安裝誤差對(duì)半潛漂浮式風(fēng)機(jī)懸鏈線系泊系統(tǒng)性能的影響

杜 宇，王 凱，初岳峰

（1.中交第三航務(wù)工程局有限公司，上海 200032；2.中山大學(xué) 海洋工程與技術(shù)學(xué)院，廣東 珠海519082）

由于技術(shù)成熟度高，半潛漂浮式風(fēng)機(jī)是目前漂浮式風(fēng)機(jī)的主要選型方向，學(xué)術(shù)界針對(duì)半潛漂浮式風(fēng)機(jī)開展了大量研究［1-5］。

半潛漂浮式風(fēng)機(jī)的浮式基礎(chǔ)是一種由浮力提供傾斜恢復(fù)力的浮式平臺(tái)［6］，系泊系統(tǒng)僅用于提供浮式平臺(tái)水平偏移恢復(fù)力，因此通常采用懸鏈線系泊系統(tǒng)。在海洋油氣行業(yè)，懸鏈線系泊系統(tǒng)的研究開展較早，主要用于半潛式鉆井平臺(tái)，并隨著海洋油氣工程的發(fā)展得到了深入研究［7-11］。2010年后，隨著漂浮式海上風(fēng)電研究的快速發(fā)展，應(yīng)用于漂浮式風(fēng)電的懸鏈線系泊系統(tǒng)研究逐步獲得重視［12-19］。

在海洋石油領(lǐng)域，常規(guī)型式的懸鏈線系泊纜繩安裝誤差對(duì)系泊系統(tǒng)性能的影響研究幾乎沒有。這主要是由于懸鏈線系泊系統(tǒng)在海洋石油領(lǐng)域多用于中等以上水深作業(yè)（200 m 以上）的半潛式鉆井平臺(tái)，系泊系統(tǒng)的施工誤差對(duì)其性能的影響相對(duì)較小。另外，多數(shù)采用懸鏈線系泊的浮式結(jié)構(gòu)是移動(dòng)式鉆井平臺(tái)，平臺(tái)具有性能較高的錨絞機(jī)，可以較為精準(zhǔn)地調(diào)整預(yù)張力甚至進(jìn)行恒張力控制。

然而，目前漂浮式風(fēng)電的主要開發(fā)海域多集中于80 m以內(nèi)的淺水區(qū)域，特別是在我國，很多示范項(xiàng)目的開發(fā)水深小于50 m。當(dāng)前國內(nèi)外漂浮式風(fēng)電技術(shù)路線主要選擇采用懸鏈線系泊系統(tǒng)定位的半潛漂浮式風(fēng)機(jī)技術(shù)路線，同時(shí)半潛漂浮式風(fēng)機(jī)也是最適合淺水條件的漂浮式風(fēng)機(jī)型式，因此我國目前在開展的漂浮式風(fēng)機(jī)示范項(xiàng)目全部為懸鏈線系泊系統(tǒng)定位的半潛漂浮式風(fēng)機(jī)型式。在淺水條件下，漂浮式風(fēng)電的懸鏈線系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在很多挑戰(zhàn)［14，20-22］，懸鏈線系泊纜的形狀不容易保持，系泊纜繩更容易繃直，造成錨拔并導(dǎo)致系泊纜繩出現(xiàn)較大的豎向荷載。為降低造價(jià)，半潛漂浮式風(fēng)機(jī)一般不安裝錨絞機(jī)，主要采用止鏈器等裝置鎖系泊纜，并通過張緊器等裝置進(jìn)行系泊纜的預(yù)張力調(diào)節(jié)。因此，在懸鏈線系泊纜施工時(shí)，更容易產(chǎn)生誤差。懸鏈線系泊纜安裝誤差最終造成的結(jié)果往往是系泊纜長度和幾何形狀與設(shè)計(jì)目標(biāo)的偏差，而淺水條件下懸鏈線系泊系統(tǒng)對(duì)兩者的敏感性更強(qiáng)，因而偏差將給系泊系統(tǒng)性能帶來巨大的影響。因此文中首先對(duì)適用于半潛漂浮式風(fēng)機(jī)的懸鏈線系泊系統(tǒng)施工進(jìn)行分解研究，并確定了誤差來源。之后，以浮體動(dòng)力學(xué)仿真作為手段，針對(duì)不同系泊纜施工誤差對(duì)系泊系統(tǒng)性能的影響進(jìn)行基于時(shí)域分析的量化研究。

