深水定位系泊系统技术要求

深水定位系泊系统技术要求

国家标准 GB/T39097一2020 深水定位系泊系统技术要求 Iechniealrequirementsfordeepwaterpositioningandmooringsystem 2020-09-29发布 2021-04-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花管理委员会国家标准
GB/39097一2020 目 次 前言 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 系统组成与分类 5 * 技术要求 试验方法 附录A资料性附录环境条件、载荷及运动形式 附录B(资料性附决》定位系泊系统分析方达 参考文献
GB/39097一2020 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本标准由全国船用机械标准化技术委员会(SAC/TcC137)提出并归口 本标准起草单位:船舶重工集团公司第七O四研究所、船舶工业集团公司第七八研 究所 本标准主要起草人:刘贺,潘方豪、史琪琪、马瑜安、付万里、胡晓东,徐浩刚单铁兵、王颗然
GB/39097一2020 深水定位系泊系统技术要求 范围 本标准规定了深水定位系泊系统的组成与分类、技术要求和试验方法 本标准适用于水深不超过1500m的海上浮式装置用深水定位系泊系统(以下简称定位系泊系统 的设计、制造和试验 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T3893造船及海上结构物甲板机械术语和符号 GB/T8918重要用途钢丝绳 GB/T11787纤维绳索聚酯3股、4股、8股和12股绳索 GB/T20848系泊链 CB/T3179锚链轮 APIspec2F系泊错链规范(SpecifieationorMooringChain 术语和定义 GB/T3893界定的以及下列术语和定义适用于本文件 深水定位系泊系统deepwaterp0sitioningandmooringsystenm 用于深水定位系泊的锚机/锚绞车设备,电控系统、液压系统(如果有)和附属零部件的总成 3.2 额定负载normalload 锚机/锚绞车以额定速度收起锚索时,在锚链轮出口或卷筒工作层出绳处测得的能够连续保持的最 大拉力 3.3 额定速度normalspeedl 锚链轮出口或卷简工作层出绳处,锚链或钢丝绳承受额定负载时能保持的最大速度 3,4 支持负载holdimgload 锚机/错绞车在依靠制动器停止时,在错链轮出口或卷筒工作层出绳处测得的能够保持的最大静 拉力 系统组成与分类 4.1系统组成 定位系泊系统由下列部件和设备组成:
GB/T39097一2020 锚,可以是拖曳埋置锚,桩锚、吸力锚、板锚中的一种; a b 锚索,可以是锚链、钢丝绳、合成纤维索中的一种或多种组合 错索附件,包括卸扣、连接环、缆端套环、快速释放装置; c d 导向装置,包括导向链轮、导向滑轮、导向弯管及导向孔 锚机/锚绞车; e 控制系统 f 4.2系统分类 4.2.1定位系泊系统按采用锚索的类型不同,可分为: 全锚链定位系泊系统; aa 全钢丝绳定位系泊系统; b 复合锚索定位系泊系统 c 4.2.2定位系泊系统按采用主设备的类型不同,可分为: 锚机定位系泊系统; a 错绞车定位系泊系统 b 4.2.3定位系泊系统按主动力的驱动方式不同,可分为 电力驱动定位系泊系统; a b)液压驱动定位系泊系统 5 技术要求 5.1材料 定位系泊系统锚机/锚纹车所选用的材料屈服强度应不大于材料抗拉强度的80% 锚机/锚绞车 主要零部件的制造材料见表1 表1主要零部件材料 项目 材料要求 锚链轮和棘轮 铸钢或轧钢 链轮轴 锻钢或轧钢 传动轴 锻钢或轧钢 齿轮 锻钢或轧钢、铸钢 联轴器 锻钢或铸钢 卷简,卷简凸缘 铸钢或轧钢 卷简轴 锻钢或轧钢 棘爪挡块 锻钢或轧,铸钢 锻钢或轧钢、铸钢 制动器部件 铸造零件中的材料延伸率应不小于15%的铸钢 根据工作环境选用材料,对应环境温度下所选材料的冲击值应不小于27J.
