海洋工程装备与技术

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林浩安, 陈俐

2024 (1): 1-9.

摘要 ( 98 )

PDF(5657KB) ( 66 )

风帆攻角决策是风帆助航船充分利用风能的关键。在船舶航行过程中，风帆产生助推力的同时也产生侧推力，引起船舶偏航和能效降低。针对该问题，本文引入侧推权重因子，建立由助推力系数与侧推力系数组成的双线性攻角决策函数，以最小航线偏离角为优化目标，利用粒子群算法求解适用于该航线的最优权重因子，从而得到在不同相对风向角下的最优攻角，既实现风帆助推船舶航行，又不依赖操舵而避免船舶偏离航向。与传统基于最大助推力法的攻角策略相比较，在相同航行时间内，航向纵向位移略有提升，侧向位移和航线偏离角大幅减小，在相对风向角波动时攻角变化较平缓，有利于风帆操纵。本文研究可为提高风帆助航船的能效提供参考。

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黏性海床中固结桩式沉箱的垂向抗拔能力

潘文豪, 杨馨竹, 张民曦, 喻国良

2024 (1): 10-17.

摘要 ( 69 )

PDF(9227KB) ( 22 )

随着海洋工程的日益大型化、深水化，亟需发展新型的水下基础建设方法。本文介绍了一种结合了吸力式沉箱与海工固结锚技术的固结桩式沉箱，描述了其结构与工作原理，并在试验室内开展了一系列的垂向上拔试验，观测分析了灌浆量及桩管长度对抗拔力的影响。试验表明，固结材料与桩管底部四周土体结合所形成的次生固结体大大增加了抗剪面积，固结桩式沉箱的抗拔能力较吸力式沉箱有显著提升；沉箱的灌浆量宜取1/20Ms（Ms为沉箱内能容纳的土体质量）；短粗沉箱的最大抗拔力在桩管长度为1.5H（H为沉箱的高度）时出现拐点，细长沉箱的最大抗拔力拐点出现在桩管长度1.5H～2H区间。固结桩式沉箱的抓重比较传统沉箱更高，施工便捷，具有良好的工程应用前景。

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俄乌冲突中无人艇海上作战模式的新突破

胡智焕, 谢威, 刘若楠, 张卫东

2024 (1): 18-22.

摘要 ( 247 )

PDF(698KB) ( 513 )

近年来，随着科技的迅猛发展，无人艇技术在军事领域的应用逐渐成为国际军事竞争的焦点之一。在俄乌冲突中，无人艇海上作战模式展现出了新的突破，为未来海上作战提供了新的思路和可能性。本文通过对俄乌战争中无人艇海上作战的实际案例分析，探讨了其在战争中的应用价值、技术特点以及未来发展趋势，旨在为相关领域的研究和实践提供参考和启示。

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悬挂链在磨损条件下的极限强度评估

贺文选, 叶茂盛, 张雨, 张雅泰, 代晓辉, 张崎

2024 (1): 23-29.

摘要 ( 44 )

PDF(13986KB) ( 13 )

运用ANSYS有限元分析软件，针对悬挂链在海洋环境下由于磨损造成的极限强度变化，进行了数值模拟研究。首先，建立有限元模型，确定承受拉伸载荷的悬挂链易发生破断的重点区域；然后，根据Archard磨损理论，在5级磨损（1/2/3/4/5mm）条件下累积磨损量，得到悬挂链在不同磨损等级下的磨损速度；最后，计算悬挂链在失效准则下的破断力，并根据磨损速度-磨损量-破断力的映射关系，得到悬挂链许用破断力与累计使用时间随磨损量的变化情况。结果表明：采用3级锚链钢的悬挂链环连续工作约2.7×104h磨损量近5mm，许用破断力下降4.2t。基于以上数值模拟方法，可实现典型工况下悬挂链的极限强度评估和在线寿命预测，为预防悬挂链失效提供了一定理论依据。

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节点柔性理论对导管架平台强度分析的影响研究

张湘跃, 赵宝祥, 陈力, 刘贤玉, 易涤非, 冯猛, 陈土顺, 张权

2024 (1): 30-36.

