滑移裝船穩(wěn)性控制模型的建立

王煦偉

滑移裝船穩(wěn)性控制模型的建立

王煦偉

（天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津市 300131）

通過(guò)裝船過(guò)程駁船受力、船舶穩(wěn)性原理分析，建立自動(dòng)調(diào)載控制中調(diào)載水量計(jì)算的穩(wěn)性控制模型，完善了調(diào)載水量的計(jì)算。

大型結(jié)構(gòu)物；穩(wěn)性

隨著海洋石油勘探開(kāi)發(fā)事業(yè)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)海域逐步由淺海向深海延伸，導(dǎo)管架、平臺(tái)組塊等建造規(guī)模也朝著高、大、重的方面發(fā)展［1］。深水導(dǎo)管架的出現(xiàn)給裝船與安裝作業(yè)提出了新的課題。結(jié)構(gòu)物拖拉滑移裝船法應(yīng)運(yùn)而生。大型結(jié)構(gòu)物滑移裝船技術(shù)是利用絞車(chē)系統(tǒng)將大型結(jié)構(gòu)物平穩(wěn)的牽引到駁船上。

大型結(jié)構(gòu)物拖拉上船后，通過(guò)調(diào)載水量的計(jì)算，調(diào)整相應(yīng)壓載艙內(nèi)的壓載水量，來(lái)達(dá)到調(diào)整駁船姿態(tài)的目的。通過(guò)建立穩(wěn)性控制模型可以有效地對(duì)壓載水進(jìn)行調(diào)撥，以調(diào)整駁船的橫傾、縱傾及首尾吃水等。

選擇壓載水艙和確定水位高度的過(guò)程模型如下：

一、確定結(jié)構(gòu)物參數(shù)。根據(jù)滑靴的不同運(yùn)用不同的Ansys分析模型，確定結(jié)構(gòu)物對(duì)船的負(fù)載情況，主要是壓力和壓力的等效作用位置。根據(jù)結(jié)構(gòu)物的外形和重量分布數(shù)據(jù)，得到結(jié)構(gòu)物滑移上船的部分對(duì)船的壓力情況，以及使船發(fā)生橫傾縱傾的情況等。

二、確定等效調(diào)節(jié)位置。運(yùn)用等效質(zhì)量的方法，得到等效的力作用點(diǎn)A，根據(jù)船自身漂心位置和力矩平衡的原理，確定壓載水調(diào)節(jié)的等效位置B，如圖所示：

圖1

三、確定壓載水總量。因?yàn)榱仄胶庥袃蓚€(gè)作用點(diǎn)即A，B兩點(diǎn)，在A點(diǎn)處減少壓載水艙的水，在B點(diǎn)處增加壓載水艙的水量即可得到使船回到正浮狀態(tài)的平衡條件，所以在A，B兩點(diǎn)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)的壓載水量是結(jié)構(gòu)物等效重量的一半。

四、確定壓載水艙的使用分布情況。當(dāng)理想狀態(tài)時(shí)，根據(jù)壓載水的總量，取一個(gè)矩形底邊，使重心的x，y坐標(biāo)位于矩形的中心，即可得到一個(gè)相應(yīng)的高度，這樣得到一個(gè)整體的長(zhǎng)方體體積即可以保證壓載水的重心位置對(duì)應(yīng)的z坐標(biāo)最低，從而保證船的穩(wěn)性要求。但實(shí)際情況下，壓載水艙是彼此獨(dú)立的，并非連續(xù)的整體，而且駁船的外形也約束了矩形底邊的選取，因而各壓載水艙的選擇以及水位高度情況需要進(jìn)行近似計(jì)算。

五、近似計(jì)算過(guò)程。選用船舶排水量計(jì)算的常用方法，使用楔形水塊進(jìn)行計(jì)算。因?yàn)槊總€(gè)水艙都是獨(dú)立的而且每個(gè)水艙的重心位置是確定的。因?yàn)樾ㄐ嗡畨K的α角較小所以水量使用截面積相等來(lái)近似計(jì)算體積。各壓載水艙的水量根據(jù)其底面面積進(jìn)行分配，從而使實(shí)際的效果盡量近似理想的楔形水塊。

