案例分享 | 海上风能行业中的安全作业
背景
丹麦的Anholt海上风电场目前正在建设中，位于卡特加特，在 Djursland 和 Anholt 岛之间。项目最初委托给DONG Energy，估计总投入为 100 亿丹麦克朗。
2011 年 3 月，DONG Energy 将 Anholt 海上风电场 50% 的股份出售给 PensionDanmark 和 PKA，他们分别持有 30% 和 20% 的股份。风电场预计在 2012 年至 2013 年之间完工，容量将达到400 兆瓦，提供的电力足以满足丹麦约 4% 的总用电量。因此，它将成为丹麦最大的海上风电场。
风电场建设的挑战
方法
方法
首先，将由CAD软件创建的3D模型，包含 HLV SVANEN安装船、钻机及起重机起重零件（吊具、起重机构、固定机构），导入到 Adams。接着，为 3D 模型的各个部分添加密度和其他材料属性。所有运动零件都通过移动副、旋转副、球副和圆柱副连接在一起，尽可能还原真实的系统特性。
多体动力学分析提供更精确的模型
通过动态分析评估钻机的最大位移，以及满足客户所要求的和安全海上作业所需的最小绞车拉力。完整的 3D 动态模型如图 1-3 所示。
图1: Adams3D动态模型
图 2: Adams3D动态模型
图3: Adams3D动态模型
Adams 软件通过模拟现实世界中复杂的信息，包括刚体、柔性体、弹簧、阻尼器、运动副和其它机构部件，帮助我们理解运动及受力。Adams不对仿真的内容设置任何限制，并且可以快速地组装复杂模型。”
—— MircoZoia, NavelArchitect&OffshoreEng.
KnudE. HansenA/S
海事规定和安全系数
例如，α系数为0.85 表示对于设计的波浪高Hsd=1.00m，允许的最大操作海浪波高应为Hso=1.00*0.85=0.85m。
最大允许位移和缆绳张力
• 为防止损坏固定的物品和绞车，固定缆绳上的张力不得超过绞车和绳索的最大制动力 (MBP)。
• 为了防止部件之间发生碰撞并且保证安全地进行海上作业，在钻机和 HLV SVANEN 的结构/甲板上的物品之间要保证足够的间隙。
作业情况
1. 钻机在风浪中运到基座桩的安装现场。
• JONSWAP频谱
• 有效波浪高Hs=1.18m
(最大允许操作波浪高Hso=Hs*α=1.00m，α=0.85)
• 波浪期5s<Ts<7s
• 水深15m至28m
• 航向0,45,90度.
• 风速15m/s
2. 钻机在庇护区，只有强风作用。
• 风速63m/s
• 航向0,45,90度.
• 在这种情况下没有考虑 HLV SVANEN安装船的波浪运动，因为 HLV SVANEN 将处于庇护区并只暴露在强风中。
风浪中航向90°运输钻机的结果分析
(最糟糕的作业条件)
90 度航向时，DrillExtension和钻机底部孔组件 (BHA DR) 之间的最大角度，（最糟糕的作业条件）如图 4 所示。角度的定义如图 5 所示。
图 4: Drill Extension 和 BHA DR之间的最大角度随时间变化的图
图 5: DrillExtension和BHADR之间角度
图 6: 绞车缆绳张力随时间变化图
图 7: 固定点缆绳的张力随时间变化的图
图 8: 固定缆绳的名称和位置
最坏运行情况（航向 90 度时）的结果表明，在运输过程中，浪高Hso=1.0m，并且暴露在速度为 15m/s 的风中时，HLV SVANEN 安装船上的钻机紧固装置足以安全地进行所需的海上作业：
• 固定缆绳上的张力不超过绞车的最大制动力 (BP)。
• 不同部件之间没有碰撞，并且在钻机和 HLVSVANEN 的结构/甲板上的物品之间有足够的间隙，能够保证海上安全作业。
• Drill Extension 和钻机BHA之间的角度不超过最大允许值。
• 表1显示了使钻机保持在位置上，满足最大允许的DR Extension-BHA角度，所需要的的绞车的预紧力。
表 1：90°航向时的结果