1 半潛漂浮式風(fēng)機(jī)系泊系統(tǒng)施工過程

1.1 半潛漂浮式風(fēng)機(jī)系泊系統(tǒng)總體施工流程

系泊系統(tǒng)的安裝一般存在2種總體流程［23］：1）錨—纜—平臺(tái)順序的系泊系統(tǒng)安裝流程（圖1）；2）平臺(tái)—纜—錨順序的系泊系統(tǒng)安裝流程（圖2）。

圖1 錨—纜—平臺(tái)順序的懸鏈線系泊系統(tǒng)安裝流程Fig.1 Catenary mooring system installation with the anchor-mooring line-platform working flow

圖2 平臺(tái)—纜—錨順序的懸鏈線系泊系統(tǒng)安裝流程Fig.2 Catenary mooring system installation with the platform-mooring line-anchor working flow

錨—纜—平臺(tái)順序的系泊系統(tǒng)安裝流程首先是按照先錨后纜的順序完成所有錨和系泊纜的安裝，在漂浮式基礎(chǔ)拖航至場(chǎng)區(qū)后將系泊系統(tǒng)與系泊纜回接端進(jìn)行連接完成回接操作，并采用機(jī)械裝置對(duì)系泊纜繩進(jìn)行張拉至設(shè)計(jì)預(yù)張力。

平臺(tái)—纜—錨順序的系泊系統(tǒng)安裝流程一般使用三用工作船先將漂浮式基礎(chǔ)拖至海上待安裝位置，之后由三用工作船將錨運(yùn)輸至設(shè)計(jì)錨固位置。在這個(gè)過程中系泊纜的一端與錨連接，另一端始終與浮體連接。當(dāng)三用工作船完成錨的安裝之后，重復(fù)以上動(dòng)作完成其余錨的安裝，之后浮式平臺(tái)利用其甲板上所設(shè)置的錨機(jī)對(duì)錨鏈進(jìn)行張拉至設(shè)計(jì)預(yù)張力。

可見采用圖2 的平臺(tái)—纜—錨系泊系統(tǒng)安裝順序往往適用于可攜帶系泊纜和錨的浮式平臺(tái)，這種平臺(tái)需提供額外的浮力以抵消系泊纜和錨的重力，往往不適用于對(duì)成本更加敏感的漂浮式風(fēng)機(jī)。另外，采用該方法進(jìn)行系泊系統(tǒng)安裝，平臺(tái)需要在安裝初始階段進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，平臺(tái)安裝完畢前的海上漂浮等待時(shí)間長，對(duì)于我國這種臺(tái)風(fēng)頻繁出現(xiàn)的國家，施工風(fēng)險(xiǎn)很大。因此，目前的漂浮式風(fēng)機(jī)系泊系統(tǒng)安裝常采用錨—纜—平臺(tái)的系泊系統(tǒng)安裝順序。

1.2 系泊纜預(yù)鋪過程分析

采用錨—纜—平臺(tái)安裝流程，當(dāng)錨嵌固于海底之后，系泊纜的預(yù)鋪主要采用錨艇拖拉的方式來完成。圖3 顯示了系泊纜初始預(yù)鋪的過程，在整個(gè)預(yù)鋪過程中，由于鋪設(shè)錨艇的前進(jìn)速度很低，因此可以認(rèn)為在靜水條件下預(yù)鋪過程的力學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)靜力平衡的系統(tǒng)。由錨艇提供給系泊纜水平張拉力T，在觸泥點(diǎn)的位置由躺底段或錨提供一個(gè)反向平衡拉力T。

圖3 懸鏈線系泊纜預(yù)鋪施工過程Fig.3 Working flow of catenary mooring line pre-laying

圖3 顯示了系泊纜在預(yù)鋪過程中觸泥點(diǎn)在時(shí)刻1 時(shí)由A點(diǎn)處不斷向前的過程，觸泥點(diǎn)在時(shí)刻2 到達(dá)B點(diǎn)，之后在時(shí)刻3到達(dá)C點(diǎn)。AB兩點(diǎn)之間的距離和BC兩點(diǎn)之間的距離相等，均為?x。根據(jù)靜力平衡可知以下條件：

