海上升降站浮吊運(yùn)輸系統(tǒng)安裝技術(shù)研究

海上升降站浮吊運(yùn)輸系統(tǒng)安裝技術(shù)研究

海上能源是重要的清潔能源之一。近年來，國內(nèi)外對(duì)海上能源的開發(fā)呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)。而海上升壓站是海上風(fēng)電工程的核心設(shè)備，海上風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的電能將由該設(shè)備完成升壓后通過高壓海底電纜傳輸至陸地，因此在海上風(fēng)電場的建設(shè)中，升壓站上部組塊安裝的順利與否對(duì)整個(gè)工程的進(jìn)程有著至關(guān)重要的影響。目前國內(nèi)外海上風(fēng)電多位于幾米至幾十米水深的近岸海域，海上升壓站基礎(chǔ)多采用導(dǎo)管架式結(jié)構(gòu)，上部組塊常利用駁船運(yùn)輸至作業(yè)海域進(jìn)行錨泊固定，而后利用浮式起重船進(jìn)行升壓站上部組塊浮吊安裝。但由于受風(fēng)浪流載荷作用，起吊前駁船是否走錨對(duì)升壓站的安裝至關(guān)重要，同時(shí)也是安裝作業(yè)中最核心的技術(shù)難點(diǎn)。而目前科研人員大多關(guān)注海上升壓站的安裝技術(shù)以及總體布置、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等問題。如王建楹等本文主要計(jì)算在風(fēng)浪流載荷作用下，運(yùn)輸駁船是否會(huì)發(fā)生走錨情況。文章首先利用SESAM/HydroD軟件進(jìn)行船體水動(dòng)力分析，求解船體附加質(zhì)量、勢(shì)流阻尼、波浪力RAO以及位移RAO等參數(shù)，而后將水動(dòng)力參數(shù)輸入到Orcaflex中開展船體-系泊的時(shí)域耦合動(dòng)力分析，計(jì)算船體六自由度響應(yīng)和系泊纜張力，并根據(jù)APIRP2SK規(guī)范進(jìn)行校核，為海上升壓站的安裝提供依據(jù)。1計(jì)算值的值1.1浮吊船的定位與安裝升壓站運(yùn)輸采用某甲板駁由南通碼頭基地運(yùn)輸至廣東某海域進(jìn)行海上吊裝，該船采用錨泊定位方式，作業(yè)水深30m，由振華30進(jìn)行升壓站浮吊安裝。船體基本參數(shù)如表1所示，起吊作業(yè)工況如表2所示，船體濕表面模型和質(zhì)量模型由SESAM/GeniE建立，Panel模型如圖1所示。1.2導(dǎo)管架、長方向的安裝考慮到浮吊安裝方便，駁船錨泊方案如圖2所示。此時(shí)浮吊船正對(duì)于駁船船寬方向，升壓站上部組塊起吊后立即撤掉駁船，浮吊船沿船長方向移至導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)即可安裝。計(jì)算環(huán)境條件參考作業(yè)海域海洋水文資料，具體計(jì)算海況如表3所示。其中船體系泊的耦合動(dòng)力分析在Orcaflex中進(jìn)行，計(jì)算中流力系數(shù)和風(fēng)力系數(shù)參考OCIMF發(fā)表的超大型油船風(fēng)載和流載計(jì)算方法根據(jù)海洋水文資料中實(shí)際載荷作用方向，取浪向?yàn)?25°和147.5°，流向?yàn)?56°和198°，風(fēng)向?yàn)?92.7°，計(jì)算載荷組合工況如表4所示。1.3限制條件駁船工作錨纜選取依據(jù)GB/T33364-2016海洋工程系泊用鋼絲繩，系泊纜屬性如表5所示。錨纜安全系數(shù)參考APIRP2SK規(guī)范2．2錨纜張力船體錨泊的耦合動(dòng)力分析基于Orcaflex軟件計(jì)算求解，計(jì)算中纜繩預(yù)張力約10t，其中波譜類型選取JONSWAP譜，并考慮風(fēng)、浪、流環(huán)境力綜合作用進(jìn)行錨泊狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)時(shí)域分析，得到錨纜的受力時(shí)歷曲線，最后按照3h回歸周期如圖3所示，船體3個(gè)平移運(yùn)動(dòng)自由度(橫蕩、縱蕩及垂蕩)的幅值響應(yīng)算子遠(yuǎn)大于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)3個(gè)自由度(橫搖、縱搖及首搖)的幅值響應(yīng)算子，因此可論證船體的平面運(yùn)動(dòng)響應(yīng)為鋪管過程的限制條件?？v蕩對(duì)波浪比較敏感的頻率區(qū)間小于0.8rad·s表6所示為錨泊計(jì)算所得各工況下錨纜的最大張力。對(duì)比工況LC1和LC2或LC3和LC4數(shù)據(jù)可知，錨纜最大張力與海流力作用方向基本一致(LC1和LC3流力方向?yàn)?56°，與錨纜#3布置方向基本相同；LC2和LC4流力方向?yàn)?98°，與錨纜#4布置方向基本相同)。因此本計(jì)算中流致拖曳力是錨纜張力的控制因素，同樣的結(jié)論也可以對(duì)比LC1和LC3或者LC2和LC4數(shù)據(jù)可得，改變波浪入射方向?qū)ψ畲笫芰﹀^纜無影響由表6可知，風(fēng)浪流載荷作用下各工況各錨纜最大張力為45t，出現(xiàn)在125°波浪、156°海流以及192.7°風(fēng)載作用時(shí)，此時(shí)#3受力最大。此時(shí)最大錨纜受力載荷小于纜繩破斷拉力173t，因此纜繩可以正常工作。而此時(shí)根據(jù)APIRP2SK規(guī)范要求，本設(shè)計(jì)選取的錨的最大抓力為7×12×1=84t，錨纜張力遠(yuǎn)小于錨的最大抓力，因此該甲板駁錨泊狀態(tài)下不會(huì)出現(xiàn)走錨問題。圖4所示為各工況下最大張力錨纜的時(shí)域動(dòng)態(tài)張力曲線。圖示可知，錨纜最大張力均為瞬態(tài)最大張力，最大張力為一個(gè)或若干峰值，張力大小在某一平衡位置上下循環(huán)往復(fù)振蕩，這與船體的大幅值平面運(yùn)動(dòng)相符3錨纜動(dòng)態(tài)張力針對(duì)陽西海上升壓站運(yùn)輸起吊過程中的走錨問題，本文基于當(dāng)?shù)厮挠^測資料，建立合理的起吊數(shù)值模型，通過開展浮體———錨泊系統(tǒng)的耦合動(dòng)力計(jì)算，得到船體六自由度運(yùn)動(dòng)響應(yīng)和錨纜時(shí)域動(dòng)態(tài)張力，計(jì)算獲得如下重要結(jié)論：(1)各工況中錨纜最大張力大小隨環(huán)境條件變化。由計(jì)算結(jié)果可知，纜繩張力隨流向和浪向的改變而變化，當(dāng)流向和浪向相一致時(shí)纜繩張力較大，且最大張力亦在該工況；當(dāng)流向和浪向相反時(shí)會(huì)降低錨纜張力，出現(xiàn)受力抵消現(xiàn)象，因此實(shí)際施工中應(yīng)注意風(fēng)浪流同向問題