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，一般仅在锚定位有困难或深水区才采用动

2、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。8锚均布10锚均布9锚均布3030度60度对称30403

3、0度70度对称904545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 aLvAMTFPA 1720度合适锚柄拉力：T锚重力：P锚爪面土壤阻力：FF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。2. 锚泊线 锚泊线是指锚链、锚索以及它们

4、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）LvAMTFPA 1720度合适

5、锚柄拉力：T锚重力：P锚爪面土壤阻力：FF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、系泊系统静力分析1. 无弹性悬垂线方程TT0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xy（1） 微元静力分析TT0无弹性悬垂线xydlWdldxdydTdTT 0sin)sin

6、()(0cos)cos()(WdlTddTTTddTT（2）（1）（2） 微元静力微分方程dlWdldxdydTdTT 0sin)sin()(0cos)cos()(WdlTddTTTddTT忽略二阶小量后极小，,sin, 1cosdddd0sin)sin()(0cos)cos()(WdlTddTTTddTT0sincos0cossinWdldTdTdTdTdlWdTdlWTdsincos由上面两个式得到：dldydldxsincos分析dT可知：WdydT (4)(3)(6)(5)(7)(8)(9)（2） 微元静力微分方程alWlxybaTbTdlWdTdlWTdsincosdldydldxs

7、incosWdydT 0TbbaaTTTcoscos0WyTTWdyTTabbaab（6）（5）（9）（10）由于（8）（7）cos/0TT 由（5）和（8）式得：dWTdy20cossin（3） 微元静力微分方程alWlxybaTbT0T在a、b两点间积分，T0和W为常量)11()cos1cos1(2200ababtgtgWTyWTydWTdy20cossin类似方法积分得到：abaabbtgshtgshWTxtgtgtgtgWTx1102201ln1ln（11）dWTdxcos10（12）（3） 微元静力微分方程alWlxybaTbT0Tcos/0TT 积分得到：abtgtgWTl0dWTdl20cos1（13）dlWTdcos（6）（5）（3） 对单一锚泊线的方程整理（10）WyTTab)11(220abtgtgWTyabtgshtgshWTx1