GB∕T 39097-2020 深水定位系泊系统技术要求

U21中华人民共和国国家标准深水定位系泊系统技术要求T2020-09-29发布2021-04-01实施国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会ⅠGB／T39097—2020前言 2规范性引用文件 3术语和定义 4系统组成与分类 5技术要求 6试验方法 附录A（资料性附录）环境条件、载荷及运动形式 附录B（资料性附录）定位系泊系统分析方法 参考文献 GB／T39097—2020本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准由全国船用机械标准化技术委员会(SAC/TC137)提出并归口。本标准起草单位：中国船舶重工集团公司第七。四研究所、中国船舶工业集团公司第七。八研究所。Ⅲ1GB／T39097—2020深水定位系泊系统技术要求本标准规定了深水定位系泊系统的组成与分类、技术要求和试验方法。本标准适用于水深不超过1500m的海上浮式装置用深水定位系泊系统（以下简称定位系泊系统）的设计、制造和试验。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T3893造船及海上结构物甲板机械术语和符号GB/T8918重要用途钢丝绳GB/T20848系泊链CB/T3179锚链轮系泊锚链规范(3术语和定义GB/T3893界定的以及下列术语和定义适用于本文件。深水定位系泊系统用于深水定位系泊的锚机／锚绞车设备、电控系统、液压系统（如果有）和附属零部件的总成。3.2额定负载锚机／锚绞车以额定速度收起锚索时，在锚链轮出口或卷筒工作层出绳处测得的能够连续保持的最大拉力。3.3额定速度锚链轮出口或卷筒工作层出绳处，锚链或钢丝绳承受额定负载时能保持的最大速度。3.4支持负载锚机／锚绞车在依靠制动器停止时，在锚链轮出口或卷筒工作层出绳处测得的能够保持的最大静拉力。4系统组成与分类定位系泊系统由下列部件和设备组成：2GB／T39097—2020a)锚，可以是拖曳埋置锚、桩锚、吸力锚、板锚中的一种；b)锚索，可以是锚链、钢丝绳、合成纤维索中的一种或多种组合；c)锚索附件，包括卸扣、连接环、缆端套环、快速释放装置；d)导向装置，包括导向链轮、导向滑轮、导向弯管及导向孔；e)锚机／锚绞车；f)控制系统。4.2.1定位系泊系统按采用锚索的类型不同，可分为：a)全锚链定位系泊系统；b)全钢丝绳定位系泊系统；c)复合锚索定位系泊系统。4.2.2定位系泊系统按采用主设备的类型不同，可分为：a)锚机定位系泊系统；b)锚绞车定位系泊系统。4.2.3定位系泊系统按主动力的驱动方式不同，可分为：a)电力驱动定位系泊系统；b)液压驱动定位系泊系统。5技术要求定位系泊系统锚机／锚绞车所选用的材料屈服强度应不大于材料抗拉强度的80%。锚机／锚绞车主要零部件的制造材料见表1。表1主要零部件材料项目材料要求锚链轮和棘轮铸钢或轧钢链轮轴锻钢或轧钢传动轴锻钢或轧钢齿轮锻钢或轧钢、铸钢联轴器锻钢或铸钢卷筒，卷筒凸缘铸钢或轧钢卷筒轴锻钢或轧钢棘爪挡块锻钢或轧钢、铸钢制动器部件锻钢或轧钢、铸钢铸造零件中的材料延伸率应不小于15%的铸钢。根据工作环境选用材料，对应环境温度下所选材料的冲击值应不小于27J。3GB／T39097—20205.2设计与结构5.2.1.1定位系泊系统应具备在正常环境工况下作业和极端环境工况下自存的能力，且保证在任一锚索突然失效时，不会导致其他锚索相继失效。5.2.1.2当定位系泊系统附近有其他结构物存在时，还应对其在破损情况下的瞬态运动性能进行分析，该分析应包括定位系泊系统在达到新平衡位置以前瞬态运动过程中的移动路径、方位以及锚索张力。5.2.1.3对于可解脱的定位系泊系统，设计者应指明可解脱或者重新系泊的限定工况。