海上超大型浮式基地的总体设计方案初步研究

摘要

跨入21世纪，海洋已成为世界各国之间综合国力竞争的关键，经略海洋、兴海强国已然成为我国发展战略的重中之重。同时为了应对多方面发展的海上能源开发需求，近些年来对“超大型海洋浮式结构物(VLFS——Very Large Floating Structure简称VLFS)”的热潮席卷了国内外。针对我国现状，超大型浮式结构物的一系列论证工作已紧锣密鼓地在我国海洋工程界广泛展开。
　　论文充分调研了国内外超大型浮式基地的研究现状和趋势，本文提出了适应南海现状的民用单模块超大型浮式基地概念，通过交互式设计流程，确定了其主尺度和结构形式，并进行了总布置设计。同时确定了超大型浮动基地的使用功能，作为海上油气资源的勘探、开采，海洋调查，渔民休整等作业提供后勤保证基地，以及利用太阳能、风能和波浪能等可再生能源发电技术解决超大型浮动基地在海上长期存在的动力供应问题。
　　其次，简要介绍了关于超大型浮式基地耐波性运动响应的基本计算理论，包括在频域中计算超大型浮式基地的水动力参数以及在时域中耦合分析的原理。借助挪威船级社（DNV）开发的软件SESAM，针对所设计的超大型浮式基地，工作水深计算至1000 m的我国南海海域，选取迎风、迎浪、迎流和风浪流90°的百年一遇波浪海洋环境，对其无动力状态下运动响应进行了计算和分析，确定所设计的超大型浮体能经受南海极端海况的考验。
　　然后，对超大型浮式基地进行了浮态稳性研究。采用的稳性规范是中国船级社《海上移动平台入级规范》（2012），以NAPA软件为工具，首先计算得到静水力曲线，包括排水量曲线、浮心变化曲线、漂心变化曲线、每厘米吃水吨数曲线以及稳心变化曲线，分析其浮态特征，并且对超大型浮式基地的初稳性以及最危险海洋环境下的大倾角稳性进行了校核计算，考虑了自由液面的影响，得出所设计的大型浮式基地满足规范的稳性要求。
　　最后，以本文所设计的超大型浮式基地半潜平台为原型，对相应的设计参数敏感性进行了分析研究，选取的参数包括：重心高度、立柱和浮箱中心线间距、立柱和浮箱截面形式、吃水以及下浮箱形式。这对深入理解和更好地预报大型浮式基地的稳性及耐波性性能，促进新型大型浮式基地的自主研制与应用均具有十分重要的意义。

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第1章 绪论

1. 1 选题背景

1. 2 国内外研究现状

1. 3 本文研究内容和研究方法

第2章 超大型浮式基地主尺度确定及总布置设计

2. 1 设计目标

2. 2 超大型浮式基地特点及选型

2. 3 主尺度分析与确定

2. 4 总布置简介

2. 5 本章小结

第3章 超大型浮式基地浮态稳性分析

3.1 NAPA软件简介

3. 2 稳性规范简介

3. 3 几何模型的建立

3. 4 静水力分析

3. 5 初稳性

3. 6 大倾角稳性

3. 7 本章小结

第4章 超大型浮式基地耐波性运动分析

4.1 SESAM软件简介

4. 2 坐标系的建立

4. 3 随机海浪理论

4. 4 频域下水动力参数计算

4. 5 时域运动响应分析

4. 6 耐波性性能计算和分析

4. 7 本章小结

第5章 设计参数敏感性分析

5. 1 重心高度

5. 2 立柱、浮箱中心线间距

5. 3 立柱、浮箱的截面形式

5. 4 吃水

5. 5 浮箱形式

5. 6 本章小结

第6章 总结与展望

6. 1 总结

6. 2 展望

参考文献

附录 重量重心估算

致谢