海结原理(10)-锚泊定位2

1、海洋平台锚泊定位系统 船舶工程学院陈明 海洋结构物设计原理讲义（10） 一、概述 1. 锚泊系统分类 （1）临时锚泊系统 CCS规定所有移动式钻井平台要求配备临时锚 泊系统。与一般钢质海船一样，用舾装数来确定锚 的数量和大小。 （2）定位锚泊系统 浮在水面上作业的钻井船和半潜式平台一般用 锚泊定位系统，规范中不规定其形式，由设计方决 定，但要满足规范中的对临时锚泊系统的要求，向 下兼容。 一、概述 2. 动力定位系统 是浮式钻井船或半潜式平台依靠自身得动 力，使其在风、浪、流等外力的作用下保持所 要求的水平面内的位置的一种定位系统。 主要包括传感器、控制和推进器三个系统 组成。 价格昂贵，一般

2、仅在锚定位有困难或深水 区才采用动力定位系统。 一、概述 3. 锚泊系统的布置形式 （1）临时锚泊系统 一般设在平台的首部，系泊时将平台的首部拉住。 这样不论风浪来自任何方向，平台的首部始终迎着波 浪方向，而保持受力较小，活动范围较大。 一、概述 3. 锚泊系统的布置形式 （1）定位锚泊系统 海上风浪可能来自任何方向，因此需要将锚索拉 向四面八方，即呈现辐射状，才能实现定位功能。 通常根据平台的形状布置，矩形平台8（4）根， 三角型平台9（3）根，五角型为10（5）根。 为了提高定位能力在锚索上加预张力，每根锚索加 上相同的预张力。 定位锚一般要对称布置。考虑到某个方向来流较 大可以不均匀布置

3、。 8锚均布 10锚均布 9锚均布 30 30度60度对称 30 40 30度70度对称 90 45 45度90度对称 (8锚或10锚) 二、锚及锚索 1. 锚 锚的种类繁多，移动式平台使用转爪锚。 锚爪角 锚柄 锚杆（稳定杆） 锚爪 锚爪角 a Lv A M T F P A 1720度合适 锚柄拉力：T 锚重力：P 锚爪面土壤阻力：F F与锚爪面法向夹角b与土壤摩擦力有关 锚能入土的条件是T、P、F三个力对点A 的力矩MA0 锚爪角a的合适范围 a=3035(沙性土) a=50左右(软土) a2530（硬粘土） ba 拉力T的提升角度（与水平方向的夹角） 提升角0时爪力最大； Tmax与土壤

4、、锚埋藏深度、锚爪有效面积 与锚爪面的粗糙度因素有关； 使提升角等于0，必须使锚索具有足够的 长度。 2. 锚泊线 锚泊线是指锚链、锚索以及它们上面的各种块重和浮力器件的 组合。 锚链：由链环组成，链环有无档链环和有档链环两种，同样链径 的有档链环的强度比无档链环高20。 离岸作业锚泊系统大多使用2.54 inch直径的链环。 锚索：一般是使用钢丝索，它是由若干根钢丝先拧成股，再由股 拧成索。股与索拧的方向相同叫做“顺绕”，否则叫做“交叉 绕”。 钢丝索的中心有个纤维芯。芯是钢丝索的基础。负载时芯支持股 保持在各自位置；芯中油脂可以润滑，减小钢丝间摩擦；使索容 易弯曲。 索的优点：重量轻（是链

5、的0.20.25） 索的缺点：容易擦伤，纽结、腐蚀疲劳，难接头，必须有卷筒。 链的优点：耐摩、吸收的动载荷大 链的缺点：重量大 锚杆（稳定杆） Lv A M T F P A 1720度合适 锚柄拉力：T 锚重力：P 锚爪面土壤阻力：F F与锚爪面法向夹角b与土壤摩擦力有关 锚能入土的条件是T、P、F三个力对点A 的力矩MA0 锚爪角a的合适范围 a=3035(沙性土) a=50左右(软土) a2530（硬粘土） ba 拉力T的提升角度（与水平方向的夹角） 提升角0时爪力最大； Tmax与土壤、锚埋藏深度、锚爪有效面积 与锚爪面的粗糙度因素有关； 使提升角等于0，必须使锚索具有足够的 长度。 二

6、、系泊系统静力分析 1. 无弹性悬垂线方程 T T0 无弹性悬垂线(锚索抽象) 线本身无弹性 仅仅承受拉力 单位长度自身重量w 线与地面相切处为原点 x y （1） 微元静力分析 T T0 无弹性悬垂线 x y dl Wdl dx dy d T dTT 0sin)sin()( 0cos)cos()( WdlTddTT TddTT （2） （1） （2） 微元静力微分方程 dl Wdl dx dy d T dTT 0sin)sin()( 0cos)cos()( WdlTddTT TddTT 忽略二阶小量后极小，,sin, 1cosdddd 0sin)sin()( 0cos)cos()( WdlT

7、ddTT TddTT 0sincos 0cossin WdldTdT dTdT dlWdT dlWTd sin cos 由上面两个式得到： dldy dldx sin cos 分析dT可知： WdydT (4) (3) (6) (5) (7) (8) (9) （2） 微元静力微分方程 a l Wl x y b a T b T dlWdT dlWTd sin cos dldy dldx sin cos WdydT 0 T bbaa TTTcoscos 0 WyTT WdyTT ab b a ab （6） （5） （9） （10） 由于 （8） （7） cos/ 0 TT 由（5）和（8）式得：

8、d W T dy 2 0 cos sin （3） 微元静力微分方程 a l Wl x y b a T b T 0 T 在a、b两点间积分，T0和W为常量 ) 11( ) cos 1 cos 1 ( 22 0 0 ab a b tgtg W T y W T y d W T dy 2 0 cos sin 类似方法积分得到： ab aabb tgshtgsh W T x tgtgtgtg W T x 11 0 22 0 1ln1ln （11） d W T dx cos 1 0 （12） （3） 微元静力微分方程 a l Wl x y b a T b T 0 T cos/ 0 TT 积分得到： ab tgtg W T l 0 d W T dl 2 0 cos 1 （13） dlWTdcos （6） （5） （3） 对单一锚泊线的方程整理 （10） WyTT ab )11( 22 0 ab tgtg W T y ab tgshtgsh W T x 11