5.2.1.4定位系泊系统的环境条件、环境载荷及运动形式参见附录A。5.2.1.5定位系泊系统分析方法参见附录B。锚链应符合或的要求钢丝绳选用应符合下列要求：a)应符合GB/T8918的要求；b)钢丝绳应具有适合其用途的构造，通常采用具有独立钢丝绳股芯的6股37丝构造的钢丝绳；c)钢丝表面应镀锌或特殊防护。合成纤维索应符合GB/T11787的要求。导向装置应符合下列要求：a)带齿的导向链轮齿数不应少于5齿，建议导向链轮齿数宜采用7齿或9齿；不带齿的锚链导向滑轮应按具体情况专门设计，其底径不应低于锚链直径的12倍；b)钢丝绳导向滑轮的底径应不小于钢丝绳直径的18倍；c)合成纤维索导向滑轮的底径应不小于合成纤维索直径的10倍；d)导向链轮或滑轮的设计包角45°~90°,转角±90°;e)对于包角小于45°的导向滑轮或滚柱，其底径可减小，但不应低于锚索直径的6倍；f)导向装置结构强度的校核应以锚索的破断负荷为依据；g)导向弯管、导向孔等导向装置的设计应允许锚索在所有系泊模式下均能自由滑动，并不使锚索受到过大的弯曲和磨损。锚机／锚绞车一般由锚链轮／卷筒、齿轮驱动机构、动力源和制动装置等组成。锚机／锚绞车强度应符合下列要求：4GB／T39097—2020a)锚机／锚绞车在支持负载作用下，其受力零件的应力不应超过材料屈服强度σ0.2或0.2%规定非比例延伸屈服强度RP0.2的90%,其中制动装置受力零件的计算应力不应超过屈服强度σ0.2b)应急释放时任何零件不应产生永久变形；c)负载循环数超过10000的零件应进行疲劳计算，计算应力不超过屈服强度σ0.2或0.2%规定非比例延伸屈服强度RP0.2的40%,零件应设计成至少有10年寿命。锚链轮应符合下列要求：a)锚链轮最少要有5齿，具体结构符合CB/T3179的要求；b)锚链轮端部可设置带式制动轮，制动面可光面或其他防锈处理；c)锚链轮端部可配置齿轮驱动机构；d)锚链轮结构应能与锚机驱动装置脱开。卷筒应符合下列要求：a)卷筒直径：当采用钢丝绳时，不小于钢丝绳直径的16倍；当采用合成纤维索时，不小于合成纤维索直径的8倍；b)卷筒的宽度一般为直径的1.5倍~1.8倍；当卷筒宽度大于2倍卷筒直径时，应进行稳定性校核；当卷筒宽度大于3倍卷筒直径时，应进行弯曲应力校核；c)卷筒壁厚一般不小于钢丝绳直径，特殊设计的卷筒可根据实际情况确定；d)卷筒凸缘高度应设计成全部钢丝绳绕于卷筒上时，外层钢丝绳不超过凸缘高度；e)卷筒应配有合理绳槽或结构保证多层缠绕的排绳整齐；f)钢丝绳放出时卷筒剩余缠绕圈数应不小于5圈，钢丝绳固定在卷筒上的强度约为0.1倍钢丝绳额定负载；g)卷筒端部可设置带式制动轮，制动面可光面或其他防锈处理；h)卷筒端部可配置齿轮驱动机构；i)卷筒结构应能与锚机驱动装置脱开。5.2.4.5摩擦式绞车卷筒摩擦式绞车卷筒应符合下列要求：a)主卷筒和储绳卷筒绳槽底径应不小于钢丝绳直径的16倍；b)储绳卷筒全部钢丝绳绕于卷筒上时，外层钢丝绳不超过凸缘高度。锚链轮／卷筒制动装置应符合下列要求：a)每一个锚链轮或卷筒应设一套独立的制动装置；b)制动装置的制动力应按锚索最小破断载荷或可能的最大负载确定；c)制动装置的动力操纵系统的工作应不受主动力源故障的影响，需要时可配置额外的应急动力源；d)电机驱动的锚机／锚绞车电机应设置自动制动装置；液压马达驱动的锚机／锚绞车，由用户和制造商商定是否设置自动制动装置。5GB／T39097—2020锚链轮／卷筒上可设置棘轮装置，棘轮装置应符合下列要求：a)用于锚机／锚绞车的维修和保养，阻止锚链轮／卷筒旋转；b)棘轮棘爪结合后强度应满足锚链或钢丝绳最小破断载荷。机旁操作系统一般控制单台锚机／锚绞车或相距较近的两台锚机／锚绞车，应满足以下要求：a)布置于锚机／锚绞车附近，便于操作者观察锚机／锚绞车的运行状态；防护等级符合安装位置的环境要求；b)采用比例控制的手柄控制锚机／锚绞车，采用按钮或开关控制制动器、离合器等功能性装置；c)配置指示灯、仪表或显示器指示锚机／锚绞车的运转方向和速度、锚链或钢丝绳的张力、制动力和离合器的工作状态；d)设置报警装置，对危险状态或可能带来危险的工况发出声光报警信号。