我国海上风机目前发展迅猛,人工智能技术在海上风机领域的应用是当前的研究热点.该文分析总结了多种人工智能技术在海上风机的动力响应分析、运维监测、设计运维优化等多个方向的应用,涉及动力响应预报、功率预报、结构监测、故障诊断、控制优化、运维优化等,分析表明人工智能技术可以较好地应对海上风机设计及运维领域的各项挑战.文中也论述了人工智能技术在海上风机领域的应用前景及目前存在的几种主要限制因素,并展望了未来发展方向.
"白鹤滩"是由中国船舶及海洋工程设计院(MARIC)设计、黄埔文冲船舶有限公司建造的1座2000t自航自升式一体化海上风电安装平台,已于2022年9月28日顺利完工并交付三峡物资招标有限公司.
装备锚泊辅助动力定位系统的半潜平台运动控制主要目标,是将船舶保持在距离目标位置较小的半径内,同时防止系泊缆发生失效.该文将设定点追踪控制方法应用于配备锚泊辅助动力定位系统的半潜平台,以确保系泊缆的可靠性.根据结构可靠度指数和动态权重系数,建立系泊缆张力的能耗方程,通过求解能耗方程在线计算最优设定点;并基于该方法设计了定位系统控制器,通过时域耦合数值模拟对该方法进行验证与对比.结果表明,在控制参数相同的情况下,文中提出的设定点追踪控制方法可以使系泊缆的可靠度指数保持在相对较高的水平,提高定位精度的同时降低系泊缆张力动态响应幅度.该方法将有助于推动锚泊辅助动力定位系统在半潜平台上的进一步工程应用.
目前海上风机基础结构存在明显的设计冗余,导致海上风机建造成本过高.为提高经济效益,需要对导管架式海上风机基础结构进行优化设计.该文首先基于海上实测数据对海上风机所处环境载荷进行模拟,得到其时间历程;其次通过有限元方法对平箱梁四桩导管架式海上风机基础结构进行强度校核,发现结构可进行轻量化处理;最后以结构最大平均应力、最大位移和质量为目标响应,通过试验设计(design of experiments,DOE)方法和粒子群算法组合的优化方法,得到结构尺寸对结构目标响应的贡献度和主效应关系,并确定各结构最优尺寸.对海上风机基础结构进行优化设计,能在保证安全的前提下降低建造成本,可为后续海上风机基础结构设计建造提供参数参考.
海洋工程装备是高度集成化的新兴战略产业,是开发和利用海洋资源的前提与基础.文章主要回顾了我国海洋工程装备产业发展历程,分析了现阶段全球海工装备产业创新格局,提出我国海工装备产业应抓住新一轮技术创新,加快结构调整的"时间窗口",突破海洋装备原创性、引领性核心技术;以海洋油气资源、海洋生物资源、深海矿产资源和海洋可再生能源开发装备为重点方向,着力突破总体设计、系统集成、关键系统与设备领域的"卡脖子"问题,推动构建自主完备的海工装备技术和产品体系,促进我国海工装备产业高质量发展.
油气爆炸是海洋平台主要风险之一,基于爆炸风险的结构设计是设计技术发展趋势.该文梳理风险分析相关的技术法规、规范,总结了爆炸风险评估流程、结构抗爆性能评估方法及流程;以某浮式生产储卸油装置(floating production storage and offloading unit,FPSO)海洋平台生活楼为依托对象,利用结构有限元分析软件,分别开展了筛选分析、强度水平分析和塑性水平分析,完成基于爆炸风险的生活楼结构性能评估;基于功能性、作业、生命安全这3个性能水平,开展不同爆炸风险水平的结构设计,得到满足各性能水平衡准的设计方案.
为研究腐蚀损伤对于平台连接面极限强度的影响,评估复杂构型平台模块连接面的安全性,该文针对某复杂构型平台刚性连接器的连接面,参考螺栓群受力分析方法,提出了腐蚀损伤下平台连接面弯曲、扭转极限强度的计算方法;统计了该平台的腐蚀参数,利用Rosenblueth法计算了连接面极限强度的概率特性,建立计及腐蚀作用的平台连接面极限强度随机时变模型;统计了平台连接面所受的静水与波浪载荷及其概率特性;基于随机过程理论,进行了腐蚀损伤下刚性连接器的时变可靠性计算分析.