GB/39097一2020 5.2设计与结构 5.2.1 系统设计要求 5.2.1.1定位系泊系统应具备在正常环境工况下作业和极端环境工况下自存的能力,且保证在任一锚 索突然失效时,不会导致其他锚索相继失效 5.2.1.2当定位系泊系统附近有其他结构物存在时,还应对其在破损情况下的瞬态运动性能进行分析， 该分析应包括定位系泊系统在达到新平衡位置以前瞬态运动过程中的移动路径,方位以及错索张力 5.2.1.3对于可解脱的定位系泊系统,设计者应指明可解脱或者重新系泊的限定工况 5.2.1.4定位系泊系统的环境条件、环境载荷及运动形式参见附录A 5.2.1.5定位系泊系统分析方法参见附录B. 5.2.2锚索 5.2.2.1锚链 错链应符合GB/T20848或APISpee2F的要求 5.2.2.2钢丝绳 钢丝绳选用应符合下列要求 应符合GB/T8918的要求; aa b 钢丝绳应具有适合其用途的构造,通常采用具有独立钢丝绳股芯的6股37丝构造的钢丝绳 钢丝表面应镀锌或特殊防护 c 5.2.2.3合成纤维索 合成纤维索应符合GB/T11787的要求 5.2.3 导向装置 导向装置应符合下列要求 带齿的导向链轮齿数不应少于5齿,建议导向链轮齿数宜采用7齿或9齿;不带齿的锚链导向 aa 滑轮应按具体情况专门设计,其底径不应低于锚链直径的12倍 钢丝绳导向滑轮的底径应不小于钢丝绳直径的18倍; b 合成纤维索导向滑轮的底径应不小于合成纤维索直径的10倍 导向链轮或滑轮的设计包角45°90",转角士90'; d e 对于包角小于45"的导向滑轮或滚柱,其底径可减小,但不应低于锚索直径的6倍 fD 导向装置结构强度的校核应以锚索的破断负荷为依据 导向弯管、导向孔等导向装置的设计应允许锚索在所有系泊模式下均能自由滑动,并不使锚索 g 受到过大的弯曲和磨损 5.2.4锚机/锚绞车 5.2.4.1 组成 错机/锚绞车一般由锚链轮/卷筒、齿轮驱动机构、动力源和制动装置等组成 5.2.4.2强度要求 锚机/锚绞车强度应符合下列要求
GB/T39097一2020 锚机/锚绞车在支持负载作用下,其受力零件的应力不应超过材料屈服强度d,或0.2%规定 a 非比例延伸屈服强度Rm.的90%,其中制动装置受力零件的计算应力不应超过屈服强度d 或0.2%规定非比例延伸屈服强度Rm.g的85%; b 应急释放时任何零件不应产生永久变形; 负载循环数超过10000的零件应进行疲劳计算,计算应力不超过屈服强度d.或0.2%规定非 c 比例延伸屈服强度R的40%,零件应设计成至少有10年寿命 5.2.4.3锚链轮 锚链轮应符合下列要求: 锚链轮最少要有5齿,具体结构符合CB/T3179的要求; a 锚链轮端部可设置带式制动轮,制动面可光面或其他防锈处理 b 锚链轮端部可配置齿轮驱动机构 c 锚链轮结构应能与锚机驱动装置脱开 d 5.2.4.4 卷筒 卷筒应符合下列要求 卷筒直径当采用钢丝绳时,不小于钢丝绳直径的16倍;当采用合成纤维索时,不小于合成纤 a 维索直径的8倍; b 卷筒的宽度一般为直径的1.5倍1.8倍;当卷筒宽度大于2倍卷筒直径时,应进行稳定性校 核;当卷筒宽度大于3倍卷筒直径时,应进行弯曲应力校核 卷筒壁厚一般不小于钢丝绳直径,特殊设计的卷筒可根据实际情况确定 c 卷筒凸缘高度应设计成全部钢丝绳绕于卷筒上时,外层钢丝绳不超过凸缘高度 d 卷筒应配有合理绳槽或结构保证多层缠绕的排绳整齐; e 钢丝绳放出时卷筒剩余缠绕圈数应不小于5圈,钢丝绳固定在卷筒上的强度约为0.1倍钢丝 绳额定负载 卷筒端部可设置带式制动轮,制动面可光面或其他防锈处理; g h)卷简端部可配置齿轮驱动机构， 卷简结构应能与错机驱动装置脱开 5.2.4.5摩擦式绞车卷筒 摩擦式绞车卷简应符合下列要求 主卷筒和储绳卷筒绳槽底径应不小于钢丝绳直径的16倍 a b储绳卷筒全部钢丝绳绕于卷筒上时,外层钢丝绳不超过凸缘高度 5.2.4.6制动装置" 锚链轮/卷筒制动装置应符合下列要求 每一个锚链轮或卷筒应设一套独立的制动装置; a 制动装置的制动力应按锚索最小破断载荷或可能的最大负载确定; b 制动装置的动力操纵系统的工作应不受主动力源故障的影响,需要时可配置额外的应急动 力源; d 电机驱动的错机/锚绞车电机应设置自动制动装置;液压马达驱动的锚机/锚绞车,由用户和制 造商商定是否设置自动制动装置