报警内容包括但不限于过载、超速、超限等。对于采用液压动力的，还应设置低油位、高油温、滤器堵塞等报警信号；e)设置控制权限转换开关，且有较高的控制权限；f)各个手柄、按钮、开关、指示灯和显示器等均应配置标牌说明其功能。中央集控系统一般用于控制整个定位系泊系统，包括所有的锚机／锚绞车，以及其他需要控制的相关设备，应满足以下要求：a)布置于驾驶室或专门的舱室内，具有良好的观察的视野；b)通过通信方式与机旁操作系统联系并交换控制信号和状态信息；c)能够控制所有定位系泊系统设备，显示所有定位系泊系统设备的各项状态，能够代替机旁操作系统的控制功能；d)设置控制权限转换开关，以便于与机旁控制区分控制位置；e)配置中央监视系统观察绞车运行情况。中央监控系统包括摄像头及其控制、信息存储设备；中央监视系统的电源应独立于定位系泊系统之外，单独供电。锚机／锚绞车在额定速度下空载运转应无异常的振动和噪声，液压系统动作应灵活、可靠、无渗油、漏油现象。锚机／锚绞车的额定负载应满足下列要求：a)锚机／锚绞车的额定负载，不宜大于锚索最小破断负载的三分之一；不同类型锚索组合连接起锚装置的额定负载应不大于设计锚索中较小的破断负载三分之一；b)额定负载按表2选取，首选第一系列推荐值；c)锚机／锚绞车在额定负载下运行应无异常的振动和噪声，液压系统动作灵活、可靠、无渗油、漏油现象，起锚机的锚链轮与锚链啮合良好，不应有跳链现象；6GB／T39097—2020d)锚机／锚绞车额定速度和锚索收放长度显示应与测量计算一致，锚索的张力显示应准确；e)电动机工作电流应不超过额定电流。额定速度值由用户和制造商商定，可按表2选取，首选第一系列数值：表2额定负载与额定速度推荐表额定负载kN额定速度m/min第一系列63第二系列855●◎●◎●◎●◎●◎●◎●◎◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○●◎●◎●◎●◎●◎●◎●◎◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○●◎●◎●◎●◎●◎●◎●◎◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○●◎●◎●◎●◎●◎●◎●◎◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎○●◎●◎●◎●◎●◎●◎●◎◎○◎○◎○◎○◎○◎○◎●◎●◎●◎●◎●◎●◎◎○◎○◎○◎○◎○◎●◎●◎●◎●◎●◎◎○◎○◎○◎○◎●◎●◎●◎●◎◎○◎○◎○◎●◎●◎●◎◎○◎○◎●◎●◎◎○◎注：●优先选取；◎推荐选取；○尽量不选取。链轮（卷筒）制动装置的支持负载（即静载制动力）不小于锚链（钢丝绳）的破断负载。锚链与钢丝绳组合连接起锚装置的支持负载，取二者的小值。制动装置刹紧并在支持负载下，锚链轮／卷筒应不打滑，锚链轮／卷筒、轴、制动装置、底座支架等无永久变形。7GB／T39097—2020原动机制动装置应满足以下要求：a)原动机制动装置的静载制动力为50%锚索破断负载；b)当操纵手柄处于停止或动力源出现故障时制动装置应具有自动制动功能；c)制动应可靠，锚链轮／卷筒应不打滑，锚链轮／卷筒、轴、制动装置、底座支架等无永久变形；若液压驱动的锚机／锚绞车（无自动制动装置）仅靠平衡阀实现该功能，则在该负载下，锚索滑移量应不大于1m/min;d)应急停车时，锚机／锚绞车应立即停车。锚机／锚绞车可根据实际使用需求设置应急释放功能。