其中，w為系泊纜的浮重。通過觀察、和可以發(fā)現(xiàn)A點(diǎn)處受到其右側(cè)纜繩的張拉力隨著纜繩預(yù)鋪的進(jìn)行而逐漸減小直至張拉力減小到0，此時(shí)A點(diǎn)右側(cè)已存在了長度為x=T/(w?f)的躺底段，同理，系泊纜的其他任一點(diǎn)也將在預(yù)鋪過程中經(jīng)歷與A點(diǎn)一樣的張拉力減小到0的過程。

1.3 系泊纜與漂浮式基礎(chǔ)回接過程分析

采用錨—纜—平臺(tái)施工順序的系泊系統(tǒng)施工的最后一步是已經(jīng)預(yù)鋪完畢的系泊纜與漂浮式基礎(chǔ)的回接操作，并在系泊纜上施加預(yù)張力達(dá)到設(shè)計(jì)值。圖4展示了兩種系泊纜與漂浮式基礎(chǔ)回接操作的方式：1）采用錨機(jī)絞纜的系泊纜回接；2）采用張緊器的系泊纜回接。

圖4 懸鏈線系泊纜與浮式基礎(chǔ)回接操作Fig.4 Hook-up operation between catenary mooring line and platform

采用錨機(jī)絞纜的系泊纜回接典型施工方式是將已經(jīng)預(yù)鋪完畢的系泊纜預(yù)安裝段和與漂浮式基礎(chǔ)連接的系泊纜安裝段在三用工作船或錨艇上用LLLC 鏈或其他可拆鏈進(jìn)行連接，之后利用漂浮式基礎(chǔ)甲板上的錨機(jī)進(jìn)行絞纜至設(shè)計(jì)預(yù)張力。而采用張緊器的系泊纜回接典型施工是在將預(yù)鋪完畢的系泊纜與浮式基礎(chǔ)連接之后，利用三用工作船或錨艇對(duì)與系泊纜相連的張緊器進(jìn)行張拉，縮短系泊纜繩的長度達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)張力。

1.4 懸鏈線系泊系統(tǒng)施工誤差

根據(jù)以上對(duì)系泊系統(tǒng)施工過程的分解可以推斷懸鏈線系泊系統(tǒng)可能出現(xiàn)的施工誤差：

1）錨安裝位置誤差：產(chǎn)生的主要原因包括三用工作船的水平定位誤差（如衛(wèi)星定位精度）、三用工作船水平定位能力不足（如DP 系統(tǒng)推力不足、無法平衡一階波浪力）。錨安裝誤差的表現(xiàn)形式可以認(rèn)為是錨的實(shí)際安裝位置與錨的設(shè)計(jì)安裝位置不一致，錨的實(shí)際安裝位置為以錨設(shè)計(jì)安裝位置為圓心、誤差距離為半徑的圓周上的任意一點(diǎn)。

2）系泊纜預(yù)鋪誤差：在預(yù)鋪過程中，三用工作船也會(huì)存在水平定位誤差和水平定位能力不足的問題，但由于預(yù)鋪過程持續(xù)時(shí)間長，可以不斷校正三用工作船的航線，因此預(yù)鋪過程中水平定位誤差基本都會(huì)被修正。理論上系泊纜預(yù)鋪過程中需要不斷進(jìn)行張拉，但實(shí)際操作中由于系泊纜，特別是錨鏈，質(zhì)量大、形狀復(fù)雜，因此缺乏類似海管施工中所采用的恒張力裝置，在水中的施工常常先將部分系泊纜下拋至海底，然后再施加張拉力以完成預(yù)鋪纜的張拉。但采用這種方法存在下放系泊纜過長導(dǎo)致施加的張拉力無法全部下放系泊纜張拉，造成部分系泊纜存在一定的躺底段松弛，即系泊纜的實(shí)際長度較完全張拉的纜長更長。

