权利要求1所述的一种悬链式单点系泊平台主尺度设计及优化方法，其特征在于：步骤(8)中初始值不短于15
...【技术特征摘要】
1.一种悬链式单点系泊平台主尺度设计及优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种悬链式单点系泊平台主尺度设计及优化方法，其特征在于：步骤(2)中作用于油轮与浮筒上风的力计算公式如下：
3.根据权利要求1所述的一种悬链式单点系泊平台主尺度设计及优化方法，其特征在于：步骤(4)中组内锚链的夹角范围为10°-60°。
4.根据权利要求1所述的一种悬链式单点系泊平台主尺度设计及优化方法，其特征在于：步骤(6)中水下软管长度的下限为大于水深，水下...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晨昊，姜为民，杨泽亮，黄水祥，王丹，闫宏生，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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