设置应急释放功能应满足下列要求：a)在系泊状态下，当锚索张力达到设定值（该值应不大于80%支持负载）时，锚机／锚绞车能在10s内打开制动器，释放锚索；b)在应急释放的过程中，当拉力降低至设定值（该值应不大于50%支持负载）时，应能闭合制动c)应急释放操作开关应安装在所有控制地点，设保护装置，防止误操作；d)具有应急释放功能的锚机／锚绞车应在结构上设计可使锚索完全被拖出。机旁操作系统应满足以下要求：a)手柄控制锚机／锚绞车，运动方向与手柄方向对应，运动速度与手柄角度对应；手柄被释放后，绞车应能自动停止；b)按钮或开关应能正确控制制动器、离合器等装置的动作；c)指示灯、仪表或显示器应能正确指示锚机／锚绞车的运转方向和速度、锚链或钢丝绳的张力、制动力和离合器的工作状态；d)报警装置应能对危险状态或可能带来危险的工况发出声光报警信号。具体的报警信息可通过报警表或显示器查询。中央集控系统应满足以下要求：a)能够正确控制所有定位系泊系统设备动作，显示所有定位系泊系统设备的运行状态；b)采用综合显示器显示定位系泊系统的状态信息和报警信息；c)能存储并输出较长时间内的绞车运行信息；d)中央监视系统能够正常观察绞车运行情况。6试验方法空载试验在锚机／锚绞车未安装锚索的情况下进行。使设备在额定速度下连续运转60min,正反向各30min,运转前或运转后以能调整到的最低稳定转速正反向运转2min。8GB／T39097—2020检查锚机／锚绞车的运转情况、减速箱外表、液压系统，电动起锚机和锚绞车测量并记录电动机在空载速度下的空载电流及输入电源的电压。6.2额定负载6.2.1按5.3.2规定的额定负载进行试验，连续试验30min,检查设备的运转情况、减速箱外表、液压系统动作情况及锚链轮与系泊链的啮合情况、额定速度和锚索收放长度显示和张力显示情况。6.2.2设备以额定速度在卷筒钢丝绳或链轮上系泊链放出长度不小于6m条件下，升降重块。重块下降中，进行应急停车一次，检查停车情况。6.2.3试验完成后，锚机／锚绞车测量额定负载下电动机工作电流、转速、输出功率、电源电压；测量减速箱油温、轴承温度；检查液压系统油温、油压。6.3额定速度设备在额定负载下运行，观察测速装置和速度显示仪器。锚链轮／卷筒脱开离合器并刹紧制动装置，以支持负载加载，保持2min,观察锚链轮或卷筒打滑情况和锚链轮／卷筒、轴、制动装置、底座支架的变形情况。注：如果制造商和买方达成协议，支持负载可以通过理论计算来核实，设计计算时带式制动器摩擦带的最大摩擦系数为0.30。样机试验数据可以接受。合上离合器，打开锚机／锚绞车的制动装置，刹紧自动制动装置，以50%破断负载加载，保持2min,检查锚链轮／卷筒打滑情况和锚链轮／卷筒、轴、制动装置、底座支架的变形情况。6.6应急释放在航行时进行试验，当锚索张力达到80%破断负载或者在其他情况下，操作应急释放装置打开。6.7控制系统分别在机旁及中央控制系统进行操纵，检查操纵性能、操纵可见度和机旁操纵台的防护功能；检查9GB／T39097—2020附录A（资料性附录）环境条件、载荷及运动形式A.1环境条件环境条件一般分为正常作业和极限自存两种，对应最大作业条件和最大设计条件，包括风、波浪、海流和水深等参数。在定位系泊系统的设计分析中，应考虑风、波浪、海流足够数量的来向角，以及风、波浪、海流实际可能的最严重组合。通常按相同来向角的风、波浪、海流确定每根锚索的最大张力。如欲在特定地区作业时，还应考虑任何合适的可能导致更高系泊载荷的不同方向的风、波浪、海流的组合。对于受热带气旋影响地区，如气旋来临时可撤离浮式装置上所有人员，则可采用最少1年重现期的环境条件设计条件。对于远离其他结构物作业的浮式装置，其定位系泊系统应使用重现期不少于5年的最大设计条件。对于靠近其他结构物作业的浮式装置，其最大设计条件应具有不少于10年的重现期。永久性定位系泊系统应采用重现期最少为100年的设计准则。如果定位系泊系统的设计寿命设计上低于20年，选用较短的重现期更为合理，在这种情况下，重现期应通过计入定位系泊系统失效后果的风险分析来决定。