大洋钻探是人类认知海洋、开发深海资源的主要手段之一.大洋钻探船的技术水平和能力决定着开发利用海洋资源的进程,是我国建设海洋强国的重要保障.配套的深海钻探系统装备的技术水平则直接决定了大洋钻探船的功能和先进性.该文调研了国际上主要的3艘大洋钻探船(美国的格罗玛挑战者号、乔迪斯决心号和日本的地球号)钻探系统装备概况,以及国内自主建造的海洋石油708深水工程勘探船、海洋地质十号调查船、蓝鲸1号超深水钻井平台的钻探系统配置能力,结合我国对大洋钻探船的功能定位和作业模式,综合考虑大洋科学钻探、海洋油气钻探、水合物试采和深海矿产资源勘查4个方面的战略需求,提出了未来大洋钻探船钻探系统的总体方案及关键装备配置要求,对关键装备的国产化现状进行了简要分析,并给出了实施建议.
以国内某艘风电安装船为研究对象,基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)在规则波(斯托克斯五阶波)作用下,研究其首部砰击载荷随波浪参数的变化,依据波浪高度与波浪长度不同,设计了3组不同波高和5组不同波长,对15种计算工况进行分析.在船首位置取16个观测点,计算各点处的砰击载荷,对不同波浪参数下的砰击载荷进行研究.计算分析得到:风电安装船作业中,随波高增大,船舶首部砰击载荷也增大,随波长增长,砰击载荷呈先上升后下降的趋势,并且当波长等于船长时,砰击载荷峰值达到最大.船首砰击主要是由船舶在波浪中出水、入水所致,因为距水线面越近的观测点受到的砰击载荷越大,所以需要重点加强距水线面近的船首位置.文中所述方法可为后续风电安装船结构强度设计提供一些有益参考.
原油输送系统是海上浮式系泊和原油输送装置的核心部件,其浮筒处管路和100m水深水下管汇管路的强度,是保证其使用寿命的主要因素.对浮筒处管路,采用专用软件应力分析方法,通过对对浮筒处原油输送系统管路进行应力分析,结合浮筒结构对管路布置的限制,保证管道强度的同时提出优化布置方案;对水下管汇处管路,通过对水下管汇所受载荷的分析,并结合管路布置的特殊性,采用强度理论公式校核和软件应力计算相结合的分析方法,根据理论公式选用管路厚度,采用管道应力分析方法校核管道强度,同时指导水下管道布置并优化管支架设置.
该文基于主流深海采矿作业模式,提出矿物输送设备布放回收系统总体规划方法,重点针对大钩载荷、管柱张紧力、输送管存放方式、输送管转运方式、扬矿泵和中继站转运方式等关键点开展论证分析,确定系统主要技术参数,规划塔架平台、月池、堆场等区域布置,形成一套适用于目标船的矿物输送设备布放回收系统总体设计方案,该方案可作为深海采矿船船型开发的设计基础.
钻台作为钻井船或钻井平台中钻井模块的载体,既要满足作业功能的需求,又受到主船体尺度和重量控制等因素的制约,故在初步设计阶段需快速制定不同设计方案供比较选择.在此背景下,该文基于NAPA Designer软件提供的二次开发功能,编写了钻台结构参数化设计模块,通过用户自定义界面数据交互驱动钻台参数化模型的创建和更新,可实现快速提供多种设计方案进行比选,并导出三维有限元模型用于结构强度的分析校核,从而得到钻台结构的优化设计方案.经过实船项目测试表明,基于NAPA Designer软件的钻台结构参数化设计方法可有效降低使用者门槛并显著提高设计效率.
T形梁作为浮式生产储卸油装置(floating production storage and offloading unit,FPSO)船体结构的主要受力构件,是FPSO船体强度与稳定性校核过程中的关键结构.但是,常用的规范中没有明确给出FPSO船体结构中T形梁的稳定性校核方案,相关的内容被分散在其他条例中,需要工程师依据自己的经验进行选择,不利于结构设计的规范化.此外,受到T形梁两端与背面的过渡肘板和支撑结构的刚度约束影响,规范中有关计算T形梁欧拉应力有效长度的条例无法直接应用.针对这些问题,该文通过总结各个船级社的规范,归纳出一套适用于FPSO船体结构中T形梁稳定性校核方案,并结合有限元模型,利用内置监测梁方法,准确确定欧拉应力有效长度.
