CN101774424B - 深海 Truss Spar平台垂荡板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种深海 TrussSpar平台垂荡板，垂荡板内设置有骨架，顶部外板和底部外板焊接在骨架上，顶部外板和底部外板的外边缘各设有向外逐渐减薄的削斜结构；垂荡板顶部外板和底部外板外边缘削斜结构的确定方法：1)数值地模拟垂荡板在流体中的运动；2)得到附加质量系数C m和阻尼力系数C d比较所得的附加质量系数C m和阻尼力系数C d，初步确定垂荡板顶部外板和底部外板的削斜尺寸；3)对其进行结构强度分析；4)在满足强度要求的情况下，确定最终的垂荡板顶部外板和底部外板的削斜尺寸即消斜宽度a和消斜厚度b的大小。本发明通过数值模拟计算，发现经过削斜后，垂荡板的水动力性能比未经削斜的垂荡板提高了10％-15％。

Description

深海 Truss Spar平台垂荡板
技术领域
本发明属于海洋石油工程技术领域，尤其涉及一种深海Truss Spar平台垂荡板的结构。
背景技术
我国在近海和浅海的石油开采已有40年的历史，由于开采量的逐步增大，油气资源已日渐枯竭，同时随着工业的快速发展，对油气资源的需求也越来越多。在我国的南海，探明的油气储量大约为300亿吨，开发南海石油已经列为我国“十二五”的发展战略。为了大力发展深海平台装备的技术开发，我国确定了南海石油开发平台为SPAR平台。该种平台包括提供浮力的直立大圆筒、采油模块和系泊结构。此种平台在极端海洋环境下，容易发生大幅垂荡和摇摆运动，导致采油系统破坏和失效。因此控制平台的垂荡运动和摇摆运动技术研究一直受到海洋石油工程领域的关注。
由于SPAR平台的结构特征，其垂荡运动阻尼和附加质量很小，因此SPAR平台垂荡运动的控制一直是SPAR平台的技术难点。早期的SPAR平台大圆筒直径大、吃水深，体积庞大，加工和安装困难。近年来提出了桁架式SAPR平台的概念，该平台缩小了圆柱体的尺寸，为了改善阻尼特性，安装了数层垂荡板。但是垂荡板的结构形式如何优化，什么样的垂荡板结构形式可有效提高垂荡板的阻尼和增大附加质量，减小平台的运动，是目前世界海洋石油工程领域研究的重点技术。
发明内容
本发明的目的正是为了克服上述现有技术中的不足，提供一种能够提高平台的阻尼和增大附加质量的深海Truss Spar平台垂荡板。
本发明是通过下述技术方案予以实现的：一种深海Truss Spar平台垂荡板，所述垂荡板内设置有骨架，顶部外板和底部外板焊接在所述骨架上，所述顶部外板和底部外板的外边缘各设有向外逐渐减薄的削斜结构；所述垂荡板顶部外板和底部外板外边缘削斜结构的确定方法：
1)利用计算流体动力学原理，采用标准的k-ε两方程模型，通过用户自定义函数UDF编程，运用Fluent软件中的动网格技术，数值地模拟垂荡板在流体中的运动；
2)对数值模拟得出的力的时间历程进行Fourier分析，通过转换得到附加质量系数Cm和阻尼力系数Cd比较所得的附加质量系数Cm和阻尼力系数Cd，初步确定垂荡板顶部外板和底部外板的削斜尺寸；
3)初步确定垂荡板顶部外板和底部外板的削斜尺寸后，对其进行结构强度分析；
4)在满足强度要求的情况下，确定最终的垂荡板顶部外板和底部外板的削斜尺寸即消斜宽度a和消斜厚度b的大小。
本发明的有益效果是：通过数值模拟计算，发现垂荡板的顶部外板和底部外板经过削斜后，垂荡板的水动力性能比未经削斜的垂荡板提高了10％-15％，本发明能够大幅提高SPAR平台的附加质量和阻尼，拟制和减小平台垂荡运动的剧烈程度，提高平台运动的稳定性。
附图说明
图1是本发明结构示意立体图；
图2是图1的主视图。
图中：1、顶部外板，2、底部外板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
如图1所示，本发明一种深海Truss Spar平台垂荡板，所述垂荡板内设置有骨架，顶部外板1和底部外板2焊接在所述骨架上，所述顶部外板1和底部外板2的外边缘各设有向外逐渐减薄的削斜结构。
上述垂荡板顶部外板和底部外板边缘削斜结构的确定方法：
1)利用计算流体动力学原理，采用标准的k-ε两方程模型，通过用户自定义函数UDF编程，运用Fluent软件中的动网格技术，数值地模拟垂荡板在流体中的运动；
2)对数值模拟得出的力的时间历程进行Fourier分析，通过转换得到附加质量系数Cm和阻尼力系数Cd比较所得的附加质量系数Cm和阻尼力系数Cd，初步确定垂荡板顶部外板和底部外板的削斜尺寸；
3)初步确定垂荡板顶部外板和底部外板的削斜尺寸后，对其进行结构强度分析；
4)在满足强度要求的情况下，确定最终的垂荡板顶部外板和底部外板的削斜尺寸即消斜宽度a和消斜厚度b的大小。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种深海Truss Spar平台垂荡板，其特征在于，所述垂荡板内设置有骨架，顶部外板和底部外板焊接在所述骨架上，所述顶部外板和底部外板的外边缘各设有向外逐渐减薄的削斜结构；所述垂荡板顶部外板和底部外板外边缘削斜结构的确定方法：
1)利用计算流体动力学原理，采用标准的k-ε两方程模型，通过用户自定义函数UDF编程，运用Fluent软件中的动网格技术，数值地模拟垂荡板在流体中的运动；
2)对数值模拟得出的力的时间历程进行Fourier分析，通过转换得到附加质量系数Cm和阻尼力系数Cd，比较所得的附加质量系数Cm和阻尼力系数Cd，初步确定垂荡板顶部外板和底部外板的削斜尺寸；
3)初步确定垂荡板顶部外板和底部外板的削斜尺寸后，对其进行结构强度分析；
4)在满足强度要求的情况下，确定最终的垂荡板顶部外板和底部外板的削斜尺寸即消斜宽度a和消斜厚度b的大小。
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