海洋工程装备与技术

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周雷1, 苏馨2, 张崎2, 黄一2

2024 (4): 1-7.
DOI: 10.12087/oeet.2095-7297.2024.04.01

摘要 ( 90 )

PDF(5649KB) ( 31 )

随着环境监测技术的发展，准确识别数据中的异常值成为一个重要挑战。本研究提出了一种结合长短时记忆网络（LSTM）和随机森林模型的方法，用于预测和重构环境特征数据，进而实现对异常值的有效监测。首先，使用LSTM模型对环境特征如风速、风向等进行时间序列预测，然后以这些预测结果作为输入，应用随机森林模型对轴力进行预测。研究表明，通过对特征的重构，相较于直接的异常值监测方法，可以显著提高轴力预测的准确性。重构特征后数据的R2值、MAE（平均绝对误差）和RMSE（均方根误差）均优于原始特征数据。特别是R2值，由0.921提升至0.956，证明了模型在数据拟合上的显著提升。

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水下化学药剂注入计量阀标定装置研制及性能测试

蒋东雷1, 马晓伟2, 3, 曾春珉1, 李丰清3, 李文拓1, 张晓东3, 贾均才1

2024 (4): 8-13.
DOI: 10.12087/oeet.2095-7297.2024.04.02

摘要 ( 90 )

PDF(5181KB) ( 13 )

化学药剂如甲醇、乙二醇等可以防止水下生产系统内水合物的形成及结蜡、结垢等，对于流动保障具有重要作用。水下化学药剂注入计量阀（CIMV) 用于控制和计量注入水下生产系统的各类化学药剂，帮助达到按需精准注入及降本增效的目的。CIMV与常规流量计的结构和测量原理有显著不同，需要进行严格的标定才能确保测量精度符合设计要求。本文基于CIMV产品特点，介绍了国内首套CIMV标定装置的设计、建造，以及如何利用该装置进行自研CIMV测量算法模型的研究。在该装置上验证了CIMV测量精度，结果可达到±3%F.S.。本文的各项工作为CIMV国产化提供了良好借鉴。

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水下螺旋轴流混输泵叶轮的结构设计与优化

刘羿伯1, 毕羽琴1, 马强2, 3, 肖华平1, 刘书海1

2024 (4): 14-20.
DOI: 10.12087/oeet.2095-7297.2024.04.03

摘要 ( 126 )

PDF(2410KB) ( 25 )

水下螺旋轴流混输泵作为水下增压技术的关键设备，广泛应用于海洋油气田开采中，如何进一步提升其增压性能受到研究人员的关注。本文采用正交试验设计与数值模拟相结合的方法，选取螺旋轴流泵叶轮的5个关键结构参数进行优化，以提高混输泵增压性能。利用Fluent软件、标准SST k-ω湍流模型，对叶轮轴径350mm的螺旋轴流泵单级压缩单元进行数值模拟，研究了叶轮的5个不同结构参数对增压性能的影响，并确定最优的参数组合。结果表明：在流量为500m3/h，转速为4500r/min的工况下，叶片数为3、叶片包角为130°、叶片厚度为6mm、入口安放角和出口安放角为6°的压缩单元增压效果最好，增压达到2.02MPa，相较于初始结构增压提升22%。最后，在不同工况下对优化后的叶轮三级混输泵进行数值模拟，并预测增压效果。研究结果对水下螺旋轴流混输泵的设计及优化提供了理论参考依据。

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基于专利分析的中国吸力式桶型基础技术发展研究

马天驰1, 郑媛2, 牛国旭3, 曹洺赫4

2024 (4): 21-28.
DOI: 10.12087/oeet.2095-7297.2024.04.04

摘要 ( 87 )

PDF(4204KB) ( 15 )

为了填补中国吸力式桶型基础技术专利分析的空白，本文基于相关的专利数据，通过专利文献计量的方法，分析了专利技术的整体发展趋势、专利类型与有效性、技术发展阶段、地域分布、创新主体以及热点领域。分析结果表明：我国吸力式桶型基础的专利技术正处于快速增长阶段，有效专利占比保持较高水平，发明专利占比接近六成，专利申请地区主要集中于沿海各经济发达区域，地域发展以从北向南发展为整体趋势，热点技术领域高度集中。未来我国专利技术发展应注重提高专利质量，均衡地区间发展，完善“产学研”协同发展，扩展技术应用领域，提高技术领域布局合理性。