圖2

六、楔形水塊底邊的確定。根據(jù)初穩(wěn)性高的約束，AJ需要盡可能的長(zhǎng)。同時(shí)AJ受船自身尺寸的限制，所以AJ長(zhǎng)度需要保證AJ關(guān)于OO′對(duì)稱(chēng)，且能取到的最大長(zhǎng)度。

計(jì)算實(shí)例：

圖3

由結(jié)構(gòu)物的等效作用點(diǎn)確定壓載水的等效作用點(diǎn)為M，結(jié)構(gòu)物上船的重量為p

根據(jù)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行圖標(biāo)分析如下：圖4是有穩(wěn)性和無(wú)穩(wěn)性控制是橫傾角的數(shù)據(jù)，圖5是有穩(wěn)性和無(wú)穩(wěn)性控制的縱傾角的數(shù)據(jù)，圖6是有穩(wěn)性和無(wú)穩(wěn)性控制的艏艉高度差的數(shù)據(jù)對(duì)比，圖7是有穩(wěn)性和無(wú)穩(wěn)性控制的碼頭與駁船最大高度的數(shù)據(jù)對(duì)比。

圖4 橫傾角

可以看到有穩(wěn)性控制使船的橫傾角一直處于比較小的范圍內(nèi)，不采用穩(wěn)性控制使控制質(zhì)量明顯較低。

圖5 縱傾角

駁船體積比較龐大，縱向長(zhǎng)度較大，所以縱傾角的變化不明顯，圖中可以看到，兩種控制方式都能把縱傾角控制在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，但相對(duì)而言，采用穩(wěn)性控制的數(shù)據(jù)更加的平穩(wěn)。

無(wú)穩(wěn)性控制時(shí)，船的艏艉高度差比較大，而且有較大的波動(dòng)，這對(duì)于結(jié)構(gòu)物的滑移上船很不利，而且對(duì)船本身的穩(wěn)定要求也很不利。

圖中能夠看到，雖然碼頭與駁船的最大高度差短時(shí)有穩(wěn)性控制的數(shù)值比無(wú)穩(wěn)性控制的要大，這是由于穩(wěn)性控制是從整體的排放水考慮的，而且在這個(gè)工程中高度差很平緩的變化，有利于結(jié)構(gòu)物的滑移裝船，相比無(wú)穩(wěn)性控制，高度的波動(dòng)很頻繁，增加了結(jié)構(gòu)物拖拉的難度。從最終狀態(tài)可以看到，由于穩(wěn)性控制從總體考慮，在最后階段，有穩(wěn)性控制的碼頭與駁船的高度差小于了無(wú)穩(wěn)性控制的方案。

圖6 艏艉高度差

圖7 碼頭與駁船最大高度差

［1］梅孝恒，周延?xùn)|，樊之夏．帶有間斷不對(duì)稱(chēng)式滑靴的大型結(jié)構(gòu)物拖拉滑移裝船技術(shù)［J］．中國(guó)海上油氣（工程），1997，（09）．

［2］王云煌．小傾角船舶穩(wěn)性［J］．世界海運(yùn)，1995，（06）．

［3］朱開(kāi)源．淺談幾艘船舶的壓載水系統(tǒng)［J］．船舶，2003，（01）．

［4］趙成壁，鄒早建．船舶穩(wěn)性計(jì)算程序 ESTAB［J］．武漢造船，2001，（02）．

On Slip Ship ment Stability Control Model

WANG Xu－wei

（Tianjin Electromechanical Technology College，Tianjin 300131 China）

The thesis analyzes the barge loading force and the ship stability principles and sets up a stability control model of adjustable load water calculation under automatically adjustable load control．As a result，the adjustable load water calculation is f ulfilled．

large－scale str uctures；stability

U674

A

1673－582X（2012）02－0054－04

2011－09－27

王煦偉（1980－），女，天津市人，天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，從事機(jī)電一體化研究。