摘要 ( 54 )

PDF(13319KB) ( 18 )

本文研究了海上导管架平台的管节点柔性模拟方法，分析其对结构内力及位移的影响，及其导致的不同构件刚度和强度变化。通过南海西部典型导管架平台的分析，分别对比3种理论的差别；与刚性假定的结果对比，总结出节点柔性技术对结构强度、疲劳寿命以及极限强度的影响的一般结论。

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油气用深水导管架夹桩器测试技术研究

马德强, 李楠, 王伟, 马建强, 华东阳

2024 (1): 37-41.

摘要 ( 65 )

PDF(3134KB) ( 37 )

导管架夹桩器是海上导管架平台安装作业的关键设备，安装在导管架裙桩套筒顶部，在作业时驱动液压缸夹持钢桩，以保证钢桩与导管架的相对固定。在导管架的安装过程中，一旦夹桩器发生故障，会严重影响整个海上安装计划，造成巨大的经济损失。因此，为了保障夹桩器的产品质量，在陆地开展夹桩器关键部件的出厂测试、总装后的出厂测试、安装到导管架后的系统测试，以验证夹桩器的功能完整性，是非常必要的。

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水下管汇和基础关键技术研究及应用

刘浩, 刘华祥, 张宁, 原庆东, 王火平

2024 (1): 42-48.

摘要 ( 73 )

PDF(21580KB) ( 51 )

水下管汇是水下油气田开发的核心装备，具有汇集、调节和保障水下油气生产等功能。根据不同油气田开发的需求，可以设计配置不同的结构和功能。本文以南海某深水油田水下管汇为例，对管汇基础的选型、关键技术和管汇模块的功能选型、新技术应用进行了分析、研究、总结，为我国水下管汇技术及关键设备研发提供借鉴和经验。

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水下超双部件氢致开裂数值评估与实验

曹永, 姜瑛, 徐祥娟, 钱思成

2024 (1): 49-53.

摘要 ( 39 )

PDF(15397KB) ( 10 )

水下生产系统在我国海洋石油开发中应用越来越广泛。通常使用复合电液的方式对水下设备进行远程控制，控制管线采用超级双相不锈钢材质。但该材质在水下阴极保护系统下存在氢致开裂的风险。本文依据国外规范，建立了水下超双材料的氢致开裂评估流程，详细阐述了水下超双部件氢致开裂的有限元评估过程，给出了建模方法、结果提取和处理的方法，以及结果校核的标准；结合实际工程项目实例计算分析，将分析结果线性化处理；控制部件的应力应变水平，可以有效避免部件在水下同阴极保护系统作用下的氢致开裂风险；研究和阐述了双相钢的适用环境参数条件和氢致开裂试验评估。

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锚系作业船在超深水锚腿预铺设中的应用实践

李书军, 宋进鹏

2024 (1): 54-58.

摘要 ( 41 )

PDF(20343KB) ( 13 )

海上浮式生产设施通常采用多条系泊锚腿将上部平台设施与海底锚桩连接，水深超过1500m时锚腿的预铺设工作面临前所未有的挑战和困难。本文结合中国南海西部半潜式平台系泊锚腿预铺设作业的工程实践，以动力定位系统、主动深沉补偿式折臂吊机、500t锚系处理绞车配合作业的方法下放锚腿；结合锚头链与锚桩连接、锚腿中段聚酯缆下放、锚腿湿存等问题，深入分析、探讨、总结锚系作业船舶在施工中的要点和难点。

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系泊长度及配重对浮式风机平台运动响应的影响研究

孙香, 田振亚, 朱嵘华

2024 (1): 59-64.

摘要 ( 69 )

PDF(3492KB) ( 89 )

本文基于某漂浮式缩尺样机实际工程项目，采用时域分析方法对该半潜式浮式风机平台瞬态响应进行数值仿真计算，深入研究了系泊长度以及配重块重量对锚泊系统导缆孔预张力和浮式平台运动响应的影响规律。结果表明，浮式平台的纵摇、纵荡和垂荡的响应幅值随着系泊长度的增大先增大后减小；增加配重块的重量，会导致平台的纵荡和垂荡先增大后减小，纵摇先减小后增大；当同时改变系泊长度和系泊配重块重量时，配重块重量不影响系泊长度对浮式平台运动响应的变化规律的影响。

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稳控装置在海油平台电网的应用

王晶, 王伟, 王爱武

2024 (1): 65-69.