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六边形漂浮式光伏平台系泊系统设计与分析

孙嘉阳, 崔宇涛, 任铁, 王益厚

2024 (4): 29-35.
DOI: 10.12087/oeet.2095-7297.2024.04.05

摘要 ( 83 )

PDF(9090KB) ( 11 )

作为业内公认的最有潜力的技术发展方向，漂浮式光伏平台具有应用场景广泛、环境污染小等优点，其发展对于海上光能的开发利用具有重要的意义。然而，我国对漂浮式光伏平台的研究起步较晚，目前仍处在实证阶段。作为漂浮式光伏平台的定位系统，系泊系统能够保证其在极端海况下的稳定作业。分析系泊系统的设计选型具有重要的研究价值。本文针对我国海域的某漂浮式光伏平台，比较分析散射式系泊和分组式系泊两种形式，探究在极端海况下，不同系泊形式光伏平台的运动响应特性及系泊缆张力特性。研究成果可以为光伏平台系泊系统的合理选型及设计提供参考。

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膨胀压缩机转子总成国产化改造与应用

李久成

2024 (4): 36-40.
DOI: 10.12087/oeet.2095-7297.2024.04.06

摘要 ( 88 )

PDF(5386KB) ( 5 )

天然气膨胀压缩机是天然气终端膨胀制冷工艺的关键设备，对天然气副产品回收率起到至关重要的作用。现各天然气处理终端均使用进口的膨胀压缩机组。进口机组投入大，后期的维修和备件成本高。渤海油气田某陆岸终端对已经使用多年且故障频发的2台进口膨胀压缩机（120万方/天）进行了转子总成国产化改造。国产化改造主要包括膨胀端叶轮、压缩端叶轮、主轴、轴承、隔板轴封、连接键等附属部件。首次实现渤海地区天然气陆岸终端进口膨胀压缩机转子总成国产化，机组备件不依赖进口，完全国内自主研发生产；供货渠道畅通，能够在最短的时间内采购到所需检修备件；掌控技术核心参数，缩短维修周期，节约了后期的各项检修时间及成本。对比结果表明，国产化机组零件现场应用效果良好，机组连续运行78840h无异常，远超进口零部件的使用寿命，为天然气膨胀制冷类似项目提供了国产化借鉴。

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国内浮式风电动态电缆发展概况及设计综述

林泽寅, 汪伊冰, 李东升

2024 (4): 41-46.
DOI: 10.12087/oeet.2095-7297.2024.04.07

摘要 ( 101 )

PDF(2023KB) ( 63 )

近年来，全球海上风电发展迅速，随着近海资源逐渐稀缺，海上风电逐渐走向深远海。为了适应漂浮式风电机组的动态特性，浮式平台必须配套使用动态电缆。这是一种位置与受力状态时刻变化的，传输电力与通信控制信号的综合电缆，能够承受风、浪、流等多种自然环境的联合作用，保证电力及监测信号的有效传输。相较于国外产业，国内的动态电缆行业发展起步较晚，工作环境恶劣，缺乏相关技术。这些都是制约动态电缆行业前进的绊脚石。本文详细介绍浮式风机动态电缆的基本原理、发展现状、关键技术及面临的困境，总结最新的行业信息和技术，为国内动态电缆的发展提供助力。

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探究S420超高强钢在深水导管架的应用风险及管控措施

王火平, 伦玉国, 王德洋, 肖望穗, 彭怡锦

2024 (4): 47-52.
DOI: 10.12087/oeet.2095-7297.2024.04.08

摘要 ( 93 )

PDF(2510KB) ( 11 )