GB/39097一2020 5.2.4.7棘轮装置 锚链轮/卷筒上可设置棘轮装置,棘轮装置应符合下列要求 用于锚机/锚绞车的维修和保养,阻止锚链轮/卷简旋转 a b 棘轮棘爪结合后强度应满足锚链或钢丝绳最小破断载荷 5.2.5控制系统 5.2.5.1机旁操作系统 机旁操作系统一般控制单台锚机/锚绞车或相距较近的两台锚机/错绞车,应满足以下要求: 布置于锚机/锚绞车附近,便于操作者观察锚机/锚绞车的运行状态;防护等级符合安装位置的 a 环境要求; 采用比例控制的手柄控制错机/错纹车,采用按钮或开关控制制动器,离合器等功能性装置 b 配置指示灯、仪表或显示器指示锚机/锚绞车的运转方向和速度、锚链或钢丝绳的张力,制动力 和离合器的工作状态; 设置报警装置,对危险状态或可能带来危险的工况发出声光报警信号 报警内客包括但不限 于过载.超速,起限等 对于采用液压动力的,还应设置低油仪.,高油温,逮器堵塞等报警信号 设置控制权限转换开关,且有较高的控制权限; e 各个手柄、按钮、开关、指示灯和显示器等均应配置标牌说明其功能 f 5.2.5.2中央集控系统 中央集控系统一般用于控制整个定位系泊系统,包括所有的锚机/锚绞车,以及其他需要控制的相 关设备,应满足以下要求 布置于驾驶室或专门的舱室内,具有良好的观察的视野; a b 通过通信方式与机旁操作系统联系并交换控制信号和状态信息; 能够控制所有定位系泊系统设备,显示所有定位系泊系统设备的各项状态,能够代替机旁操作 co 系统的控制功能; 设置控制权限转换开关,以便于与机旁控制区分控制位置 d 配置中央监视系统观察绞车运行情况 中央监控系统包括摄像头及其控制、信息存储设备;中 ee 央监视系统的电源应独立于定位系泊系统之外,单独供电 5.3性能 5.3.1空载 锚机/锚绞车在额定速度下空载运转应无异常的振动和噪声,液压系统动作应灵活、可靠,无渗油、 漏油现象 5.3.2额定负载 错机/错绞车的额定负载应满足下列要求 a 锚机/锚绞车的额定负载,不宜大于锚索最小破断负载的三分之一;不同类型锚索组合连接起 锚装置的额定负载应不大于设计锚索中较小的破断负载三分之一 b 额定负载按表2选取,首选第一系列推荐值; 锚机/锚绞车在额定负载下运行应无异常的振动和噪声,液压系统动作灵活、可靠、无渗油、漏 油现象,起锚机的错链轮与锚链啮合良好,不应有跳链现象
GB/T39097一2020 d 锚机/锚绞车额定速度和锚索收放长度显示应与测量计算一致,锚索的张力显示应准确 e 电动机工作电流应不超过额定电流 5.3.3额定速度 额定速度值由用户和制造商商定,可按表2选取,首选第一系列数值: 表2额定负载与额定速度推荐表 额定负载 额定速度 kN m/min 第一系列 16 25 63 100 6.3 l0 40 第二系列 12.5 20 31.5 50 8C 125 40 O 50 63 o o 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 000 1250 600 2000 2500 3150 注:e优先选取;推荐选取;O尽量不选取 5.3.4支持负载 链轮(卷筒)制动装置的支持负载(即静载制动力)不小于锚链(钢丝绳)的破断负载 锚链与钢丝绳 组合连接起锚装置的支持负载,取二者的小值 制动装置刹紧并在支持负载下,锚链轮/卷筒应不打滑， 错链轮/卷筒、轴、制动装置,底座支架等无永久变形
GB/39097一2020 5.3.5自动制动 原动机制动装置应满足以下要求 原动机制动装置的静载制动力为50%锚索破断负载 a b 当操纵手柄处于停止或动力源出现故障时制动装置应具有自动制动功能 制动应可靠,锚链轮/卷筒应不打滑,锚链轮/卷筒、轴、制动装置、底座支架等无永久变形;若液 压驱动的错机/错绞车(无自动制动装置)仅靠平衡阀实现该功能,则在该负载下,错索滑移量 应不大于1m/min; d 应急停车时,锚机/锚绞车应立即停车 5.3.6应急释放 锚机/锚绞车可根据实际使用需求设置应急释放功能 设置应急释放功能应满足下列要求 在系泊状态下,当错索张力达到设定值(该值应不大于80%支持负载)时,锚机/锚绞车能在 10s内打开制动器,释放锚索; b 在应急释放的过程中,当拉力降低至设定值(该值应不大于50%支持负载)时,应能闭合制动 器,停止锚机/锚绞车; 应急释放操作开关应安装在所有控制地点,设保护装置,防止误操作; c d 具有应急释放功能的锚机/锚绞车应在结构上设计可使锚索完全被拖出 5.3.7控制系统 5.3.7.1 机旁操作系统 机旁操作系统应满足以下要求: a 手柄控制锚机/锚绞车,运动方向与手柄方向对应,运动速度与手柄角度对应;手柄被释放后， 绞车应能自动停止; b 按钮或开关应能正确控制制动器、离合器等装置的动作; 指示灯、仪表或显示器应能正确指示锚机/锚绞车的运转方向和速度、锚链或钢丝绳的张力、制 动力和离合器的工作状态; 报警装置应能对危险状态或可能带来危险的工况发出声光报警信号 具体的报警信息可通过 报警表或显示器查询 5.3.7.2中央集控系统 中央集控系统应满足以下要求 能够正确控制所有定位系泊系统设备动作,显示所有定位系泊系统设备的运行状态 a b 采用综合显示器显示定位系泊系统的状态信息和报警信息 能存储并输出较长时间内的绞车运行信息; c d 中央监视系统能够正常观察绞车运行情况 试验方法 6.1空载 空载试验在锚机/锚绞车未安装锚索的情况下进行 使设备在额定速度下连续运转60min,正反 向各30min,运转前或运转后以能调整到的最低稳定转速正反向运转2min.