摘要 ( 37 )

PDF(1253KB) ( 26 )

稳控装置采用先进的平台化设计思想，通过硬件、软件模块化设计提供标准模型服务。稳控装置是陆地电网遇到大扰动时，为保证电力系统稳定性而在电厂或变电站内装设的控制设备，按标准化策略实现切机、切负荷、快速减出力等功能。本文通过对国产电网稳控装置标准服务的研究，制定适应于海洋平台电站管理的稳控策略，完成稳控装置智能化策略和功能研发；根据现场策略需求配置稳控主从机，研发适用于现场工况的控制处置策略和智能化需求。

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基于神经网络的风电海缆弯曲限制器优化设计

钟科星, 丁乐声, 张聪, 毛彦东, 陈金龙

2024 (1): 70-76.

摘要 ( 51 )

PDF(10138KB) ( 32 )

我国海上风力发电已进入平价并网时代，行业中所有零部件设计都将面临优化设计的挑战。弯曲限制器广泛应用于风电缆保护中，其弯曲刚度与Mises峰值应力都是结构设计的关键指标。目前，弯曲限制器结构优化设计多基于经验和有限元分析迭代，该方法效率较低，并且多目标优化较困难。本文针对该问题提出一种基于神经网络的风电海缆弯曲限制器多目标优化方法。先在给定的设计域内，利用正交试验设计法和有限元分析获得的样本，构建RBF神经网络代理模型；再采用非支配排序遗传算法Ⅱ（NSGA-Ⅱ）对弯曲限制器进行多目标优化，得到了Pareto最优解集。本文为限弯器结构结构设计提供了一种可行的多目标优化方法。

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航空声纳浮标自噪声分析

韩允, 赵新芳, 马永犇

2024 (1): 77-81.

摘要 ( 55 )

PDF(1320KB) ( 21 )

本文主要分析了航空声纳浮标的自噪声对其探测性能的影响，介绍了声纳浮标自噪声的种类，给出了声纳浮标自噪声的估计方法，分析了自噪声对浮标采集的声信号的信噪比，以及对浮标的作用距离的影响，归纳总结了国外声纳浮标对不同噪声源的降噪设计方法和浮标自噪声水平。分析表明，声纳浮标自噪声控制直接影响其探测性能，是浮标设计的关键，在工程上应对不同噪声源采取必要的降噪措施。

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海底管道防护垫水下自动布放装置框架结构有限元分析研究

陈祎, 姜哲, 张锦飞, 罗高生, 王欢欢, 陈钊辉

2024 (1): 82-89.

摘要 ( 50 )

PDF(16286KB) ( 11 )

海床受洋流、潮汐和波浪的冲击，带来淤泥、沙子和砾石，改变了海底地貌和管道周围海床的形态。这些变化和沉积物对海底管缆造成了损坏。为减少这些损害，常放置新型高分子复合保护垫来覆盖水下管缆等结构。本研究提出了一种新型的水下布放装置，对其进行了全系统设计、系统开发和测试，旨在解决现有维修方式成本高、效率低、经济效益差的问题。本文使用NX Nastran求解器对模型进行静态分析，再用Femap软件对布放装置框架结构计算结果进行后处理，分析研究了水下作业和水面布放两种工况。结果表明，该布放装置符合结构设计要求，同时也为优化装置结构提供了重要数据。

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国内外海底接驳技术现状与关键

陈云龙, 邓都都, 刘智键, 阮海龙, 梁涛, 刘广治, 郭龙川

2024 (1): 90-98.

摘要 ( 82 )

PDF(45240KB) ( 44 )

海底接驳是将多个设备在水下连接，实现对电能和信息交互的集中管理，是研制深海勘探装备、构建海底观测网的核心技术之一。美国、日本、加拿大等海底接驳技术起步较早，逐步发展了负高压单级直流输电、大功率电能转换、水下湿插拔、大型光纤通信组网等技术，采用模块化设计、多级接驳盒互连的结构方式，已在多个海域建成了大型的海底观测网。近十年，随着国内开始布局近海海洋观测系统，接驳盒设计制造、负高压输电、远程通信与控制等技术发展迅速。以科学节点形式的水下接驳系统，已在多个海域成功应用。但目前，还没有形成大型的观测网，部分深水关键部件，例如水下湿插拔连接器、光电复合缆等，还主要依赖进口。在引进吸收国外先进技术的同时，研发高性能的控制器、大功率的转换模块、水下连接器以及光电复电缆将是未来接驳系统一个非常重要的方向。

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非线性海床上J型铺管数值分析

商献岭, 李春垒, 王乐芹, 范泽仁, 韩云瑞, 于龙

2024 (1): 99-105.