A.2环境载荷设计中，通常使用以下两种方法评估风载荷大小：a)只考虑作用在浮式装置上的定常风力。设计风速取为平均海平面以上10m处时距为1min的平均风速。b)在定常风力的基础上叠加低频风力，定常风速一般按1h平均风速计算，其波动风速按合适的经验阵风谱考虑。定常风速的时距应和确定风谱时所使用的平均风速相一致。在永久定位系泊系统的最终设计阶段，应采用定常风力叠加低频风力方法，除非证明只考虑定常风力方法更安全。风载荷可由模型试验或者以下方法计算得到：a)风压犘应按式(A.1)计算：式中：风压，单位为千帕(kPa);犞—风速，单位为米每秒(m/s)。b)风载荷犉应按式(A.2)计算：GB／T39097—2020式中：F—风载荷，单位为千牛(kN);ch—受风构件高度系数，其值可根据构件高度h（构件型心到设计水面的垂直距离）由表A.1选取；cs—受风构件形状系数，其值可根据构件形状由表A.2选取，也可根据风洞试验确定；—浮式装置在正浮或倾斜状态时，受风构件的正投影面积，单位为平方米(m2)。c)计算风力应符合下列要求：1)当平台有立柱时，应计入全部立柱的投影面积，不考虑遮蔽效应；2)对于因倾斜产生的受风面积，如甲板下表面和甲板下构件等，应采用合适的形状系数计入受风面积中；3)对于密集的甲板室，可用整体投影面积来代替计算每个面积，此时形状系数可取为1.1;4)对于孤立的建筑物、结构型材和起重机等，应选用合适的形状系数，分别进行计算；5)通常用作井架、吊杆和某些类型桅杆的开放式桁架结构的受风面积，可近似地取每侧满实投影面积的30%,或取双面桁架单侧满实投影面积的60%,并按表A.2选用合适的形状系数。表A.1高度系数ch海平面以上的高度hm高度系数ch0~15.3228.5~244.0244.0~259.0GB／T39097—2020表A.2形状系数CS构件形状形状系数Cs球形04圆柱形05大的平面（船体、甲板室、平滑的甲板下表面）0甲板室群或类似结构1钢索2井架甲板下暴露的梁和桁材3小部件4独立的结构（起重机、梁等）5A.2.2海流载荷海流载荷通常按定常力考虑，可由模型试验或经验公式计算得到。A.2.2.2海流载荷计算A.2.2.2.1设计流速应取为在浮式装置作业海区范围内可能出现的最大流速值，包括潮流流速、风暴涌流速和风成流流速。应考虑作业海区流速的垂向分布，当≈≤h0时，设计流速按式（A.3）计算：式中：vs—风暴涌流速，单位为米每秒（m／sh0—风成流的参考水深，单位为米（m≈—水质点在静水面以下的垂直距离，单位为米（m）。A.2.2.2.2当只考虑海流作用时，估算方法如下。a）作用于船形船体上的首向或娓向海流引起的海流力按式（A.5）计算：式中：Fcx—作用于首部的海流力，单位为牛顿（NS—包括附属物在内的船体湿表面积，单位为平方米（m2b）作用于船形船体上的侧向海流引起的海流力按式（A.6）计算：GB／T39097—2020式中：F—作用于侧向的海流力，单位为牛顿(N);注：式(A.5)和式(A.6)适用于钻井船的海流力计算，也仅适用于具有类似船型和大小的生产装置。c)大型油船的风力和海流力：计算大型油船的风力和海流力可采用石油公司国际海事论坛(OCIMF)发布的《巨型原油船风和海流力预报报告》[1]。该报告提供了超大型原油船(VLCCs)也即150000~500000载重吨级油船的计算风负荷和海流负荷的系数和程序。用于不同吃水和处在富裕水深工况下的被系泊装置的风力／海流力和力矩系数均为无因次系数。尽管系泊阻尼的分析尚未论及，这些系数可供计算机或是手算技术用于储油船／中转站的定位系泊设备设计。d)作用于半潜船体上的海流力按式(A.7)计算：式中：Fcs—海流力，单位为牛顿(N);—曳力系数（无因次圆形构件Cd=0.50,平面构件Cd如图A.1所示；Ac—水线以下所有圆柱形构件投影面积之和，单位为平方米(m2);Af—水线以下所有平面构件投影面积之和，单位为平方米(m2)。