3）系泊纜與漂浮式基礎(chǔ)的回接誤差：在回接過程中，無論采用錨機(jī)絞纜還是張緊器張拉都可以較為準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)預(yù)張力。然而，由于錨鏈特殊的形狀，其固定于漂浮式基礎(chǔ)的一端往往需要通過止鏈器鎖定，而止鏈器固定錨鏈?zhǔn)峭ㄟ^錨鏈環(huán)兩兩十字交叉的特點(diǎn)，卡住某一方向的錨鏈實(shí)現(xiàn)鎖定。當(dāng)張拉達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)張力時(shí)，存在錨鏈與止鏈器的相對(duì)位置無法使錨鏈鎖定的可能，需要額外張拉或釋放一定長度實(shí)現(xiàn)鎖定，這個(gè)長度一般理論上不超過兩只錨鏈環(huán)十字交叉連接時(shí)的長度（如圖5所示）。

圖5 兩只錨鏈長度Fig.5 Length of two-chain segment

綜上，錨安裝、系泊纜預(yù)鋪和系泊纜與漂浮式基礎(chǔ)回接的誤差可歸納為錨點(diǎn)位置的偏差和系泊纜長度的誤差兩項(xiàng)表征現(xiàn)象。

2 施工誤差對(duì)系泊系統(tǒng)性能的影響分析

采用量化分析手段研究施工誤差對(duì)系泊系統(tǒng)性能的影響。這里采用浮體動(dòng)力學(xué)仿真方法對(duì)NREL OC4半潛漂浮式風(fēng)機(jī)的浮式基礎(chǔ)［1］進(jìn)行基于時(shí)域分析的研究，仿真工具為ANSYS AQWA。NREL OC4 浮式基礎(chǔ)包含3個(gè)直徑12 m、高24 m 的主立柱和1個(gè)直徑為6.5 m 的中心立柱，立柱下部連接垂蕩板，其直徑為24 m、高度為6 m。立柱成等邊三角形布置，立柱中心距為75 m（立柱中心距約43.3 m），3個(gè)主立柱之間、主立柱與中心立柱之間由圓管形的撐桿連接，撐桿直徑為1.6 m（如圖6 所示）。計(jì)算時(shí)考慮吃水為20 m，重心位于水面以下13.46 m，排水量約為13 767.5 m3。

圖6 半潛式基礎(chǔ)及其懸鏈線系泊系統(tǒng)布置Fig.6 Semi-submersible platform and the arrangement of its catenary mooring system

系泊系統(tǒng)由3 組系泊纜繩組成，每組包含2 根夾角為5°的系泊纜繩。系泊半徑為1 000 m，系泊纜采用162 mm直徑錨鏈，無配重和浮球調(diào)節(jié)，出纜孔高度為水面以上15 m，設(shè)計(jì)預(yù)張力為588.6 kN。采用我國陽江某海域50 年一遇波浪條件：有效波高10.55 m，譜峰周期12.5 s，峰度系數(shù)為3.3 的JONSWAP 波譜進(jìn)行模擬，水深 50 m，波浪沿x正向入射。

漂浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的浮體動(dòng)力學(xué)仿真采用全耦合動(dòng)力學(xué)模型［21］，基于時(shí)域分析的浮體動(dòng)力學(xué)方程可以按式（6）描述：

其中，M為質(zhì)量矩陣，A∞為附加質(zhì)量矩陣，K(t?τ)為延遲函數(shù)矩陣［7］，Ks為靜水恢復(fù)剛度矩陣，x(t)、x′(t)和x′′(t)分別為浮體運(yùn)動(dòng)位移、速度和加速度廣義向量（6 自由度），T(t)為廣義波浪力，Q(t)為系泊系統(tǒng)對(duì)浮體的作用力。

波浪力包括一階波浪力和二階差頻波浪力，均采用勢(shì)流理論進(jìn)行計(jì)算。由于式（6）左側(cè)已計(jì)入附加質(zhì)量和由延遲函數(shù)所表征的輻射阻尼的貢獻(xiàn)，因此T(t)僅包括入射波和繞射波的貢獻(xiàn)，T(t)為向量形式的廣義波浪力，分別對(duì)應(yīng)縱蕩、橫蕩、垂蕩、橫搖、縱搖和艏搖運(yùn)動(dòng)的六自由度波浪力分量，第j個(gè)自由度一階波浪力定義為［24］：