流花11-1导管架是目前亚洲最深的深水导管架。与浅水导管架相比，流花11-1导管架存在着设计风险高、建造周期长、钢材生产工艺高、焊接困难等特点。本文综合分析了流花11-1导管架的风险管理，从设计风险到建造周期影响，从钢材焊接工艺到具体施焊，全面分析和评估了主要风险并采取了有效的风险控制措施，成功运用项目风险管理经验，保证了项目的质量、成本和进度，也为以后同类深水导管架项目管控提供了指导和参考。

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固体绝缘开关柜在海上平台的技术应用及研究

李婷婷, 王晓智, 王爱武, 王晶, 李夏玲

2024 (4): 53-57.
DOI: 10.12087/oeet.2095-7297.2024.04.09

摘要 ( 66 )

PDF(4429KB) ( 6 )

针对海上平台中压开关柜小型化需求，在陆地固体绝缘开关柜技术基础上，研制出可用于海洋油气田环境的移开式系列产品并通过型式试验认证。本文针对12kV移开式固体绝缘开关柜进行技术研究，产品可充分满足海洋油气田使用需求，为边际油田、改造扩容平台、深水浮式平台等小型化、轻量化设计提供新的中压开关柜解决方案。

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双船浮托法风机安装系统的多体耦合动力学分析

张宁博1, 安晨1, 赵天奉1, 高松林1, 倪浩乘1, 周振宇2

2024 (4): 58-66.
DOI: 10.12087/oeet.2095-7297.2024.04.10

摘要 ( 73 )

PDF(7736KB) ( 8 )

为了应对双船浮托安装风机时由于船舶运动导致的关键部件振动及应力问题，本文提出了一种针对风机安装过程中载荷转移的刚柔耦合多体动力学分析方法。通过建立双船浮托安装风机的刚柔耦合多体动力学模型，考虑了关键部件的弹性变形及其对系统整体的影响，对风机和基础的安装对接过程进行了动态分析。计算了不同工况下风机及关键部件的加速度和应力曲线，获得了动应力结果并研究了振动特性。研究表明，双船运动周期的变化会显著影响风机应力曲线的变化规律。这一研究为双船浮托安装风机系统的结构设计提供了理论基础，有助于提高安装过程的稳定性和安全性。

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抛弃式测量仪探头的非线性水动力研究

黄河源1, 丘江亮1, 李中胜1, 刘锦剑2

2024 (4): 67-74.
DOI: 10.12087/oeet.2095-7297.2024.04.11

摘要 ( 70 )

PDF(5707KB) ( 17 )

抛弃式温度深测量仪（XBT）可标定海洋深度剖面的水文数据，XBT探头运动深度的准确校订关系到系统的精度。本文基于非线性水动力理论和大涡模拟计算方法，建立等比例三维CFD数值模型和水动力非线性运动方程，数值分析探头的外流场特征，以阻力系数为边界条件求解深度的解析解，进行探头入水线速度实验测定，验证深度解析解的拟合准确性。结果表明：数值模型计算的阻力系数误差小于4.39%，XBT探头的阻力来源于头部滞止区和中段逆向压差流动。以阻力系数为边界条件可推导二阶微分运动方程（FRE方程)，FRE方程的双曲反正切解析解与试验测定值的最大速度偏差为6.2%，距离偏差为3.2%，误差可控。该方法可为XBT探头的设计和工程应用提供准确的速度和深度参考，为数字化集成该型产品提供基础，提高深度标定的准确性。

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考虑波流耦合作用的平台涡激运动试验研究

汤乾宇

2024 (4): 75-84.
DOI: 10.12087/oeet.2095-7297.2024.04.12

摘要 ( 76 )

PDF(5727KB) ( 12 )