e)作用于半潜锚索和立管（隔水管）上的海流力：在一般的系泊设计中，作用在锚索和立管上的海流负荷应予计算，这对于流速高的深水区域尤为重要。采用合适的海流分布和曳力系数计算作用在锚索和立管上的海流负荷。在高流速时，由于出现涡激振动，曳力系数应做修正。A.2.2.2.3考虑海流与波浪相互作用时，若采用莫里森(Morison)公式计算波浪载荷，应将波浪水质点速度与海流速度矢量相加；若采用绕射理论计算波浪载荷，海流载荷应按式(A.5)计算，并和波浪载荷矢量相加。图A.1平面构件半潜海流曳力系数GB／T39097—2020A.2.3波浪载荷波浪载荷可由模型试验或计算分析予以确定。A.2.3.2波浪载荷计算波浪载荷对浮式装置的作用通常分为三种力分别计算：a)以波频振荡的一阶力，它将引起系泊平台的一阶运动（也可称为“波频运动”b)以低于波频振荡的二阶力，它将引起系泊平台的二阶运动（也称为“低频运动”c)二阶力中的定常部分（也称为“波漂力”）。对于D／L≤0.2（D为构件截面的特征尺度，L为波长）的小尺度孤立桩柱，其波浪载荷可用莫里森公式计算；对于大尺度物体，一般采用绕射理论通过对作用在浮式装置湿表面上整个水压力的积分计算波浪载荷。A.3浮式装置的运动A.3.1波频运动和低频运动浮式装置在风力（定常）、海流力和波漂力的联合作用下将从无环境力作用时的初始位置偏移至新的平均位置，在此平均位置，定位系泊系统的复原力将平衡所施加的上述定常力。波浪关于此新的平衡位置引起系泊平台的波频和低频运动。波频运动和低频运动应由模型试验或计算分析求得。波频运动一般可与低频运动分开计算。在波频运动分析中，由于平台的纵荡、横荡和首摇运动的固有周期远大于波浪周期，一般可不考虑定位系泊系统质量及弹性对波频运动的影响。在低频运动分析中，一般可只考虑浮式装置的低频纵荡、横荡和首摇运动。系泊平台的低频运动为集中在系泊平台固有频率附近的极度窄带的响应。运动幅值取决于定位系泊系统的刚度和阻尼。因此在低频运动计算中，精确估计阻尼是十分重要的。A.3.2涡激运动由圆柱形结构组成的浮式装置，如深吃水单柱式、半潜式和张力腿式，在流的作用下容易发生涡激运动，因此，在定位系泊系统的设计时，应考虑这些载荷。涡激运动可促使浮式装置产生横流向的振荡运动和顺流方向的振荡运动，一般横向的振动幅度大于纵向的振动幅度，使浮式装置的偏移量增大，最终导致系泊力增大，因此，除风、波浪、海流的作用以外，涡激运动的附加影响应在定位系泊系统设计时加以考虑。分析涡激运动是否发生，应考虑定位系泊系统的固有频率是否与平台柱体的漩涡发散频率接近，若两者接近，则可能发生明显的涡激运动。平台柱体的漩涡发散频率fv可按式(A.8)计算：fv式中：st—斯得鲁哈尔数，取决于雷诺数，浮式装置的立柱尺度一般都比较大，雷诺数一般大于107,对应的斯得鲁哈尔数约为0.22;Vc—流速，单位为米每秒(m/s);D—平台柱体的直径，单位为米(m)。设计中，应尽量避免涡激运动的发生，可增加定位系泊系统的刚度从而确保固有频率远离漩涡发散GB／T39097—2020频率，但同时增加定位系泊系统的刚度会导致更高的锚索张紧力，对定位系泊系统设计不利，应综合评估后确定最终措施。如果设计中不能排除涡激运动的产生和影响，应分析涡激运动影响，当前涡激运动响应主要来自模型试验；系统设计初期，可采用基于粘性流的CFD方法进行预报。GB／T39097—2020附录B（资料性附录）定位系泊系统分析方法设计工况主要包括：a)完整作业工况：在规定的作业环境条件下，浮式装置能进行预定作业而不使平均偏移及锚索张力超过规定值；b)完整自存工况：在规定的自存环境条件下，浮式装置的最大偏移及锚索张力不超过规定值；c)破损作业工况：定位系泊系统中任一根锚索失效时的作业工况；d)破损自存工况：定位系泊系统中任一根锚索失效时的自存工况；e)瞬态作业工况：在规定的作业环境条件下，任一根锚索突然失效而导致的瞬态运动；f)瞬态自存工况：在规定的自存环境条件下，任一根锚索突然失效而导致的瞬态运动。