GB/T39097一2020 检查锚机/锚绞车的运转情况、减速箱外表、液压系统,电动起锚机和锚绞车测量并记录电动机在空 载速度下的空载电流及输人电源的电压 6.2额定负载 6.2.1按5.3.2规定的额定负载进行试验,连续试验30min,检查设备的运转情况、减速箱外表、液压系 统动作情况及锚链轮与系泊链的啮合情况、额定速度和锚索收放长度显示和张力显示情况 6.2.2设备以额定速度在卷简钢丝绳或链轮上系泊链放出长度不小于6m条件下,升降重块 重块下 降中,进行应急停车一次,检查停车情况 6.2.3试验完成后,锚机/锚绞车测量额定负载下电动机工作电流、转速、输出功率电源电压;测量减 速箱油温、轴承温度;检查液压系统油温,油压 6.3额定速度 设备在额定负载下运行,观察测速装置和速度显示仪器 6.4支持负载 锚链轮/卷筒脱开离合器并刹紧制动装置,以支持负载加载,保持2mim,观察错链轮或卷简打滑情 况和锚链轮/卷筒、轴、制动装置、底座支架的变形情况 注如果制造商和买方达成协议,支持负载可以通过理论计算来核实,设计计算时带式制动器摩擦带的最大摩擦系 数为0.30 样机试验数据可以接受 6.5自动制动 合上离合器,打开锚机/锚绞车的制动装置,刹紧自动制动装置,以50%破断负载加载,保持2min 检查锚链轮/卷筒打滑情况和锚链轮/卷筒、轴、制动装置、底座支架的变形情况 6.6应急释放 在航行时进行试验,当锚索张力达到80%破断负载或者在其他情况下,操作应急释放装置打开 6.7控制系统 分别在机旁及中央控制系统进行操纵,检查操纵性能、操纵可见度和机旁操纵台的防护功能;检查 报警装置和电流、电压、频率、压力、张力、长度、速度等显示仪表
GB/39097一2020 录 附 A 资料性附录 环境条件、载荷及运动形式 环境条件 A.1 环境条件一般分为正常作业和极限自存两种,对应最大作业条件和最大设计条件,包括风、波浪、海 流和水深等参数 在定位系泊系统的设计分析中,应考虑风、波浪、海流足够数量的来向角,以及风、波浪、海流实际可 能的最严重组合 通常按相同来向角的风、波浪,海流确定每根锚索的最大张力 如欲在特定地区作业 时,还应考虑任何合适的可能导致更高系泊载荷的不同方向的风、波浪、海流的组合 对于受热带气旋影响地区,如气旋来临时可撤离浮式装置上所有人员,则可采用最少1年重现期的 环境条件设计条件 对于远离其他结构物作业的浮式装置,其定位系泊系统应使用重现期不少于5年 的最大设计条件 对于靠近其他结构物作业的浮式装置,其最大设计条件应具有不少于10年的重现 期 永久性定位系泊系统应采用重现期最少为100年的设计准则 如果定位系泊系统的设计寿命设计 上低于20年,选用较短的重现期更为合理,在这种情况下,重现期应通过计人定位系泊系统失效后果的 风险分析来决定 A.2环境载荷 A.2.1风载荷 A.2.1.1评估方法 设计中,通常使用以下两种方法评估风载荷大小 只考虑作用在浮式装置上的定常风力 设计风速取为平均海平面以上10m处时距为1min aa 的平均风速 在定常风力的基础上叠加低频风力,定常风迷一般按1h平均风逃计算,其波动风速按合适的 b 经验阵风谱考虑 定常风速的时距应和确定风谐时所使用的平均风速相一致 在永久定位系泊系统的最终设计阶段,应采用定常风力叠加低频风力方法,除非证明只考虑定常风 力方法更安全 A.2.1.2风载荷计算 风载荷可由模型试验或者以下方法计算得到: 风压P应按式(A.1)计算 a P=0.613×10-V 式中: -风压,单位为千帕(kPa). v -风速,单位为米每秒(m/s) b)风载荷F应按式(A.2)计算 A.2 F=CC,SP
GB/T39097一2020 式中: 风载荷,单位为千牛(lkN); 受风构件高度系数,其值可根据构件高度h(构件型心到设计水面的垂直距离)由 表A.1选取; 受风构件形状系数,其值可根据构件形状由表A.2选取,也可根据风洞试验确定 浮式装置在正浮或倾斜状态时,受风构件的正投影面积,单位为平方米(m') S、 计算风力应符合下列要求 当平台有立柱时,应计人全部立柱的投影面积,不考虑遮蔽效应; 对于因倾斜产生的受风面积,如甲板下表面和甲板下构件等,应采用合适的形状系数计人 2 受风面积中 3 对于密集的甲板室,可用整体投影面积来代替计算每个面积,此时形状系数可取为1.l; 对于孤立的建筑物、结构型材和起重机等,应选用合适的形状系数,分别进行计算; 4 通常用作井架,吊杆和某些类型桅杆的开放式析架结构的受风面积,可近似地取每侧满实 5 投影面积的30%,或取双面衔架单侧消实投影面积的80%,并按表A.2选用合适的形状 系数 表A.1高度系数C 海平面以上的高度 高度系数C n 0~15.3 1.00 1.1o Ba 30.5 30.546.0 1.20 46.061.0 1.30 61.076.0 1.37 76,.0~91.5 1.43 91.5106.5 1.48 106.5~122.0 1.52 1.56 122.0137.0 137.0~152.5 1.60 152.5~167.5 1.63 167.5~183.0 1.67 183.0198.0 1.70 198.0213.5 1.72 213.5~228.5 1.75 1.77 228.5一244.0 244.0259.0 1.79 259.0以上 1.8o 10
