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原文传递 S型铺管船动力定位性能研究

论文题名：	S型铺管船动力定位性能研究
关键词：	S型铺管船;动力定位系统;耦合运动;时域模拟;推力分配
摘要：	随着深海资源不断的开发利用，尤其是深海油气的运输，海底管道成为了海洋事业发展不可或缺的一块拼图，搭建起了海洋油气能源和人类之间的一座桥梁。由于铺管作业的复杂性，人类在这一领域的研究已经经历了上百年的发展历史，但至今仍然有许多技术难点未能得到解决。最常用的海底管道铺设方式就是采用S型铺管船进行铺管，经历了几十年的发展，铺管船已经进行了四代的更替发展，定位方式也从最初的锚泊定位，到现在采用动力定位系统。　　本文以“海洋石油201”深水起重铺管船为研究对象，应用商业软件Orcaflex的外部数据链接库编译动力定位系统计算模块，并建立托管架-管道-铺管船三者的耦合运动模型进行动力定位系统的时域分析。动力定位系统的计算模块根据PID和Kalman滤波相结合的原理进行控制系统的编译，采用二次序列规划法进行推力系统的推力分配；托管架-管道的接触采用广义弹性接触面原理，管道受力则根据集中质量法进行计算。　　为了分析研究所编译的动力定位系统计算模块的有效性，分别构建了两个运动模型：一个是非铺管工况的运动模型，即只针对铺管船船体进行动力定位时域模拟；另一个是铺管工况，即建立托管架-管道-船体三者耦合模型进行动力定位时域模拟。探讨了两者之间动力定位系统的定位精度和总功耗等差异。　　为了分析不同铺设水深以及不同环境载荷对于推力系统的相关影响，构建了铺设水深分别为145米、1175米、2000米和3000米的耦合运动模型，并且选取90°、135°和180°的环境载荷分别进行时域模拟，对比分析各个组合下的推力系统推力分配情况和功率消耗的情况，得出相关结论。　　为了能够剖析船体的一阶运动对于管道作用力和动力定位系统性能的影响，建立了两组对比模型：第一组是考虑一阶运动的铺管船耦合运动模型和不考虑一阶运动的铺管船耦合运动模型，然后分别进行耦合时域模拟，研究比较之间的差异，讨论一阶运动对动力定位系统的影响；第二组是只含垂荡以及水平三自由度运动的铺管船和只含纵摇以及水平三自由度运动的铺管船进行动力定位时域模拟，对比分析纵摇和垂荡对管道作用力的影响。
作者：	朱建勋
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	孙丽萍
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文