【摘 要】
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随着全球对能源需求增加,海洋油气资源的开采逐渐由浅水向深海转移,海上风电场的建设也由近海向深海不断扩张。适用于深水工程的浮式结构一般采用锚来固定,在众多锚固基础中,
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随着全球对能源需求增加,海洋油气资源的开采逐渐由浅水向深海转移,海上风电场的建设也由近海向深海不断扩张。适用于深水工程的浮式结构一般采用锚来固定,在众多锚固基础中,依靠自身重量采用自由落体式安装的动力安装锚越来越受到工业界的青睐。目前研究较多的动力锚有鱼雷锚、深贯锚及多向受荷锚。本文研究的新型轻质动力锚在设计中弥补了上述三种动力锚的缺点,经研究表明,新型锚具有沉贯深度大、承载效率高的优点并且具有下潜性能。新型轻质动力锚的研究为我国海洋工程锚固系统的发展提供了技术支持。新型轻质动力锚在水中下落阶段的水动力学特性是控制动力锚成功安装、发挥新型轻质动力锚沉贯深度、承载效率等优势的关键,因此对水动力学特性的研究是十分必要的。本文采用模型试验模拟动力锚在水中自由下落的安装过程,对新型轻质动力锚的水动力学特性进行了以下几个方面的研究:(1)探究了新型轻质动力锚的终端速度和拖曳阻力系数。为减小阻力系数,对锚的几何形式进行了优化,并对比研究了优化后锚的终端速度及拖曳阻力系数的变化,确定了更优的新型轻质动力锚拓扑形式。(2)探究组合锚(新型轻质动力锚+助推器)在水中自由下落时的方向稳定性,研究了不同尾翼对组合锚水动力学特性影响的规律,获得对组合锚方向稳定性改善效果最佳的尾翼形式。(3)对动力锚在实际工程应用中受系泊缆影响情况进行试验模拟,通过在锚柄的相反方向增加附加尾翼的方法提高了组合锚的方向稳定性,并介绍了可以控制组合锚下落偏角的控制系统。(4)经过对新型轻质动力锚下落时偏转方向的分析,本文对锚柄形式进行了优化,提出了可折叠形式的锚柄设计,进一步优化了组合锚的水动力学特性。
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