GB/39097一2020 表A.2形状系数C. 构件形状 形状系数c 球形 0," 圆柱形 0.5 1.0 大的平面(船体、甲板室、平滑的甲板下表面 甲板室群或类似结构 1. 钢索 1.2 井架 1.25 甲板下暴露的梁和析材 1.3 小部件 1.4 1.5 独立的结构(起重机,梁等) A.2.2海流载荷 A.2.2.1评估方法 海流载荷通常按定常力考虑,可由模型试验或经验公式计算得到 A.2.2.2海流载荷计算 A.2.2.2.1设计流速应取为在浮式装置作业海区范围内可能出现的最大流速值,包括潮流流速、风暴涌 流速和风成流流速 应考虑作业海区流速的垂向分布,当:h，时,设计流速按式(A.4)计算 A.4 V长=V十V 式中: V 设计海流流速,单位为米每秒(m/s); -潮流流速,单位为米每秒(m/s); V -风暴涌流速,单位为米每秒m/s); V -风成流流速,单位为米每秒(m/s); h -风成流的参考水深,单位为米(m) 水质点在静水面以下的垂直距离,单位为米(m). A.2.2.2.2当只考虑海流作用时,估算方法如下 作用于船形船体上的首向或麂向海流引起的海流力按式(A.5)计算 a (A.5 F=CSV 式中: F 作用于首部的海流力,单位为牛顿(N); 首向海流力系数,Ca=2.89; 包括附属物在内的船体湿表面积,单位为平方米(m'); V 设计流速,单位为米每秒(m/s) b 作用于船形船体上的侧向海流引起的海流力按式(A.6)计算 (A.6 =CSV 1
GB/T39097一2020 式中: F 作用于侧向的海流力,单位为牛顿(N); C -侧向海流力系数,C =72.37 注:式(A.5)和式A.6)适用于钻井船的海流力计算,也仅适用于具有类似船型和大小的生产装置 大型油船的风力和海流力 c 计算大型油船的风力和海流力可采用石油公司国际海事论坛(OCIMF)发布的《巨型原油船风 和海流力预报报告》m 该报告提供了超大型原油船(VLCCs)也即150000500000载重吨 级油船的计算风负荷和海流负荷的系数和程序 用于不同吃水和处在富裕水深工况下的被系 泊装置的风力/海流力和力矩系数均为无因次系数 尽管系泊阻尼的分析尚未论及,这些系数 可供计算机或是手算技术用于储油船/中转站的定位系泊设备设计 d 作用于半潜船体上的海流力按式(A.7)计算: (A.7 F =C.(CnA +CeA)V 式中: F 海流力,单位为牛顿(N); C 半潜船体海流力系数,C=515.62; 曳力系数(无因次),圆形构件C=0.50,平面构件C 如图A.l所示; 水线以下所有圆柱形构件投影面积之和,单位为平方米(m=); 水线以下所有平面构件投影面积之和,单位为平方米m') 作用于半潜锚索和立管(隔水管)上的海流力 -般的系泊设计中作用在锚索和立管上的海流负荷应予计算,这对于流速高的深水区域龙 在一 为重要 采用合适的海流分布和曳力系数计算作用在锚索和立管上的海流负荷 在高流速 时,由于出现涡激振动,曳力系数应做修正 A.2.2.2.3考虑海流与波浪相互作用时,若采用莫里森(Morison)公式计算波浪载荷,应将波浪水质点 速度与海流速度矢量相加;若采用绕射理论计算波浪载荷,海流载荷应按式(A.5)计算,并和波浪载荷 矢量相加 2.0 7 1.5 1.0 0.5 0.0 0.0 0.1 0.3 0.5 图A.1平面构件半潜海流曳力系数 12
GB/39097一2020 A.2.3波浪载荷 A.2.3.1评估方法 波浪载荷可由模型试验或计算分析予以确定 A.2.3.2波浪载荷计算 波浪载荷对浮式装置的作用通常分为三种力分别计算 以波频振荡的一阶力,它将引起系泊平台的一阶运动也可称为“波频运动”); a 以低于波频振荡的二阶力,它将引起系泊平台的二阶运动(也称为“低频运动”) b 二阶力中的定常部分(也称为“波漂力”). c 对于D/L<0.2(D为构件截面的特征尺度，L为波长)的小尺度孤立桩柱,其波浪载荷可用莫里森 公式计算;对于大尺度物体,一般采用绕射理论通过对作用在浮式装置湿表面上整个水压力的积分计算 波浪载荷 A.3浮式装置的运动 A.3.1波频运动和低频运动 浮式装置在风力(定常,海流力和波漂力的联合作用下将从无环境力作用时的初始位置偏移至新 的平均位置,在此平均位置,定位系泊系统的复原力将平衡所施加的上述定常力 波浪关于此新的平衡 位置引起系泊平台的波频和低频运动 波频运动和低频运动应由模型试验或计算分析求得 波频运动一般可与低频运动分开计算 在波 频运动分析中,由于平台的纵荡、横荡和首摇运动的固有周期远大于波浪周期,一般可不考虑定位系泊 系统质量及弹性对波频运动的影响 在低频运动分析中,一般可只考虑浮式装置的低频纵荡、横荡和首 摇运动 系泊平台的低频运动为集中在系泊平台固有频率附近的极度窄带的响应 运动幅值取决于定 位系泊系统的刚度和阻尼 因此在低频运动计算中,精确估计阻尼是十分重要的 A.3.2涡激运动 由圆柱形结构组成的浮式装置,如深吃水单柱式,半潜式和张力腿式,在流的作用下容易发生涡激 运动,因此,在定位系泊系统的设计时,应考虑这些载荷 涡激运动可促使浮式装置产生横流向的振荡运动和顺流方向的振荡运动，一般横向的振动幅度大 于纵向的振动幅度,使浮式装置的偏移量增大,最终导致系泊力增大,因此,除风、波浪、海流的作用以 外涡激运动的附加影响应在定位系泊系统设计时加以考虑 分析涡激运动是否发生,应考虑定位系泊系统的固有频率是否与平台柱体的漩涡发散频率接近,若 两者接近,则可能发生明显的涡激运动 平台柱体的漩涡发散频率f、 可按式(A.8)计算 V A.8 f，=s D 式中: 斯得鲁哈尔数,取决于雷诺数,浮式装置的立柱尺度一般都比较大,雷诺数一般大于10',对 应的斯得鲁哈尔数约为0.22; V 流速,单位为米每秒(m/s); D 平台柱体的直径,单位为米(m). 