其中，ρ為海水密度，ω為角頻率，φI為入射波浪勢(shì)，φD為繞射波浪勢(shì)。對(duì)于復(fù)雜幾何體來說，φD難以獲得解析形式，一般采用基于邊界元法的水動(dòng)力軟件計(jì)算波浪力，對(duì)于不規(guī)則波浪力可按式（8）計(jì)算：

其中，S(ω)為波浪密度譜（JONSWAP譜型，峰度系數(shù)3.3，有效波高10.55 m，譜峰周期12.5 s）。由于半潛漂浮式基礎(chǔ)屬于順應(yīng)式結(jié)構(gòu)，固有頻率為低頻，因此二階波浪力僅計(jì)入差頻二階力，采用全二階傳遞函數(shù)（QTF）計(jì)算得到［7］。

由于波浪具有3 h隨機(jī)穩(wěn)定的特點(diǎn)，模擬時(shí)長設(shè)為3 h（108 000 s），計(jì)算采用隱式算法，計(jì)算步長為0.1 s。根據(jù)海洋工程領(lǐng)域的一般做法［25］，取5 組不同隨機(jī)種子所生成的隨機(jī)海況完成5 組時(shí)域模擬以形成足夠大的樣本空間，并進(jìn)行結(jié)果的統(tǒng)計(jì)。

2.1 錨點(diǎn)位置偏差對(duì)系泊系統(tǒng)性能的影響

考慮錨點(diǎn)位置出現(xiàn)偏差，但錨點(diǎn)位置的偏差并不影響系泊纜預(yù)張力的實(shí)現(xiàn)，其預(yù)張力依然達(dá)到了設(shè)計(jì)值。由于波浪沿x方向正向入射，1 號(hào)錨和2 號(hào)錨所受到的系泊張力影響最大，此時(shí)，若1 號(hào)錨或2 號(hào)錨出現(xiàn)錨點(diǎn)位置偏差，對(duì)系泊系統(tǒng)的性能影響亦最大。因此，為了排除其他因素的干擾，僅考慮1 號(hào)錨出現(xiàn)錨點(diǎn)位置偏差。錨點(diǎn)的偏差方向隨機(jī)，因此錨點(diǎn)的實(shí)際安裝位置在以繞設(shè)計(jì)安裝位置為圓心、誤差為半徑的圓周上，并且出現(xiàn)在圓周上任意角度的幾率相同。文中計(jì)算考慮12 個(gè)誤差位置，每個(gè)誤差位置的夾角為30°，如圖7所示。

圖7 錨點(diǎn)偏差位置示意Fig.7 Illustration of the deviation of the anchoring point

偏差半徑考慮為三用工作船3 h 工作海況條件下由一階波浪力所造成的位移極值與定位誤差所組成，二階波浪力、海流力和風(fēng)荷載由DP 系統(tǒng)所平衡。表1 展示了ULSTEIN 公司設(shè)計(jì)的系列三用工作船的主尺度，選擇系柱拉力為1 177.2 kN 的A133作為施工錨艇，考慮其吃水為4 m，方形系數(shù)約0.85，計(jì)算得到其在作業(yè)工況（有效波高2 m，譜峰周期7 s）下的縱蕩和橫蕩位移極值分別為0.992 m 和1.550 m。三用工作船一般采用衛(wèi)星定位系統(tǒng)，并考慮商業(yè)用途和高精度定位服務(wù)的價(jià)格，可認(rèn)為其定位精度優(yōu)于10 m，因此錨點(diǎn)實(shí)際安裝位置的偏差半徑考慮為11.550 m，占系泊半徑的1.155%。

表1 ULSTEIN系列三用工作船主尺度Tab.1 Main dimension of the ULSTEIN series AHTS (Anchor Handling, Tug and Supply)

表2展示了系泊纜1在1號(hào)錨不同實(shí)際安裝位置的張力統(tǒng)計(jì)值，并給出了相對(duì)于1號(hào)錨點(diǎn)位于設(shè)計(jì)安裝位置時(shí)的各項(xiàng)張力統(tǒng)計(jì)值的偏差，可以看出，張力的平均值和張力標(biāo)準(zhǔn)差的偏差相對(duì)較小，而應(yīng)力極值的偏差相對(duì)較大，最大可達(dá)5%以上，但總體可認(rèn)為各項(xiàng)張力統(tǒng)計(jì)值的誤差并不大，即錨點(diǎn)的施工誤差對(duì)懸鏈線系泊系統(tǒng)的影響相對(duì)較小。

