自升式海洋平台升降系统动力学仿真研究文献综述

文献综述

背景及意义：

海洋平台是海洋上进行石油钻探、开采、生产等的海上建筑物。其中自升式海洋平台则是由一个上层平台和若干个能够升降的桩腿所组成的海上平台。自升式平台由于其所需钢材少、造价低，适合小于150m 水深的水域进行油气的钻采作业，因此得到广泛应用。自升式平台作业时，桩腿插入海底，平台则沿着桩腿升离海平面一定高度；拖航状态时，平台降至水面，桩腿升起，平台就像驳船，可用拖轮把它拖移新的位置。桩腿的作用主要是在平台主体升起后支撑平台的全部重量，并把载荷传递到海底。其中的升降系统则承担着平台的升起和降低，是重要的关键部件，也是海洋平台设计制造的难点。由于升降机构工作时承载力大、工况复杂，其性能的优劣直接影响到平台的性能。

相关研究揭示了齿轮齿条升降装置中爬升齿轮一轴二输出、一轴一输出两种布置方案的性能曲线，为其动态特性优化提供理论指导。

国内外研究现状及发展趋势：

自升式海洋平台具有定位能力强、移动作业效率高、用钢量少以及造价低等特点，在近海石油开发中发挥着巨大作用。升降装置是自升式海洋平台的核心装置之一，对平台的整体安全性能具有重要影响。齿轮齿条式升降装置主要由安装在每个桩腿上的齿轮齿条传动机构组成，由于其具有工作连续、升降速度快、控制简单等优点，得到了广泛的工程应用［1］。齿轮齿条升降机构具有载荷传递、驱动桩腿与主体进行上下相对运动的双重作用，因此复杂工况下升降装置的动力学行为必然成为影响平台整体结构和作业安全性能的重要因素之一，就此开展深入研究具有显而易见的必要性[2-4]。

虽然如今自升式海洋升降系统的研究相对较少，相关的仿真性研究才刚刚开始，但也已经有了长足的进步。据了解，有如下研究方法。（1）利用 ADAMS 对行星齿轮运动学仿真分析，得出速度曲线，进而分析行星齿轮传动系统的运动平稳性，研究行星齿轮传动系统运动学的主要目的，就是确定行星齿轮传动系统中各构件间的传动比和各构件的加速度 通过上述过程，对系统的仿真分析，进行系统科学试验的研究全过程，使得大量的成品的缺陷在未成型之前就得到处理，从而大大缩短的产品的周期和减低了成本，提高了产品的竞争力[5]。(2)齿轮传动是机械传动中应用最广泛的传动机构。其中, 齿轮在承受载荷和传递动力的过程中常会遇到断裂、变形、振动、噪声等情况, 因此, 有必要对齿轮系统的动力学特性进行分析。ADAMS 是虚拟样机分析软件, 它具有强大的动力学仿真和后处理功能, 但其几何建模却有很多不足之处, 这就很有必要利用 CAD( Pro/E 等) 软件建模来解决这个问题[6]。(3)通过引入齿轮与齿条接触力对整套升降系统力学性能的影响分析，并参照实际的几何参数、物理特性、约束等信息完成动力学分析，最后以曲线图反映升降系统在给定条件下的动力学特性。结果表明考虑齿轮与齿条接触力使得仿真结果更加准确，验证了海洋平台升降系统设计的合理性[7]。（4）捕捉系统在不同时间的状态，具有创新性提出了一种新的有限元分析方法。一个自升式装置的完整模型建立了齿条相位差(RPD)、垂直反力等行为模型，并应用该模型开发了相应的技术在不同荷载和边界条件下，通过有限元分析可以确定翼型和基础反应等在时域。这些有价值的数据将有助于重新设计该单元，并为现场提供指导安装[8]。(5)为了使损失最小化，提出了一种新的方法，并将其应用于有限情况通过元素分析预测施工前的结构行为。随着自升式平台的完整模型的建立，数值模拟可以在不同的荷载和边界条件下进行[9]。（6）将自升式起重船移至船厂修复损坏的情况以最不危险的方式采取的分析和实际步骤，通过这种方法可以使得在进行海洋升降平台拖运时更好的保护被损坏的平台[10]。通过这些研究方法我们可以更好的去研究自升式海洋升降平台的各个部分，可以方便我们更好的研究自升式海洋升降平台。