摘要 ( 38 )

PDF(2116KB) ( 9 )

随着全球对能源的不断增需，海上油气生产逐渐扩展至深水和超深水区域。在这一应用背景下，J型铺管系统在深水区域表现出了天然的适应性。本研究基于Winkler模型和宏单元模型开发了J型铺管法数值模拟方法，利用有限差分法精准模拟了其在非线性海床条件下的力学特性。通过解析解和模型试验对比验证了该方法的可行性。在水深和不同铺设角度变化的研究中，发现水深增加导致管线触地点埋深减小和土体抗力降低，而铺设角度的变化则影响管线的弯矩和土阻力。这些研究结果为J型铺管法在实际深水工程中的应用提供了有益的理论支持和参考。

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双碳背景下海上新型储能技术的适应性分析

沈琦, 李欧萍, 刘超, 程光远, 喻西崇

2024 (1): 106-115.

摘要 ( 117 )

PDF(1237KB) ( 269 )

本文聚焦新型储能在3种场景下的适应性分析，包括大规模可再生能源竞配时的强制配储，海上油气与新能源融合发展时为提升海上波动性新能源电力穿透率提供稳定电力的主动配储，以及深远海离网制绿氢、绿氨及绿甲醇时的主动配储。分析了各物理储能、电化学储能在海上应用的优缺点，并梳理了国内外相关工程案例，发现目前国内尚无储能设施在海上布置的工程案例，认为海上配储目前能够兼顾技术成熟、安全、可靠、紧凑、轻量、经济的储能方式仍然是磷酸铁锂。未来，考虑到钛酸锂电池安全方面的优越性，在成本下降、具备经济竞争力后，可选用钛酸锂电池。但钛酸锂电池能量密度较低，设备体积和质量较磷酸铁锂偏大，需进一步考虑海上平台的布置问题。此外，由于目前尚无一种单一储能系统能同时具备高功率、高能量密度、可靠安全以及较长生命周期等特点，无法完全满足海上应用的所有需求，考虑采用“飞轮+电化学”和“超级电容+电化学”的混合储能系统，最大限度弥补单一储能方式的不足，从而获得性能更佳的储能系统。为确保海上新型储能工程应用的安全性和可靠性，建议进一步开展海上浮式设施储能抗晃荡条件下储能的本质安全、安全监测和预警等技术的攻关和工程化应用。

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深远海风电制氢技术经济性分析

刘超, 李欧萍, 程光远, 沈琦, 喻西崇

2024 (1): 116-121.

摘要 ( 143 )

PDF(823KB) ( 71 )

我国深远海海上风电资源储量丰富，是未来海上风电发展的重要方向。但深远海风电面临电力消纳难、送出成本高等多方面影响，需要新的开发模式和技术创新来推动深远海风电的发展。海上风电制氢有助于提升新型电力系统灵活性和安全性，可实现能源大规模、长时段存储。本文以某200万千瓦远海风电场为算例，基于当前市场价格和文献资料，从平准化制氢成本和财务内部收益率等角度，对比分析了陆上离网制氢和海上平台制氢管道输氢两种模式的技术经济性。基于全生命周期成本分析，海上平台制氢管道输氢模式制氢成本更低，且电解水制氢系统初始投资和运维成本对成本影响显著增大。从经济性上看，当电力能够全部上网消纳时，海上风电电力上网将比陆上制氢获得更高的收益。

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缓波形钢悬链线立管安装方法分析

田震雷震名陈野何建文刘松钟洋

2024 (1): 122-129.

摘要 ( 154 )

PDF(16905KB) ( 17 )

标准钢悬链线立管在超水深水环境中存在屈曲和疲劳寿命短等问题，缓波形钢悬链线立管（SLWR）在标准的立管形式上引入了浮子段区域，它能够降低立管悬挂点附近的应力，同时阻隔浮体运动对着泥点区域造成的动态响应影响，从而提高立管的疲劳寿命。基于S-LAY、J-LAY、R-LAY三种铺设方式，以潜在加蓬项目为例对SLWR的安装方法进行了对比分析。结果表明：对于无浮子段的立管，三种铺设方式均具有较高的可铺设性，受限于海洋石油201船的能力，S-LAY对于12″ SLWR浮子段铺设并不可行；J-LAY和R-LAY安装方法更适用于2100m水深的12″ SLWR的正常铺设及浮子段铺设，且无论是J-LAY还是R-LAY安装方法，空管状态总体上优于充水状态；可通过降低水深、减小管道尺寸及对浮子段截面设计优化等措施，提高S-LAY工艺铺设SLWR的可行性。采用J-LAY和R-LAY安装方法，如果带浮子段的悬链线在空管状态不与铺设塔和船体等结构干扰，可允许空管工况下铺设。

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系泊连接装置发展现状及其在漂浮式风电中的应用

董鑫, 徐群, 邵云亮

2024 (1): 130-138.

