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系泊分析系泊分析22 2单点型式及分类单点型式及分类有多种单点系泊系统型式：CALM、SALM、Turret和、Soft Yoke+Rigid Tower，用来作为卸油终端、系泊（定位）FPSO或FSO、钻井船、半潜、打桩船、起重船、铺管船等，用途相当广泛。为了设计目的，根据其功能将系泊系统划分为3类：1）终端（Terminals）-输入输出原油、泥浆、燃料油、LNG。输送原油的终端，能够系泊1550万吨级VLCC。其设计条件为船只依然系泊在单点上的最大环境条件，超出概率为110%。2）临时系泊（Temporary Mooring）-用于复式结构有限时间的定位或系泊。例如，钻井船、半潜、浮吊、打桩船、铺管船等。设计条件为环境条件（风、浪、流）。通常，在恶劣环境条件下不考虑系泊或“风暴自存”（深水铺管船在100年一遇台风条件下风暴自存，有效波高12米，风速100节）。3）永久性系泊（Permanent Mooring）-主要用来系泊FPSO、FSO。例如北海、墨西哥湾、南中国海和渤海湾。即冬季风暴、台风或飓风条件下不解脱。其设计环境条件通常为100年一遇风暴条件。解脱比较困难。33 3物理概念物理概念44 4物理概念物理概念55 5弹性和刚性弹性和刚性为了使单点系泊系统和系泊船只在受风、浪、流作用时，能够较好地发挥作用，弹簧系统必须具有良好的弹性响应特性-最基本的特性，即系泊系统必须具有足够的弹性，允许系泊船只在环境力作用下产生位移，即变动能为势能，在系泊系统储存起来，当环境力消除后，势能再转换为动能，慢慢地释放出来，使船回复到它的初始平衡位置。如果弹簧系统太硬（刚），例如，船用钢缆系泊在刚性固定塔上（钢缆弹性很差，固定塔根本没有弹性），系泊力就会变得极端的高，即或在相对比较平和的海洋条件下。另一方面，系泊系统（弹簧）必须具有足够的刚度，限制系泊船只在预先确定的包络线内位移，否则，钻井立管、输油立管承受不住过大位移而发生损坏。规范对船只的位移都有一定限制，通常取水深的百分比。66 6影响系泊系统特征参数的主要因素影响系泊系统特征参数的主要因素当系泊系统型式（CALM、SALM、SBS等）确定之后，就必须确定系统的特征参数。影响系泊系统特征参数的主要因素主要有：1）环境条件（风、浪、流等）和现场条件（水深、地形、地貌等）；2）系泊船只的吨位、尺度、型式。二大功能二大功能用来作为卸油终端、系泊（定位）FPSO或FSO的单点系泊系统需具备二大功能：1）将船系泊在预定位置-定位（Station keeping/Position keeping）;2)输送油、气、水、电、信号。77 7弹簧的恢复力弹簧的恢复力系统型式确定之后，弹簧回复力是第一位必须确定的重要参数。这个力是系泊船只从它不受力的静平衡位置，在水平面上位移所需要的力。88 8弹簧的恢复力弹簧的恢复力通常，用静力法确定力位移静特性曲线。力是位移的函数，对于线性弹簧系统，及K为常数F=KX 式中 F-为弹簧力；K-为弹簧刚度；X-为船只在水平面上的位移1）把风力、流力和波浪定常力作为静力考虑，三者之和为平均力（mean force）,从力-位移静特性曲线图的竖坐标上查到平均力，横交于恢复力曲线上的一点，从该点向下作垂线，交于横坐标轴X1,即为平均漂移（excursion或offset）。2）系泊船只相对于X1作低频慢漂移运动X2,其运动频率与系泊系统的固有频率相同。3）系泊船只相对于X2作波频运动X3,其运动频率为波浪频率。波频运动不考虑系泊系统的刚度，按自由漂浮状态对待。4）最大系泊力（Maximum Mooring Force）发生在最大漂移（Extreme Excursion）状态,Xt=X1+X2+X3。99 9转塔系泊的转塔系泊的FPSO的纵荡运动的纵荡运动-系系泊线的横向运动泊线的横向运动101010几个理念几个理念平均漂移平均漂移-系泊系统越刚，位移越小低频慢漂运动低频慢漂运动-系泊系统越刚，运动越小。波频振荡波频振荡-通常不考虑系泊系统刚度的影响，按自由漂浮状态考虑。理想的系统刚度理想的系统刚度-具有足够的弹性，允许波频运动；而将平均位移和低频慢漂运动保持在最小范围内。非线性非线性-悬链线系统和人造纤维缆系统具有很强的非线性的载荷-漂移静力特性，这意味着，当系统承受了平均和低频慢漂移后，系统变得很刚，在这种情况下，相对比较小的波频运动都会产生很高的系泊载荷。二阶力二阶力-系泊船只的运动特性，在很大程度上决定于波浪条件。在不规则波浪中，平均波浪漂移力和低频慢漂移力与波高的平方成正比。111111准静力与准动力分析的主要差异准静力与准动力分析的主要差异准静力分析准静力设计多用于浅水、临时性的短期系泊，如原油进出口终端、钻井船、半潜、铺管船等；对于深水永久性系泊多用于初期设计阶段，不推荐永久性系泊的最终设计。然而，因为这种方法简单易行，常用于临时性系泊设计和永久性系泊的初始设计阶段，采用比较高的安全系数。有下述特点：波浪的动载荷通过合理确定的波浪诱导的船舶静位移予以考虑准静力分析通常是线性的，在运动方程里使用了线性化了的系统刚度，即“载荷位移静特性曲线”平均位移处的刚度，作为系泊系统的刚度。准静力分析，风力、流力和平均波浪漂移力按静力考虑。然后，将波浪振荡力（包括低频、波频两者）与上述静力相加。不考虑流体作用于系泊线上的载荷。仅考虑船上系缆点（fairlead）水平运动，即忽略系缆点的垂向运动。系泊缆特性的大量研究分析表明，按这种方法所做的系泊设计的可靠性，在很大程度上决定于船形、水深和系泊缆的构型。121212准静力与准动力分析的主要差异准静力与准动力分析的主要差异准动力分析准动力分析比准静力分析复杂的多。准动力分析通常是非线性的，在运动方程里使用每个水平偏移量所对应的悬链线刚度。通常采用时域分析。可以模拟波频和低频船舶受力和响应，而将风力和流力模拟成定常力，不考虑系泊线的动力特性。运动方程进行时域积分。计算分析中考虑了某些与浮体有关的附加质量和阻尼的影响，这些参数是与船相关的，如果考虑系泊系统的相关参数会更准确。考虑流体作用于系泊线上的载荷。考虑船上系缆点（fairlead）6个自由度的运动，通常，在系泊缆平面内，仅考虑系缆点的垂向和水平向运动就足够了。频域求解是可行的，但是需要粗略地假设系统的刚度和阻尼是线性的。