表2 系泊纜1張力統(tǒng)計(jì)值Tab.2 Line tension statistic value for mooring line 1

圖8展示了1號(hào)錨位于設(shè)計(jì)安裝位置時(shí)和張力極值偏差最大的位于12號(hào)實(shí)際安裝位置時(shí)的系泊纜1張力時(shí)程曲線的對(duì)比，兩時(shí)程曲線的差異極小。圖9 展示了系泊纜1 張力和平臺(tái)縱蕩位移出現(xiàn)極值區(qū)域的局部放大比較，圖中可識(shí)別出系泊纜張力時(shí)程曲線的差異，而平臺(tái)縱蕩的差異很小，難以識(shí)別。

圖8 系泊纜1張力與平臺(tái)縱蕩時(shí)程曲線對(duì)比Fig.8 Time history comparison of line tension of mooring line 1 and platform surge motion

圖9 系泊纜1張力與平臺(tái)縱蕩極值對(duì)比Fig.9 Extreme value comparison of line tension of mooring line 1 and platform surge motion

2.2 懸鏈線系泊系統(tǒng)施工誤差

系泊纜預(yù)鋪和系泊纜與浮式基礎(chǔ)回接的誤差表征為系泊纜長度的誤差。系泊纜預(yù)鋪的誤差主要來自于下放錨纜段過長導(dǎo)致施加的張拉力無法全部下放使錨纜張拉，造成部分錨纜存在一定的躺底段松弛，即錨纜的實(shí)際長度較完全張拉的錨纜更長。另一方面，系泊纜與浮式基礎(chǔ)回接的誤差可認(rèn)為是系泊纜比實(shí)際設(shè)計(jì)長度存在2只錨環(huán)的長度差異。

對(duì)于162 mm 錨鏈來說，如圖5 所示的兩只錨環(huán)的長度約為1.62 m（10 倍錨鏈直徑），因此系泊纜長度由于回接操作的誤差范圍為±1.62 m，且在沒有系泊纜預(yù)鋪誤差的干擾下，所有系泊纜出現(xiàn)同樣誤差的概率較高，因此考慮所有系泊纜都出現(xiàn)了相同長度差異。在計(jì)算時(shí)，通過調(diào)整ANSYS AQWA的系泊纜長度，經(jīng)靜力計(jì)算得到新的預(yù)張力，之后再進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算。

表3 和圖10 對(duì)比了系泊纜1 誤差分別為?1.62 m 和+1.62 m 條件下的張力各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)值，同時(shí)與無誤差結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。對(duì)比結(jié)果表明，系泊纜張力的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差的誤差受系泊纜長度誤差的影響極大，兩節(jié)錨鏈環(huán)長度的誤差導(dǎo)致了近20%的張力平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的偏差。這也表明，系泊纜回接誤差對(duì)系泊系統(tǒng)的疲勞強(qiáng)度影響很大。圖10的時(shí)程曲線對(duì)比不僅顯示系泊纜張力時(shí)程曲線存在較大的差異，平臺(tái)縱蕩的局部極值也存在一定的差異。與系泊纜張力平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的誤差相比，系泊纜張力極值的偏差相對(duì)較小，其主要原因是系泊纜張力極值的出現(xiàn)往往伴隨著錨拔現(xiàn)象的發(fā)生，因此系泊纜的張力極值主要由平臺(tái)縱蕩位移所引起。

表3 系泊纜1張力統(tǒng)計(jì)值Tab.3 Line tension statistic value for mooring line 1

圖10 系泊纜1張力與平臺(tái)縱蕩時(shí)程曲線對(duì)比Fig.10 Time history comparison of line tension of mooring line 1 and platform surge motion

相比于系泊纜回接誤差，系泊纜預(yù)鋪的誤差更為隨機(jī)。可能僅有一根系泊纜出現(xiàn)預(yù)鋪誤差，也可能存在多根系泊纜出現(xiàn)預(yù)鋪誤差，且誤差長度的范圍也更廣，因此系泊纜預(yù)鋪誤差的情況更為復(fù)雜。在研究中，對(duì)系泊纜的預(yù)鋪誤差進(jìn)行初步探索，僅做一定的簡化研究。