为了进一步研究波流耦合作用下的平台涡激运动响应，本研究针对中国海洋石油总公司计划开发的南海北部陵水17-2气田的深水半潜式生产储卸油平台，开展了波流耦合下的平台涡激运动试验。研究目的在于表征和量化半潜式平台在不同流速、流向角以及有无波浪作用下的涡激运动响应，以提供立管和系泊疲劳分析的设计输入。制作了1∶60缩尺比的半潜式平台模型，通过拖曳水池模拟了纯均匀流和波流耦合的环境条件，测试了平台的静态刚度、固有周期和六自由度运动响应。研究结果表明，半潜式平台的涡激运动主要表现为水平面内的横向、纵向运动和艏摇，横向运动响应最为显著。在均匀流作用下，45°流向角时的横向运动响应幅值大于0°流向角，且在折合速度5~7的区间内达到最大。附加阻尼装置能有效降低运动响应，特别是在45°流向角时效果更为明显。波浪对涡激运动幅值有一定的削弱作用，尤其在折合速度接近7时更为显著。此外，试验还观察到纵向运动和艏摇运动表现出与均匀流作用下不同的特性。本研究的意义在于，为深海油气开发中的半潜式平台设计提供了重要的工程数据和理论支持，有助于优化立管和系泊系统设计，确保平台在复杂海洋环境中的安全稳定运营。

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海洋平台导管架非滑道建造与装船技术研究及应用

马德强, 罗超, 吴斌斌, 文偲, 姜磊

2024 (4): 85-88.
DOI: 10.12087/oeet.2095-7297.2024.04.13

摘要 ( 81 )

PDF(3552KB) ( 11 )

本文探讨了导管架建造技术中非滑道卧式建造与装船的可行性。针对滑道式建造与非滑道建造，比较研究自行模块运输车装船与拖拉装船等工艺。并以番禺某导管架为例，详细阐述了导管架与装船的施工工艺与关键技术。为后续导管架非滑道建造项目提供标准化工艺及设计流程，对提高建造场地利用率，后续项目的建造标准化及建设海洋强国具有一定意义。

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国内首座海底数据舱下水过程的波浪抨击影响分析

徐爱进

2024 (4): 89-94.
DOI: 10.12087/oeet.2095-7297.2024.04.14

摘要 ( 86 )

PDF(7319KB) ( 32 )

在水下大型结构物吊装下放的过程中，当船-缆-体多体耦合系统遭遇非线性环境载荷，发生大幅运动时，吊装系统的缆绳会出现从松弛到张紧的快速变化，同时结构物的姿态和加速度也很难控制，可能危及系统的安全作业和精密仪器的寿命。本文针对国内首座海底数据舱，通过全耦合的动态时域模拟了数据舱的下水过程，考虑了船舶运动、风、浪、流以及波浪抨击效应，尤其是刚入水时波浪对数据舱的抨击影响，并对波浪抨击的关键参数进行了敏感性分析；准确预报了数据舱入水时的加速度和6个自由度的运动，以及数据舱的入水姿态，保证了数据中心的顺利入水。研究结果可为后续海底数据舱的设计与海上安装提供一定的理论和技术参考。

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基于深海多目标搜寻任务的AUV路径规划方法研究

徐春晖1, 2, 周仕昊1, 2, 4, 祁彧1, 2, 方田1, 2, 3, 杨士霖1, 2, 3

2024 (4): 95-102.
DOI: 10.12087/oeet.2095-7297.2024.04.15

摘要 ( 89 )

PDF(4652KB) ( 13 )

自主水下机器人(AUV)可以在深海海域进行资源勘査、目标搜寻等任务。在海上现场通常面临需要快速响应任务布署，进行AUV搜寻测绘任务的路径规划。本文在AUV多疑似目标点位搜寻任务中提出了一种先聚类后搜寻的AUV多目标搜寻方法，将大范围待测海域内的多个目标点进行K-means聚类,形成多个待测区域，减少对非目标区的搜寻，确保AUV携带有限能源下更高的搜寻效率；在多个待测区域内执行梳状路径方案，形成多区域内的AUV搜寻路径。开发了基于Tkinter的AUV多目标聚类搜寻软件，通过可视化交互工具实现本文所提方法，解决人工规划费时、易出错等问题，提高AUV布署效率。最后，对比不同聚类个数之间AUV路径的长短，确定本文方法的可行性及应用价值。

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海况对无人船直航循迹精度与控制耗能的影响研究

雍久钦1, 2, 薛镇涛1, 2, 陈俐1, 2

2024 (4): 103-109.
DOI: 10.12087/oeet.2095-7297.2024.04.16

摘要 ( 112 )