设计中,应尽量避免涡激运动的发生,可增加定位系泊系统的刚度从而确保固有频率远离漩涡发散 13
GB/T39097一2020 频率,但同时增加定位系泊系统的刚度会导致更高的锚索张紧力,对定位系泊系统设计不利,应综合评 估后确定最终措施 如果设计中不能排除涡激运动的产生和影响,应分析涡激运动影响,当前涡激运动响应主要来自模 型试验;系统设计初期,可采用基于粘性流的CFD方法进行预报 14
GB/39097一2020 附录 B 资料性附录 定位系泊系统分析方法 一般要求 B.1 B.1.1设计工况 设计工况主要包括 完整作业工况;在规定的作业环境条件下,浮式装置能进行预定作业而不使平均偏移及锚索张 a 力超过规定值; b 完整自存工况;在规定的自存环境条件下,浮式装置的最大偏移及锚索张力不超过规定值 破损作业工况;定位系泊系统中任一根锚索失效时的作业工况 c d 破损自存工况:定位系泊系统中任一根锚索失效时的自存工况 瞬态作业工况:在规定的作业环境条件下,任一根锚索突然失效而导致的瞬态运动 e D 瞬态自存工况;在规定的自存环境条件下,任一根锚索突然失效而导致的瞬态运动 B.1.2系泊布置" B.1.2.1系泊模式 系泊模式主要包括 辐射式定位系泊系统;由多根连接到固定于海床上桩或拖曳锚的悬链式锚索组成的系统，一般 aa 每根悬链式锚索的另一段均通过浮式装置上的导向孔连接到绞车或掣链器上,悬链线可以为 -段或多段,沿线可布置浮筒或配重块 单点定位系泊系统:系指一个系泊和转运装置,它在海底管道和系泊的装置之间提供一种联 b 系,需要时可供输送流体货物用,在环境条件下,系泊的装置能绕系泊点转动,常用的单点定位 系泊系统有悬链浮筒式、单错腿式和转塔式三种形式 轭架臂:系指连接浮式装置端部和系泊浮筒的刚性结构 推力器辅助定位系泊系统:系指有一个推力器装置辅助主定位系泊功能的系统,可减轻主定位 系泊系统的载荷 B.1.2.2定位系泊系统设备布置 定位系泊系统设备的布置应满足定位系泊系统设计需要,且不妨碍浮式装置的生产作业需要 B.1.2.3定位系泊系统设备配置 定位系泊系统设备配置要求如下 锚索;被定位系泊装置的锚索可采用锚链、钢丝绳、合成纤维索或它们的组合,错索的型式、规 a 格和位置以及为满足定位系泊特性要求所采用的重块或浮简的规格有许多种组合方式 全锚链系统;在近海作业中锚链显示了耐用性,它具有更好的抗底质磨损的特性，且有助 于锚的抓住能力 然而在深水中,全锚链系统的自身重量以及所需要的高初始张力所增 加的负荷都加到了装置可携带的负载能力之中 全钢丝绳系统由于钢丝绳比锚链轻得多,相对于所给定的预张力,钢丝绳能提供更大的 15
GB/T39097一2020 复原力 当水深加大时,这一点显得更加重要 然而,为了避免引起锚的垂向提升力， 全 钢丝绳系统需要很长的锚索 全钢丝绳定位系泊系统的缺点是,其同海底长时期接触引 起的磨损会导致损坏 为此,全钢丝绳定位系泊系统很少用于永久性系泊 33 组合系统一;锚索为锚链、钢丝绳和合成纤维索的组合 在锚链/钢丝绳定位系泊系统中 锚链通常同锚连接 由此,为锚索同海床的接触提供了良好的抗磨损性能,且有助于锚的 抓住能力 装置端采用锚链或钢丝绳以及终端设施的型式取决于作业过程中调整错索张 力的需要 通过选择适当的钢丝绳和锚链长度，组合系统显示出减小预张力的同时具有 高复原力,改善锚的抓持能力,以 ,以及良好的抗底质磨损特性等优点 这些优点使得组合系 统在深水系泊中具有吸引力 采用合成纤维索时,通常将其置于锚索的悬垂部分,以避免 其同海床和绞车设备接触 组合系统二;锚索为钢丝绳/锚链/钢丝绳的组合 钢丝绳同装置和锚连接，一节锚链设在 锚索与海底动力接触的沉陷区域 这种方式减少了锚链的数量,因为在深水位置布放锚 链费用既高,困难也大 有时使用锚链/钢丝绳/锚链组合系统,钢丝绳常常插人全锚链锚 索中,以增加钻井装置能够适应的水深 b错机/锚绞车;在特殊的定位系泊系统中,所需的错机/锚绞车的型式和设计取决于被控制的错 索的翠式,且浮式装置自身应预张紧错索或进行铺的负载试验 浸式装置登常常具备调整错索 张力、锚啃人底质后预张紧以及单独解开锚索的手段 此外,浮式装置常用于钻井和生产组合 作业,这就需要具有限定水面位置以调整立管的能力 通过放出和收进锚索,可以实施这样的 定位 常见的锚机/锚绞车有以下几种 卧式锚机 锚链提升装置 2 滚筒型绞车; 3 直线绞车; 4 牵引绞车 5 锚设备;锚的选择应考虑所需要的系统特性,底质条件,可靠性,安装和负载试验 适用于抛锚 定位的浮式装置的锚包括 1 拖曳埋置锚; 桩锚(打人型、喷射型、钻孔型和灌浆型) 2 3 吸力桩和吸力沉箱; 重力错; 44 板错(拖曳埋置式和直接埋置式). 5 B.2分类 定位系泊系统分析方法可分为准静力分析方法和动力分析方法 设计者应根据分析对象和复杂程度选择分析方法 对于带有立管的深水浮式装置,系泊分析时应 考虑立管载荷,及立管系统与浮式装置相互作用的刚度和阻尼 永久定位系泊系统的最终设计应采用 动力分析法,并对锚索进行疲劳强度分析 B.3 准静力分析方法 准静力分析法一般程序如下 确定定位系泊系统静刚度特性; a 16