162 mm有檔錨鏈的濕重約為0.574 t/m，根據(jù)Orcaflex軟件給出的推薦值，錨鏈在淤泥底質(zhì)條件下的海底摩擦系數(shù)大概為0.92，對(duì)于可以施加392.4 kN 張拉能力的預(yù)鋪設(shè)備，根據(jù)式（4）～（5）可知，可以對(duì)約75 m 的躺底段系泊纜進(jìn)行張拉，大約為93節(jié)錨鏈環(huán)的長度。如果在張拉過程中，一次向海中拋入大于75 m 的錨鏈再進(jìn)行張拉理論上無法完全張拉，對(duì)于躺底長度為600 m 的錨鏈來說，至少需要向海底拋纜8次才能完成系泊纜的預(yù)鋪。如果每次預(yù)鋪都存在1 節(jié)錨鏈環(huán)的拋纜誤差，將存在6.5 m 無法張緊的系泊纜，其結(jié)果將產(chǎn)生一定量的系泊纜富裕長度。在文中的簡化研究中，考慮6.5 m 無法張緊的系泊纜長度的50%為富裕長度，即預(yù)鋪導(dǎo)致系泊纜長度誤差為+3.25 m，并分別考慮1根系泊纜至全部系泊纜存在預(yù)鋪誤差的情況，表4展示了系泊纜1在不同數(shù)量系泊纜出現(xiàn)+3.25 m預(yù)鋪誤差條件下的張力統(tǒng)計(jì)值。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系泊纜出現(xiàn)預(yù)鋪誤差時(shí)，系泊纜張力的各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)值均出現(xiàn)較大幅度的偏差。雖然對(duì)于誤差纜來說，偏差使得誤差纜的各項(xiàng)張力統(tǒng)計(jì)值減小，但如果同一組纜繩中僅有一根纜繩存在預(yù)鋪誤差，同組另一根纜繩的系泊纜張力則會(huì)劇烈增大（圖11），會(huì)造成系泊纜的張力過載，是非常危險(xiǎn)的。

表4 系泊纜1張力統(tǒng)計(jì)值Tab.4 Line tension statistic value for mooring line 1

圖11 系泊纜1預(yù)鋪誤差+3.25 m時(shí)系泊纜1和2的張力對(duì)比Fig.11 Time history comparison of line tension of mooring lines 1 and 2 when mooring line 1 includes +3.25 m pre-laying error

3 結(jié) 語

對(duì)半潛漂浮式風(fēng)機(jī)的系泊系統(tǒng)施工過程進(jìn)行了分析。通過對(duì)系泊系統(tǒng)總體施工流程、系泊纜預(yù)鋪過程和系泊纜與漂浮式基礎(chǔ)回接等施工過程的分析，確定了懸鏈線系泊系統(tǒng)的多種施工誤差。

在錨安裝位置偏差對(duì)系泊系統(tǒng)性能影響的研究中發(fā)現(xiàn)，誤差的存在對(duì)系泊纜張力的各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)值影響較小，對(duì)漂浮式基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)的影響更小。

系泊纜回接誤差可造成的系泊纜張力平均值和標(biāo)準(zhǔn)差偏差可達(dá)近20%，對(duì)于系泊系統(tǒng)疲勞壽命評(píng)估的影響較大。同時(shí)，系泊纜張力極值的偏差相對(duì)較小，主要是因?yàn)閺埩O值的發(fā)生往往伴隨錨拔的發(fā)生，此時(shí)更多的是由平臺(tái)位移所引發(fā)的。

系泊纜的預(yù)鋪誤差由于隨機(jī)性更強(qiáng)變得更加復(fù)雜。1 根系泊纜至全部系泊纜都存在預(yù)鋪誤差的情況下，系泊纜張力的各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)值都存在較大的誤差。特別是同一組系泊纜中，如果僅有一根系泊纜出現(xiàn)長度誤差，另一根系泊纜系泊張力的各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)值會(huì)出現(xiàn)較大幅度的增加，造成系泊纜的過載。