深水浮式平台集成监测技术研究

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海洋平台是海上油气开发的主要装备,但是目前我国的深海工程技术距发达国家还有很大的差距。深海开发的难度主要在于深水区域自然环境复杂,对应的灾害机理及过程中的各环境要素的模拟不能准确认知,从而对平台结构、系泊立管等柔性结构的非线性运动响应过程以及导致的损伤破坏无法把握,稍有不慎就会造成重大的安全事故。结构监测技术是通过在原型结构的关键部位安装传感器来测量结构的受力状态和响应,根据监测的数据,分析结构的安全性,保证结构的服役安全。另一方面,结构监测技术还可以用于检验我国今后自主设计的深水浮式平台结构的合理性,改进其设计理论和方法,促进在深水结构物设计方面的技术。本文的主要工作面向深水浮式平台结构的监测技术,研究主要内容如下:通过对4类深水浮式平台的调研,总结了深水浮式平台的主要损伤结构和主要荷载;进而对浮式平台结构监测系统的做了设计,设计包括传感器子系统、数据采集与传输子系统和数据处理与控制子系统,在数据采集与传输子系统中设计了智能数据采集器用于对数据格式的统一处理并对数据进行备份;着重对海洋浮式平台监测中的测试技术进行了研究,测试技术研究包括对常用测试技术的研究与总结、对GPS和惯导等现代测试技术在海洋平台监测新领域中的应用进行了研究,并自行设计和研制了用于系泊系统姿态测量和立管振动测量的海洋专用自容式传感器;最后对监测软件的设计以南海流花平台为例,说明结构监测系统的监测内容、测点布置、集成方案和软件系统的构成功能并将整套监测系统在流花平台上进行了应用并得到了检验。
摘要第1-5页
Abstract第5-8页
1 绪论第8-12页
   ·课题研究背景第8-9页
   ·海洋平台监测的现状及发展第9-10页
   ·研究的目的及意义第10-11页
   ·本文主要工作第11-12页
2 深水浮式平台结构分析第12-20页
   ·四类浮式平台结构特点第12-17页
     ·TLP平台结构特点第12-13页
     ·Spar平台结构特点第13-14页
     ·SEMI平台结构特点第14-16页
     ·FPSO平台结构特点第16-17页
   ·深水浮式平台主要荷载分析第17页
   ·深水浮式平台及其附属结构的主要损伤部位及原因分析第17-20页
     ·系泊系统结构及主要问题第17-18页
     ·立管结构及主要问题第18-20页
3 浮式平台结构监测系统的设计第20-27页
   ·监测系统的构成与设计原则第20-21页
   ·监测系统的功能分析第21页
   ·深水浮式平台监测内容的选择第21-22页
   ·数据采集与传输系统设计第22-24页
   ·数据处理与控制系统设计第24-27页
     ·数据处理与控制的功能第24-25页
     ·数据处理的主要内容第25-27页
4 深海浮式平台监测中的测试技术第27-49页
   ·深水浮式平台常用传感器测试技术第27-31页
     ·传感器系统布点原则第27-28页
     ·传感器系统选用原则第28页
     ·海洋环境测量第28-29页
     ·浮式平台浮体监测技术第29-31页
   ·GPS技术在海洋平台浮体位移监测中的应用第31-36页
     ·GPS技术基本原理第31-33页
     ·GPS RTK和RTG技术在海洋平台监测中的应用第33-34页
     ·GPS RTG在海洋平台监测中的应用第34-35页
     ·GPS天线安装要求第35页
     ·数据的传输与处理第35-36页
   ·组合式GPS/INS惯性导航系统在海洋平台六个自由度监测中的应用第36-40页
     ·INS/GPS基本原理第37-38页
     ·GPS/INS组合系统在深水浮式平台六个自由度监测中的应用第38-40页
   ·自容式传感器在海洋平台结构安全监测中的应用第40-49页
     ·水下传感器的现状第40页
     ·自容式传感器的原理及应用第40-41页
     ·自容式传感器的要点设计第41-42页
     ·自容式倾角传感器和自容式加速度传感器的研制第42-44页
     ·实验室实验和南海现场测试第44-49页
5 监测系统软件设计和开发第49-66页
   ·流花浮式平台监测系统设计和传感器布设第49-53页
     ·流花平台测点位置第50-51页
     ·监测站的分布第51-53页
   ·监测系统的软件设计第53-59页
     ·监测系统需求分析第53-54页
     ·监测系统的软件设计和开发第54-59页
   ·流花平台现场监测结果第59-66页
结论第66-70页
 参考文献第67-70页
攻读硕士学位期间发表学术论文情况第70-71页
致谢第71-72页
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