摘要 ( 145 )

PDF(4193KB) ( 347 )

连接装置是海洋浮体系泊系统的重要组成部分，用于不同系泊组件之间以及系泊系统与浮体的连接。近几年，漂浮式风电发展迅猛，全球报道了多个示范项目，成规模的风场建设已见规划。要实现商业化，就必须进一步控制项目成本，而系泊系统作为漂浮式风电的重要组成部分，亟需通过技术创新实现降本增效。在海工行业，各种系泊连接装置已经过多年应用和验证，在系泊连接、安装、维护、更换等方面相对成熟。针对漂浮式风电应用场景，开展系泊系统优化设计，优化配置各种系泊连接装置，并在此基础上开发新的连接组件，进而提升漂浮式风电的系泊设计、制造和安装能力，从而实现风电成本有效控制。

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海上风力发电大口径钢管的变形控制技术应用探讨

叶稀

2024 (1): 139-144.

摘要 ( 46 )

PDF(13491KB) ( 20 )

海上风力发电大口径钢管在建造中会出现多发变形的问题。对于发生变形的区域，必须严格控制，采用有针对性的技术措施，最大化地保证钢管质量，避免出现材料报废或无法交付导致一系列的问题。大口径钢管的变形控制应考虑一套完整的计划路径，在制造、运输、存储各个环节做好非常全面的技术控制，以避免在其中一环节出现较大的变形问题。注意控制其变形的趋势，充分考虑设备能力和生产能力，选择能最大化保证钢管建造质量和最高效益的工艺手段，提高建造水平，保证有效控制变形，是形成工艺方案、降低成本、控制建造质量的重要前提。基于此，本文针对钢管变形控制的建造技术应用进行探讨分析，以供参考。

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船舶复合材料连接技术应用现状

张晓玉, 周一梁, 冯冲, 姚莉丽

2024 (1): 145-150.

摘要 ( 52 )

PDF(7989KB) ( 23 )

由于纤维增强复合材料具有轻质高强等特性，因而在船舶领域得到了广泛应用。尽管整体化成型工艺日趋成熟，复合材料零部件之间依旧面临装配连接的问题，提高连接部位的力学性能是复合材料应用的关键。本文介绍了常用的连接技术，包括机械连接、胶接、混合连接，简述了这几种连接技术设计应用的关键。最后，对船舶复合材料连接技术进行了总结展望。

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自安装井口平台在南海边际油田开发中的应用

汤乾宇, 王文龙, 张秀林, 井元彬, 罗振钦, 莒鹏

2024 (1): 151-158.

摘要 ( 61 )

PDF(19212KB) ( 19 )

自安装井口平台的特点是带有自由升降的桩腿，通过拖轮拖带至生产作业地点站桩生产。油田开发生命周期结束后，可拔桩浮起，再次由拖轮拖带至新的油田继续服役。相对于固定式导管架平台，可大幅降低平台安装及弃置拆除费用。自安装井口平台已在渤海油田的开发中应用多年，在南海尚属首次。为克服南海台风极端工况条件，需要解决平台在位稳性、平台长距离运输、平台与海管和井口连接抗疲劳等诸多问题。

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水下油气田卫星井回接方案及关键影响因素研究

孟尧, 魏娟

2024 (1): 159-163.

摘要 ( 37 )

PDF(2127KB) ( 28 )

随着海洋油气资源的勘探开发以及水下生产系统开发技术日渐成熟，中国海洋石油集团有限公司正在推动新发现的油气资源及边际油气田的合理开发。开发方案技术可行、项目经济效益最优是判断项目能否实施的重要指标。对于新发现油气田的开发，采用卫星井回接方案通常能够有效节省开发成本。本文从系统性方案设计的角度，对水下卫星井回接的可能情景以及影响可行性的关键因素进行研究，并提出了相应解决方案和建议，以期为未来海上油气田回接方案设计提供借鉴和参考。

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