PDF(2226KB) ( 122 )

海况适应性对无人船实海域航行至关重要。为了揭示海况对无人船循迹性能的影响，以基于基准海况调校PID循迹控制的无人船为研究对象，建立三自由度动力学模型；在传统循迹精度评价的基础上，设计涵盖螺旋桨推进与舵机调节的控制耗能评价指标。以直航循迹为典型场景，仿真不同浪级干扰对无人船循迹精度与控制耗能的影响。结果表明，在高海况下，横向误差均方根较基准海况最大增加188倍，达158.207m，控制耗能增加3倍，评价指标达46.916kWh。量化直航循迹精度与控制耗能随浪级变化的规律，为无人船设计与控制提供参考。

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吸力桶导管架翻身系统的设计与应用

王帅, 杨广娟, 王晓彬, 黄桂浪, 樊巍巍

2024 (4): 110-116.
DOI: 10.12087/oeet.2095-7297.2024.04.17

摘要 ( 90 )

PDF(8455KB) ( 25 )

针对海上风电设备建造的大力发展，依托现有吸力桶导管架的建造项目，对比分析现有海上风电导管架吊装技术难点及共性，根据现有项目要求，创新设计了海上风电吸力桶导管架翻身系统，用于1400t海上风电导管架的翻身竖直工作。文中分析对比了翻身系统与传统吊机的优缺点，采用有限元软件对翻身系统和导管架进行了整体强度和稳性分析；此翻身系统在实际工程中成功应用，翻身50套吸力桶导管架，证明了该翻身系统的可靠性和安全性，为海上风电吸力桶导管架建造安装提供了最新的技术参考。

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新型海上风电超重单桩基础气囊助浮施工工艺

张健翔, 宋云峰, 逯鹏

2024 (4): 117-124.
DOI: 10.12087/oeet.2095-7297.2024.04.18

摘要 ( 86 )

PDF(9251KB) ( 10 )

随着海上风电机组大兆瓦趋势不断增强，海上风电基础重量和尺寸也随之增加。成本最低、应用最为广泛的单桩基础，从2015年的500~700t（4MW），发展到如今的3000t（16MW），甚至未来会出现5000t的超重单桩基础。在传统的海上风电单桩基础施工工艺中，海上风电浮吊装备已经无法满足施工吊重要求。在此背景下，本文研发出气囊助浮技术。因其成本低、操作简便、可减少吊机负荷的优势，成为未来超重单桩（3000~5000t级）的潜在解决方案。本文详细探讨气囊助浮技术的理论基础、工艺设计及其优势，介绍了其在海上风电单桩基础施工中的应用及前景。研究表明，气囊助浮技术在提高施工效率、降低成本和减少环境影响方面具有显著优势，能够达到“小船干大活”的效果，未来在海上风电领域具有广阔的应用前景。

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水下储存装备应用场景探究

蔡文娟, 曹鹏伟, 赵明, 周琦

2024 (4): 125-130.
DOI: 10.12087/oeet.2095-7297.2024.04.19

摘要 ( 112 )

PDF(4331KB) ( 51 )

水下储存装备是基于油水置换技术的一种独立的存储单元，提供海上多样化介质存储，是海上能源开发和利用的重要装备。分析了未来水下储存装备可能的5种应用场景，包括浅海边际油田开发、水下储能技术、水下甲醇和液氨储存技术、水下LCO2储存技术和海底化学药剂储存和注入技术等。在浅海边际油田，采用综合处理平台、水下储油装备与穿梭油轮相结合的模式，提高成本适应性和储存量定制灵活性；为海上风电平台提供水下储能技术（水下压缩空气储能与水下储氢），保证外输电的稳定性，减轻平台上部空间存储局限性；海上风电也可转化为甲醇和液氨，采用水下存储方案，省去平台存储单元，降低总体投资；在水下安装LCO2存储装备代替回注平台存储，可提高LCO2储存效率和环境适应性；采用海底化学药剂储存和注入技术，可显著提升化学药剂系统的安全性、成本效益和注入精确性。

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