随着我国油气钻采向深水领域的进一步发展,对深水油田生产装备与技术的需求越来越高。然而我国深水开发设备的配套研究才刚刚起步,与国外存在较大差距这已成为制约我国走向深海,发展海洋强国的因素之一。本课题来源于工业和信息化海洋工程装备科研项目——张力腿平台关键连接结构技术研究——顶部张紧器关键技术及应用研究。项目研究旨在缩短国内张紧器技术差距,为深水油田生产装备张力腿平台(Tension Leg Platform,简称TLP)的自主研发作技术储备。本论文综述了国内外立管张紧器发展现状,总结了不同形式张紧器性能特点与作业能力,并对张力腿平台的特点及立管系统进行了简要概述。论文首先研究了 TLP平台立管直动式张紧器的总体设计方案,根据直动式张紧器的作业特点指出了设计张紧器系统时关键要素,由功能要求确定直动式张紧器结构设计,液气压张紧原理以及结构布局方案,并对工作原理进行详细的分析。基于立管的管柱力学和弹性力学原理,并结合立管在海水中内、外压作用下的受力分析,得出了 TLP平台立管顶张力的计算方法,并根据计算出的顶张力的大小以及张紧器的结构特点,对张紧液压缸进行了单独设计,根据直动式张紧器工作特点对张紧环、对中装置、连接件以及防反冲控制进行了设计。本文完成了立管直动式张紧器的运动学与动力学分析。首先通过SESAM软件对TLP平台进行了建模仿真,得出了 TLP平台在实际海域中的运动响应。根据运动响应对张紧器进行了逆运动学与动力学分析,得到了直动式张紧器的位置反解,速度反解和加速度反解。利用ADAMS仿真得出了 6个液压缸长度、伸缩速率、伸缩加速率以及张紧力随时间变化的关系。通过对直动式张紧器的液气压系统建立数学模型,得到了直动式张紧器张紧力以及刚度的表达式。由AMESim软件选择了合适的子模型对直动式张紧器液气压系统进行了仿真分析。仿真结果与数学模型得到的结果相似,整体张紧器类似一个气体弹簧,适当改变系统参数可以提高张紧器的张紧稳定性。该分析为以后直动式张紧器优化设计和液压控制系统设计提供数据参考和指导。