系泊模式主要包括：a)辐射式定位系泊系统：由多根连接到固定于海床上桩或拖曳锚的悬链式锚索组成的系统，一般每根悬链式锚索的另一段均通过浮式装置上的导向孔连接到绞车或掣链器上，悬链线可以为一段或多段，沿线可布置浮筒或配重块。b)单点定位系泊系统：系指一个系泊和转运装置，它在海底管道和系泊的装置之间提供一种联系，需要时可供输送流体货物用，在环境条件下，系泊的装置能绕系泊点转动，常用的单点定位系泊系统有悬链浮筒式、单锚腿式和转塔式三种形式。c)轭架臂：系指连接浮式装置端部和系泊浮筒的刚性结构。系泊系统的载荷。d)系泊系统的载荷。B.1.2.2定位系泊系统设备布置定位系泊系统设备的布置应满足定位系泊系统设计需要，且不妨碍浮式装置的生产作业需要。B.1.2.3定位系泊系统设备配置定位系泊系统设备配置要求如下：a)锚索：被定位系泊装置的锚索可采用锚链、钢丝绳、合成纤维索或它们的组合，锚索的型式、规格和位置以及为满足定位系泊特性要求所采用的重块或浮筒的规格有许多种组合方式。1)全锚链系统：在近海作业中锚链显示了耐用性，它具有更好的抗底质磨损的特性，且有助于锚的抓住能力。然而在深水中，全锚链系统的自身重量以及所需要的高初始张力所增加的负荷都加到了装置可携带的负载能力之中。2)全钢丝绳系统：由于钢丝绳比锚链轻得多，相对于所给定的预张力，钢丝绳能提供更大的GB／T39097—2020复原力。当水深加大时，这一点显得更加重要。然而，为了避免引起锚的垂向提升力，全钢丝绳系统需要很长的锚索。全钢丝绳定位系泊系统的缺点是，其同海底长时期接触引起的磨损会导致损坏。为此，全钢丝绳定位系泊系统很少用于永久性系泊。3)组合系统一：锚索为锚链、钢丝绳和合成纤维索的组合。在锚链／钢丝绳定位系泊系统中，锚链通常同锚连接。由此，为锚索同海床的接触提供了良好的抗磨损性能，且有助于锚的抓住能力。装置端采用锚链或钢丝绳以及终端设施的型式取决于作业过程中调整锚索张力的需要。通过选择适当的钢丝绳和锚链长度，组合系统显示出减小预张力的同时具有高复原力，改善锚的抓持能力，以及良好的抗底质磨损特性等优点。这些优点使得组合系统在深水系泊中具有吸引力。采用合成纤维索时，通常将其置于锚索的悬垂部分，以避免其同海床和绞车设备接触。合成纤维索两端用锚链或钢丝绳段与装置和锚连接。4)组合系统二：锚索为钢丝绳／锚链／钢丝绳的组合。钢丝绳同装置和锚连接，一节锚链设在锚索与海底动力接触的沉陷区域。这种方式减少了锚链的数量，因为在深水位置布放锚链费用既高，困难也大。有时使用锚链／钢丝绳／锚链组合系统，钢丝绳常常插入全锚链锚索中，以增加钻井装置能够适应的水深。b)锚机／锚绞车：在特殊的定位系泊系统中，所需的锚机／锚绞车的型式和设计取决于被控制的锚索的型式，且浮式装置自身应预张紧锚索或进行锚的负载试验。浮式装置常常具备调整锚索张力、锚啮入底质后预张紧以及单独解开锚索的手段。此外，浮式装置常用于钻井和生产组合作业，这就需要具有限定水面位置以调整立管的能力。通过放出和收进锚索，可以实施这样的定位。常见的锚机／锚绞车有以下几种：1)卧式锚机；2)锚链提升装置；3)滚筒型绞车；4)直线绞车；5)牵引绞车。c)锚设备：锚的选择应考虑所需要的系统特性、底质条件、可靠性、安装和负载试验。适用于抛锚定位的浮式装置的锚包括：1)拖曳埋置锚；2)桩锚（打入型、喷射型、钻孔型和灌浆型3)吸力桩和吸力沉箱；4)重力锚；5)板锚（拖曳埋置式和直接埋置式）。定位系泊系统分析方法可分为准静力分析方法和动力分析方法。设计者应根据分析对象和复杂程度选择分析方法。对于带有立管的深水浮式装置，系泊分析时应考虑立管载荷，及立管系统与浮式装置相互作用的刚度和阻尼。永久定位系泊系统的最终设计应采用动力分析法，并对锚索进行疲劳强度分析。