海結(jié)原理(10)-錨泊定位1

1、海洋平臺(tái)錨泊定位系統(tǒng)船舶工程學(xué)院陳明海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)原理講義（10）一、概述1. 錨泊系統(tǒng)分類（1）臨時(shí)錨泊系統(tǒng) CCS規(guī)定所有移動(dòng)式鉆井平臺(tái)要求配備臨時(shí)錨泊系統(tǒng)。與一般鋼質(zhì)海船一樣，用舾裝數(shù)來確定錨的數(shù)量和大小。（2）定位錨泊系統(tǒng) 浮在水面上作業(yè)的鉆井船和半潛式平臺(tái)一般用錨泊定位系統(tǒng)，規(guī)范中不規(guī)定其形式，由設(shè)計(jì)方?jīng)Q定，但要滿足規(guī)范中的對(duì)臨時(shí)錨泊系統(tǒng)的要求，向下兼容。一、概述2. 動(dòng)力定位系統(tǒng) 是浮式鉆井船或半潛式平臺(tái)依靠自身得動(dòng)力，使其在風(fēng)、浪、流等外力的作用下保持所要求的水平面內(nèi)的位置的一種定位系統(tǒng)。 主要包括傳感器、控制和推進(jìn)器三個(gè)系統(tǒng)組成。 價(jià)格昂貴，一般僅在錨定位有困難或深水區(qū)才采用動(dòng)

2、力定位系統(tǒng)。一、概述3. 錨泊系統(tǒng)的布置形式（1）臨時(shí)錨泊系統(tǒng) 一般設(shè)在平臺(tái)的首部，系泊時(shí)將平臺(tái)的首部拉住。這樣不論風(fēng)浪來自任何方向，平臺(tái)的首部始終迎著波浪方向，而保持受力較小，活動(dòng)范圍較大。一、概述3. 錨泊系統(tǒng)的布置形式（1）定位錨泊系統(tǒng) 海上風(fēng)浪可能來自任何方向，因此需要將錨索拉向四面八方，即呈現(xiàn)輻射狀，才能實(shí)現(xiàn)定位功能。 通常根據(jù)平臺(tái)的形狀布置，矩形平臺(tái)8（4）根，三角型平臺(tái)9（3）根，五角型為10（5）根。 為了提高定位能力在錨索上加預(yù)張力，每根錨索加上相同的預(yù)張力。 定位錨一般要對(duì)稱布置?？紤]到某個(gè)方向來流較大可以不均勻布置。8錨均布10錨均布9錨均布3030度60度對(duì)稱30403

3、0度70度對(duì)稱904545度90度對(duì)稱(8錨或10錨)二、錨及錨索1. 錨 錨的種類繁多，移動(dòng)式平臺(tái)使用轉(zhuǎn)爪錨。 錨爪角錨柄錨桿（穩(wěn)定桿）錨爪錨爪角 aLvAMTFPA 1720度合適錨柄拉力：T錨重力：P錨爪面土壤阻力：FF與錨爪面法向夾角b與土壤摩擦力有關(guān)錨能入土的條件是T、P、F三個(gè)力對(duì)點(diǎn)A的力矩MA0錨爪角a的合適范圍a=3035(沙性土)a=50左右(軟土)a2530（硬粘土）ba拉力T的提升角度（與水平方向的夾角）提升角0時(shí)爪力最大；Tmax與土壤、錨埋藏深度、錨爪有效面積與錨爪面的粗糙度因素有關(guān)；使提升角等于0，必須使錨索具有足夠的長度。2. 錨泊線 錨泊線是指錨鏈、錨索以及它們

4、上面的各種塊重和浮力器件的組合。錨鏈：由鏈環(huán)組成，鏈環(huán)有無檔鏈環(huán)和有檔鏈環(huán)兩種，同樣鏈徑的有檔鏈環(huán)的強(qiáng)度比無檔鏈環(huán)高20。離岸作業(yè)錨泊系統(tǒng)大多使用2.54 inch直徑的鏈環(huán)。錨索：一般是使用鋼絲索，它是由若干根鋼絲先擰成股，再由股擰成索。股與索擰的方向相同叫做“順繞”，否則叫做“交叉繞”。鋼絲索的中心有個(gè)纖維芯。芯是鋼絲索的基礎(chǔ)。負(fù)載時(shí)芯支持股保持在各自位置；芯中油脂可以潤滑，減小鋼絲間摩擦；使索容易彎曲。索的優(yōu)點(diǎn)：重量輕（是鏈的0.20.25）索的缺點(diǎn)：容易擦傷，紐結(jié)、腐蝕疲勞，難接頭，必須有卷筒。鏈的優(yōu)點(diǎn)：耐摩、吸收的動(dòng)載荷大鏈的缺點(diǎn)：重量大錨桿（穩(wěn)定桿）LvAMTFPA 1720度合適

5、錨柄拉力：T錨重力：P錨爪面土壤阻力：FF與錨爪面法向夾角b與土壤摩擦力有關(guān)錨能入土的條件是T、P、F三個(gè)力對(duì)點(diǎn)A的力矩MA0錨爪角a的合適范圍a=3035(沙性土)a=50左右(軟土)a2530（硬粘土）ba拉力T的提升角度（與水平方向的夾角）提升角0時(shí)爪力最大；Tmax與土壤、錨埋藏深度、錨爪有效面積與錨爪面的粗糙度因素有關(guān)；使提升角等于0，必須使錨索具有足夠的長度。（1） 微元靜力分析TT0無彈性懸垂線xydlWdldxdydTdTT 0sin)sin()(0cos)cos()(WdlTddTTTddTT（2）（1）（2） 微元靜力微分方程dlWdldxdydTdTT 0sin)sin(

6、)(0cos)cos()(WdlTddTTTddTT忽略二階小量后極小，,sin, 1cosdddd0sin)sin()(0cos)cos()(WdlTddTTTddTT0sincos0cossinWdldTdTdTdTdlWdTdlWTdsincos由上面兩個(gè)式得到：dldydldxsincos分析dT可知：WdydT (4)(3)(6)(5)(7)(8)(9)（2） 微元靜力微分方程alWlxybaTbTdlWdTdlWTdsincosdldydldxsincosWdydT 0TbbaaTTTcoscos0WyTTWdyTTabbaab（6）（5）（9）（10）由于（8）（7）cos/0T

7、T 由（5）和（8）式得：dWTdy20cossin（3） 微元靜力微分方程alWlxybaTbT0T在a、b兩點(diǎn)間積分，T0和W為常量)11()cos1cos1(2200ababtgtgWTyWTydWTdy20cossin類似方法積分得到：abaabbtgshtgshWTxtgtgtgtgWTx1102201ln1ln（11）dWTdxcos10（12）（3） 微元靜力微分方程alWlxybaTbT0Tcos/0TT 積分得到：abtgtgWTl0dWTdl20cos1（13）dlWTdcos（6）（5）（3） 對(duì)單一錨泊線的方程整理（10）WyTTab)11(220abtgtgWTyabtgshtgshWTx110abtgtgWTl0（11）（12）（13）TT0 xy最低點(diǎn)的切線方向水平，此處張力T0懸垂線上任意點(diǎn)張力的水平分量相等：0, 0TTaaS代表兩端橫向距離替代x，h代表水深替代y，并將Tb與 換成T和 得到如下方程組：b（3） 對(duì)單一錨泊線的方程整理（14）0TWltg22200lWTWhTTtgshWTS101cos10WTh（15）（16）（17）WlT0 xyS代表兩端橫向距離替代