为了准确计算自升式风电安装平台的舾装数,合理配置临时锚设备,该文通过研究船级社海上移动平台入级规范中的舾装数计算公式及其要求,并对几家船级社规范计算结果进行比较,最后采用直接计算法校核锚链安全系数,提出了更合理的舾装数计算方法,为类似平台舾装数计算提供参考.
海事工业的绿色低碳发展是全球控制气候变化背景下的大势所迫,也推动了海事工业产业的转型升级.联合国自启动气候变化议题以来,国际海事界一直在寻求通过结合技术、运营和市场这 3 种措施,推动减排问题的根本解决;与此同时,有关海上防污染的主题内容不断丰富,立法推动下的新技术应用正促进整船解决的"绿色方案"日臻成熟.产品端理念与方法的快速变化,正日益影响着船舶设计、制造与营运的全过程,并已扩展到以碳足迹全生命周期视野下的供应链管理.该文旨在分析总结过去十几年来海事立法重点、行业技术创新、重要热点以及未来影响产业发展的若干重大因素,围绕海运替代燃料转型这个关键问题,从产业竞争与技术发展的角度,提出行业顺应绿色低碳发展的方向、重点与策略.
海运业是全球货物的主要运输方式,随着社会经济的快速发展,对等效CO2 排放总量的贡献将进一步增大.为限制船舶温室气体的排放,国际海事组织(international maritime organization,IMO)制定了《IMO船舶温室气体减排初步战略》(简称"初步战略")及目标,确定了短期、中期及远期减碳措施清单.文章对"初步战略"内容进行了分析,以"到 2030 年,国际航运单次运输任务的CO2 排放量要比 2008 年至少减少 40%"为目标,对"初步战略"短期措施中主要的直接努力减碳措施进行了研究,为我国海运业适应"初步战略"的减排目标提供参考.
为进一步降低船舶能耗,该文以某大型散货船为研究对象,提出直接进气系统的设计方案.基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟法,对设计的合理性进行分析,并对直接进气系统在实船上的应用进行探讨.理论分析与实船验证结果表明:进气风道内流速与设计流速相符,直接进气系统总阻力远低于许用限制值,通过增压器的自吸能力可直接吸入舷外空气,系统设计合理;应用该系统后,主机、辅机油耗降低,机舱风机运行总能耗降低 50%,初始投资回收周期短,可降低船舶运营成本.
随着对海洋的探索开发,人类对海洋数据的需求日益增长.海上浮标作为海洋水文气象的自动观测站,在技术的加持下被赋予了越来越多的功能,被运用到探索开发海洋的方方面面.但是,目前海上浮标的应用场景比较单调,其信息传输仍受到诸如气候环境、通信距离等因素的影响.为满足对海洋数据日益增长的需求,该文提出一种基于海上浮标技术、海底光缆技术与网络技术相结合的智能浮标系统,并设想了这套系统的若干应用场景.
为推进特定航线河海直达运输发展,提高河海直达运输船舶的标准化水平,该文通过梳理特定航线江(河)海直达船舶技术标准、标准船型主尺度系列和通航管理规定的修订情况,以及京杭运河江苏段至洋山港航线通航条件,结合特定航线江(河)海直达典型船型发展现状分析,在船舶主尺度、舱室布置、船体结构、船舶线型、推进与航速、节能减阻技术、适航和耐波性、吃水与浮态、绿色船舶技术、智能船舶与助航技术等方面分析特定航线河海直达标准船型的技术特点,最后简介了4种船型方案.政策发力和航运市场需求的蓬勃发展为该船型展现了良好的发展前景,基于生命周期评价,运用先进技术、满足船舶能效设计指数(energy efficiency design index,EEDI)的绿色节能型智能船舶是标准船型的重要发展方向.
轻量化、集成化设计是气垫船机电设备设计过程中的要点.该文通过对某船变距液压系统进行分析,根据相关设计要求梳理获得变距液压集成泵站的设计参数,据此开展常规设计和轻量化设计方案对比研究.结果表明:采用轻量化、集成化的设计方案可有效降低泵站的整体质量,提高泵站的集成度.基于轻量化设计方案开展变距液压泵站试制,并通过试验研究可知,液压泵站的主要性能指标均满足系统设计要求,验证了文章所提出的轻量化、集成化液压泵站设计方案的合理性.变距液压集成泵站的轻量化设计可为后续气垫船变距泵站提供参考.