B.3准静力分析方法准静力分析法一般程序如下：a)确定定位系泊系统静刚度特性；GB／T39097—2020b)确定系泊浮式装置的平均偏移；c)确定平均偏移处的系泊刚度，根据系泊刚度进行系泊浮式装置的低频运动分析，以确定系泊浮式装置低频运动有义及最大单幅值；d)确定系泊浮式装置波频运动有义及最大单幅值；e)确定系泊浮式装置最大偏移和锚索最大张力；f)确定锚索最大悬挂长度；g)确定锚最大载荷；h)定位系泊系统设计衡准，校核锚索张力、浮式装置平均偏移及最大偏移、锚最大载荷。B.4动力分析方法动力分析中，应考虑质量、阻尼和流体加速度等随时间变化的效应，以及以下对锚索性态有重要影响的非线性因素：a)锚索应变或切向拉伸与张力间的非线性；b)锚索几何非线性；c)作用在锚索上流体载荷非线性；d)海底效应非线性。可采用频域分析法或时域分析法计算锚索对到索点运动的响应。B.4.2频域动力分析法在频域分析法中，所有非线性项应通过直接法或迭代法予以线性化。在频域法中近似处理非线性的方法应能反映出各参数的重要性。对高度非线性的定位系泊系统，应采用时域法进行动力分析。频域动力分析法一般程序：a)确定定位系泊系统静刚度特性；b)确定系泊浮式装置的平均偏移 c)确定平均偏移处的系泊刚度；d)确定系泊浮式装置波频运动有义及最大单幅值；e)确定浮式装置最大偏移和锚索最大悬挂长度；f)确定锚索最大张力和锚最大载荷；g)定位系泊系统设计衡准，校核锚索张力、浮式装置平均偏移及最大偏移、锚最大载荷。B.4.3时域动力分析法在按时域法确定锚索波频张力时，应先按照海浪谱，产生一个至少3h的波高程时历。根据导索点波频运动响应幅值算子将波高程时历换转为在锚索平面内导索点的水平和垂直运动时历。采用时域动力分析计算程序按此导索点运动时历，计算张力响应时历。最后确定最大波频张力、有效波频张力。波高程时历可按船级社规范计算。由于按不同的随机相位可产生不同的波高程时历，因此对相同的导索点运动响应幅值算子可产生无数个不同的导索点历时，及时得到极不同的最大或有效波频张力。建议采用相应方法求合理近似值。B.5破损定位系泊系统分析除对完整定位系泊系统进行系泊分析和校核外，也应该对任一根锚索失效后的破损工况进行系泊GB／T39097—2020分析。破损定位系泊系统分析程序如下：a)从完整定位系泊系统平衡位置，破断一根锚索；b)确定在一根锚索破断后，在平均载荷作用下定位系泊系统的新平衡位置；c)依据B.3确定锚索最大张力；d)如有必要，对系泊浮式装置从完整定位系泊系统平衡位置达到新平衡位置前的瞬态运动进行分析；e)对每根锚索重复上述分析，以求得最严重情况；f)校核锚索的最大张力。B.6瞬态分析定位系泊系统在任一根锚索断裂或推力器系统失效后，到达新的平衡位置之前的瞬态分析一般用时域方法求解，为了简化分析，可以使用时域和频域联合分析法。当浮式装置邻近有其他结构物时，需要用瞬态分析校核浮式装置的偏移和锚索张力。在时域和频域联合分析法中，首先使用时域方法确定最大的瞬态运动，然后在瞬态运动上叠加频域方法得到的浮式装置运动。推荐计算过程如下：a)计算完整系泊状态时，平均载荷作用下的平衡位置；b)破断一根锚索，计算平均环境载荷作用下新的平衡位置；c)用时域法计算系泊浮式装置仅在平均载荷作用下的最大瞬态运动，计算中定位系泊系统的刚度应在每一步长处予以修正；d)确定浮式装置最大位移和锚索张力。应对一定数量的波浪力时历反复进行瞬态分析，在每一波浪力时历中应对发生在不同时刻锚索的断裂反复进行计算。选取的设计值应该是这些模拟中得到的最大值，或按这些模拟结果估算的可能最大值。B.7锚索疲劳分析锚索的疲劳分析应采用S-N方法，对永久定位系泊系统应进行详细疲劳分析。应对每条锚索部件进行疲劳分析，每个锚索部件的S-N曲线应建立在疲劳实验数据和回归分析的基础上。B.8定位系泊系统设计衡准定位系泊系统应校核的内容包括，平均偏移及最大偏移、锚索张力、锚索长度和锚