GB/39097一2020 b 确定系泊浮式装置的平均偏移 确定平均偏移处的系泊刚度,根据系泊刚度进行系泊浮式装置的低频运动分析,以确定系泊浮 式装置低频运动有义及最大单幅值 d确定系泊浮式装置波频运劝有义及最大单幅值; 确定系泊浮式装置最大偏移和锚索最大张力 ee D 确定锚索最大悬挂长度; 确定锚最大载荷; g h) 定位系泊系统设计衡准,校核锚索张力、浮式装置平均偏移及最大偏移、锚最大载荷 B.4动力分析方法 B,4.1 -般要求 动力分析中,应考虑质量,阻尼和流体加速度等随时间变化的效应,以及以下对锚索性态有重要影 响的非线性因索 锚索应变或切向拉伸与张力间的非线性; aa b)锚索几何非线性; 作用在锚索上流体载荷非线性 c d)海底效应非线性 可采用频域分析法或时域分析法计算锚索对到索点运动的响应 B.4.2频域动力分析法 在频域分析法中,所有非线性项应通过直接达或迭代法予以线性化. 在频域法中近似处理非线性的方法应能反映出各参数的重要性 对高度非线性的定位系泊系统,应采用时域法进行动力分析 频域动力分析法一般程序 a 确定定位系泊系统静刚度特性; 确定系泊浮式装置的平均偏移 b 确定平均偏移处的系泊刚度; d 确定系泊浮式装置波频运动有义及最大单幅值; e 确定浮式装置最大偏移和锚索最大悬挂长度; 确定锚索最大张力和锚最大载荷 定位系泊系统设计衡准,校核锚索张力、浮式装置平均偏移及最大偏移、锚最大载荷 g B.4.3时域动力分析法 在按时域法确定错索被频张力时,应先按照海浪谐,产生一个至少3h的波高程时历 根据导索点 波频运动响应幅值算子将波高程时历换转为在锚索平面内导索点的水平和垂直运动时历 采用时域动 力分析计算程序按此导索点运动时历,计算张力响应时历 最后确定最大波频张力、有效波频张力 波高程时历可按船级社规范计算 由于按不同的随机相位可产生不同的被高程时历,因此对相同的导索点运动响应幅值算子可产生 无数个不同的导索点历时,及时得到极不同的最大或有效波频张力 建议采用相应方法求合理近似值 B.5破损定位系泊系统分析 除对完整定位系泊系统进行系泊分析和校核外,也应该对任一根锚索失效后的破损工况进行系泊 17
GB/T39097一2020 分析 破损定位系泊系统分析程序如下: a) 从完整定位系泊系统平衡位置,破断一根锚索; b) 确定在一根锚索破断后,在平均载荷作用下定位系泊系统的新平衡位置; 依据B.3确定锚索最大张力 c d如有必要,对系泊浮式装置从完整定位系泊系统平衡位置达到新平衡位置前的瞬态运动进行 分析; 对每根锚索重复上述分析,以求得最严重情况 e fD 校核锚索的最大张力 B.6瞬态分析 定位系泊系统在任一根锚索断裂或推力器系统失效后,到达新的平衡位置之前的瞬态分析一般用 时域方法求解,为了简化分析,可以使用时域和频域联合分析法 当浮式装置邻近有其他结构物时,需要用瞬态分析校核浮式装置的偏移和锚索张力 在时域和频域联合分析法中,首先使用时域方法确定最大的瞬态运动,然后在瞬态运动上叠加频域 方法得到的浮式装置运动 推荐计算过程如下 计算完整系泊状态时,平均载荷作用下的平衡位置 a b) 破断一根锚索,计算平均环境载荷作用下新的平衡位置; 用时域法计算系泊浮式装置仅在平均载荷作用下的最大瞬态运动,计算中定位系泊系统的刚 度应在每一步长处予以修正 d)确定浮式装置最大位移和锚索张力 应对一定数量的波浪力时历反复进行瞬态分析,在每一波浪力时历中应对发生在不同时刻锚索的 断裂反复进行计算 选取的设计值应该是这些模拟中得到的最大值,或按这些模拟结果估算的可能最 大值 B.7锚索疲劳分析 锚索的疲劳分析应采用S-N方法,对永久定位系泊系统应进行详细疲劳分析 应对每条锚索部件进行疲劳分析,每个锚索部件的S-N曲线应建立在疲劳实验数据和回归分析的 基础上 B.8定位系泊系统设计衡准 B.8.1校核内容 定位系泊系统应校核的内容包括,平均偏移及最大偏移、锚索张力、错索长度和锚抓力 B.8.2偏移 设计者应根据设备限制和间距要求,对浮式装置的许用平均偏移和许用最大偏移做出规定 B.8.3锚索张力 锚索张力安全系数取决于设计工况及所采用的系泊分析方法,在分析时应考虑锚索的腐蚀裕量和 磨损 通过系泊分析计算得出的锚索最大张力与锚索最小额定拉断强度的比值为锚索张力安全系数 当 采用准静力分析法和动力分析法时,锚链或钢丝绳张力的安全系数应不小于表B.1的规定值 18
