2019年 02月

为转塔式锚泊系统的系泊分析针对负荷方向组合的研究

2019年 2月 15日

Won Jong-bum (Technology Planning Team), Jeon Gi-young (ICT Solution Team), Kwak Yeon-min (Technolog

1. 序论

一般浮游式海洋平台系泊分析中使用的负荷方向的组合是通过相关海域的Metocean data反映其特性或者当这种方法不可行的时候会根据不同负荷方向的组合来寻找最不好的情况来执行(BV, 2015), 还有当没有安装海域的方向数据时，在进行转塔式锚泊系统分析时，建议以Collinear及Non-Collinear两种方式组合负荷方向(DNVGL 2015)。目前由于很多标准及基准不一致存在发生分歧的可能性。

本次研究中通过对转塔式锚泊系统分析时适用的负荷方向组合进行参数化的研究，确认在进行这种分析时适用的不同负荷相对应的方向适用范围。

2. Mooring system analysis

系泊系统分析一般按照图1的流程来进行。

图1. 系泊分析的一般流程

2.1 适用模型

适用模型以三星重工开发的FPSO为对象进行，详细事项请参考表1。

表1. FPSO的详细事项

Item	Unit	Max. Storage
LPP	m	244
B	m	50
TF	m	18.6
TA	m	18.6
V	m³	163,215
GM	m	4.43
XCG	m	117.7
YCG	m	0
VCG	m	18.5
kxx	m	15.2
kyy	m	59.3
kzz	m	60.0

图2. 分析模型

图2是分析模型，由2,000个板块和节点组成。

2.2 坐标系

为了系泊分析而使用的软件是ANSYS AQWA，该软件使用的坐标系如图3所示。Head Sea定义为±180°。

图3. 坐标规定

2.3 转塔式系泊系统

转塔式系泊系统如图4所示有四组线组成，各个系泊线由 Top chain, Steel wire 及 Bottom chain组成。系泊线的详细事项请参考表2。

图4. 系泊系统

表2. 系泊缆的详细事项

Item	Unit	Top chain	Steel wire	Bottom chain
Length	m	80m	100m	300m
Diameter	mm	171mm	153mm	171mm
Unit Weight in Water	kN/m	4.96 (505.6kg/m)	1.01(103.0kg/m)	4.96(505.6kg/m)
Unit weight in air	Kg/m	505.6+(1025*0.046)	103.0+(1025*0.018)
Elastic Modulus(AE)	kN	2.49E+06	2.11E+06	2.49E+06
MBL	kN	26,952	21,068	26,952

3. Parametric Study

3.1 1st Study: Directional combination between 180° and 0°

为了确认不同负荷随着方向组合的倾向，如图5所示对波浪负荷的方向固定在180°的状态下，将潮流和风速的负荷在0°至180°之间以30°位间隔设定入射角进行了系泊分析。

图5. 方向组合的种类 (180~0°)

3.2 The results for the 1st Study

根据3.1条件的分析结果，在浮游式海洋平台的共计49种case中，选定了最大offset10%（5个）比例的负荷组合，其结果中可以确认集中在180~90°之间。表3是前10%负荷方向的组合。

表3. 前10%方向组合

Wave	Wind	Current
180	180	150
180	180	180
180	150	120
180	150	90
180	150	180

3.3 2nd Study: 180~90°范围内方向组合

根据3.2的结果可以确认属于前10%的最大offset集中在180~90°之间。以此为根据如图6所示在180~90°范围内将方向组合以15°为间隔进行细分，为了确认不同方向组合的特性而进行分析。

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图6. 方向组合的种类 (180~90°)

根据3.3项的要求波浪方向固定为180°的状态下将潮流和风的方向在180°~90°之间以15°为间隔组合方向，针对49种Case进行了分析并得到了各个条件的Offset结果。

并以此为依据针对不同负荷方向进行了倾向的分析，其结果如图7,8所示。在7个潮流方向中改变7个风的方向确认其offset结果，可以得出如图7所示，在135°至90°之间体现最大值的倾向。

以相同的分析形态，将风设定为基准负荷可以得到如图8所示在180°至120°之间体现最大值的倾向。

图7. 基于潮流方向不同风向的offset结果

图8. 基于风向不同潮流方向的offset结果

4. Sensitivity Analysis of Loads

根据转塔式系泊系统的主要支配负荷的方向，船首角度会发生变化从而减少负荷。

在180°和90°范围内以15°为间隔设定风和潮流方向负荷的组合，针对共计49种case的分析结果，以Weather vaning确认了船首角的变化。为了分别确认风和潮流对Weather vaning产生的影响通过将风向固定在180°时和将潮流方向固定在180°两种条件，确认了对Weather vaning的影响，其结果如图9所示。

图9. 根据风向和潮流方向对选手各倾向进行比较

风向固定时将潮流方向从180°变化至90°的区间内，可以确认船首角从180°变化至170°，发生大约10°的变化。相反将潮流方向固定时，可以确认风向造成船首角从180°变化至90°，大约发生90°的变化，与风向的流入方向类似。

通过本次研究的分析结果可以确认主要受风向影响的支配。

5. 结论

转塔式系泊海洋平台在系泊分析时，为了了解适用的负荷方向的组合对海洋平台offset产生的影响，对各种各样的负荷方向组合进行了分析，并通过其结果得出了下列结论。

潮流在180°至90°之间具有发生最大offset的倾向，风是在135°至90°之间具有发生最大offset的倾向。

根据不同负荷方向进行 Weather vaning敏感度分析结果确认了最受风向的支配，这意味着本次分析结果受到了风负荷及其方向的影响。

综合这些结果，由于存在很多改变结果的变数，因此特定某个范围的负荷方向组合是比较困难的，系泊分析时通过在180°至90°的方向组合，得出最大offset是比较靠谱的。

KR Webzine Vol.119