GB/39097一2020 表B.1锚索张力安全系数表 准静力分析 动力分析 设计工况 平台远离 平台邻近有 平台远离 平台邻近有 其他结构物 其他结构物 其他结构物 其他结构物 2.25 完整作业工况 2.70 3.00 2.47 2.00 2.20 1.67 .84 完整自存工况 破损作业工况 1.57 1.73 1.80 2.00 2.00/1.57” 1.25 .37 破损自存工况 1,43 瞬态作业工况 1.22 1.40 1.34 1.18 1.05 1.16 瞬态自存工况 注 如采用不同材质错索/分析方法经船级社审查同意后在保障浮式装置安全情况下,可采用其他安全系数 安全系数2.00适用于在保持系泊平台与邻近结构物隔开中起关键作用的错索 B,8.4锚索长度 如果采用大抓力锚,则锚索应具有足够的触外长度,以使定位系泊系统达到破损条件下最大偏移时 锚索仍有一段与海底接触 对具有其他错系统(如桩错)的定位系泊系统,可采用较短的错索 B.8.5锚抓力 对于不同类型的锚,锚抓力应满足下列要求; 对于大抓力锚,计算抓力时可考虑锚索在海床上的摩擦力,摩擦系数取决于抛锚位置海床的实 a 际情况以及锚索的类型,通用的锚链和钢丝绳摩擦系数见表B,2,设计者应根据设定锚型式和 海床条件的锚抓力分析报告校核锚系统抓力 对于能同时承担上拔力和水平力的传统桩错,设计者应根据设定土壤条件的锚抓力和结构分 b 析报告校核锚系统抓力 对于吸力锚设计者应根据吸力锚的锚抓力、结构和疲劳分析报告校核锚系统抓力 大抓力错和吸力错的最小安全系数爱求见表B3.桩错应满足船级社相美规范中对桩承载力 d 安全系数的要求 浮式装置定位系泊系统需要的最大锚抓力应基于考虑锚索动态效应的动力分析方法得到 表B.2锚索摩擦系数表 锚索类型 静摩擦 滑动摩擦 错链 0.70 1.00 0.60 钢丝绳 0,25 表B.3锚抓力安全系数表 完整自存工况 破损自存工况 锚类型 大抓力锁 1.50 1.00 吸力锚横向 1.6o 1.20 吸力错轴向 2.00 1.50 19
GB/T39097一2020 B.8.6锚索疲劳寿命 永久定位系泊系统的疲劳安全系数与部件的可检测条件和位置相关,锚索各部件的疲劳安全系数 应不小于表B.4中的规定值 表B.4锚索部件疲劳安全系数表 锚索部件类别 可检测部分 不可检测且关键部分 疲劳寿命与设计寿命比值 B.9间距 浮式装置及其定位系泊系统与其他海洋结构物之间应避免接触而保持足够间距 间距的标准应考 虑如下因素:环境条件、水深、浮式生产装置或平台的尺寸、损害风险、资产损失以及环境破坏等 浮式装置与其他海洋结构物的间距可按瞬态分析方法确定 B.10推力器辅助定位系泊系统分析 对设有推力器辅助定位的浮式装置,在所有设计工况下可考虑部分或全部静推力效应 推力器可 以是手动控制或自动控制 许用推力按表B.5选取 表B.5推力器辅助定位系泊系统中推力效应许用值" 推力器控制系统 设计工况 手动控制 自动控制 完整作业工况 除1个以外,其余推力器 除1个以外,其余推力器 净推力的70%" 净推力的100% 完整自存工况 破损作业工况 所有推力器净推力的70% 所有推力器净推力的100% 破损自存工况 本表适用于具有备用动力源的推力器系统 如果推力器的推力效应不同,则应扣除1个最大推力效应的推力器 无备用控制系统时,应按相应净推力的70%考虑 净推力计算应基于零航速下有效系柱推力,并应考虑任何方向限止,浮式装置运动海流、推力器与 浮式装置壳体之间、推力器与推力器之间相互干扰的影响 20
GB/39097一2020 参考文献 [[1]巨型原油船风和海流力预报报告.石油公司国际海事论坛(OcCIMF).1977.

深水定位系泊系统技术要求GB/T39097-2020

深水定位系泊系统是一种用于海洋工程领域的重要设备。该系统通过系泊点来固定浮标或潜艇，以实现定位和控制操作。GB/T39097-2020标准对深水定位系泊系统的技术要求进行了详细规定，从而保证了系统在复杂的海洋环境中的稳定性和可靠性。

根据GB/T39097-2020标准，深水定位系泊系统需要满足以下技术要求：

1. 定位精度要求高：系统需要能够实现高精度的定位，通常要求水平精度小于1m，垂直精度小于2m。
2. 抗风浪能力强：系统需要能够在海浪和风力的干扰下保持稳定，防止系统漂移或倾斜。
3. 电气安全性能高：系统需要具有良好的电气安全性能，避免因装置故障引发火灾或爆炸等危险情况。
4. 通信可靠性好：系统需要能够实现可靠的通信，以便接收和传输数据。
5. 易于操作和维护：系统需要易于操作和维护，使得使用者可以方便地控制和管理系统，减少故障率。

为了满足以上技术要求，深水定位系泊系统通常包括以下组成部分：

• 浮标：用于定位和支撑设备，通常为球形或圆柱形。
• 系泊点：通过钢缆将浮标与固定位置连接。
• 定位器：用于测量设备的位置信息，通常采用GPS或声纳等技术。
• 控制器：用于控制设备的运行和通信。

需要注意的是，深水定位系泊系统在使用前需要进行充分的测试和验证。同时，在实际使用中，还需要定期维护和检查，以确保系统的稳定性和可靠性。

深水定位系泊系统技术要求的相关资料

和深水定位系泊系统技术要求类似的标准

GB/T39097-2020

深水定位系泊系统技术要求

2022/7/21 22:23:04 现行