施 凱，孟 成，黃津津，忻建華

（1.上海交通大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，上海200240；2.中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司第708研究所，上海200001）

0 引 言

本文介紹LNG船液貨裝卸系統(tǒng)組態(tài)化的設(shè)計(jì)方法和軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程。軟件采用Visual C＋＋6.0和MS SQL Sserver為開(kāi)發(fā)工具，在Windows平臺(tái)上完成［1］，船液貨裝卸系統(tǒng)組態(tài)化的設(shè)計(jì)方法和軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程，以Visual C＋＋6.0作為開(kāi)發(fā)工具。軟件能夠根據(jù)用戶需求，以組態(tài)方式建立液貨裝卸系統(tǒng)模型以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，擁有簡(jiǎn)潔清晰的用戶界面，方便設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)人員使用，能夠?yàn)長(zhǎng)NG船液貨裝卸系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供有效手段，為進(jìn)一步實(shí)施液貨裝卸過(guò)程仿真、分析裝卸過(guò)程的合理性、實(shí)現(xiàn)廠所協(xié)同設(shè)計(jì)創(chuàng)造了技術(shù)條件。

1 液貨裝卸系統(tǒng)簡(jiǎn)介

LNG船液貨裝卸作業(yè)是通過(guò)船內(nèi)液貨泵將LNG從船載液貨艙傳輸至外圍LNG接收站。由于LNG屬于低溫易燃介質(zhì)，同時(shí)LNG船在接收站的?？繒r(shí)間有限制，所以LNG在液貨裝卸系統(tǒng)管路中的傳輸速度需控制在一定范圍，通常在4m／s～6m／s之內(nèi)，這對(duì)裝卸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了極高的要求。常用的LNG船液貨裝卸系統(tǒng)由卸貨泵、液貨艙、管道、閥門(mén)及加熱器和控制系統(tǒng)等輔助設(shè)備構(gòu)成。這一安全要求和時(shí)間控制極嚴(yán)的流程由液貨裝卸系統(tǒng)保障完成。LNG船液貨裝卸組態(tài)設(shè)計(jì)軟件就是采用圖形方式，通過(guò)調(diào)用預(yù)先儲(chǔ)存在部件庫(kù)中的卸貨泵、閥門(mén)、管道和接頭等部件構(gòu)建成一個(gè)完整的裝卸系統(tǒng)［2］，如圖1所示，并自動(dòng)形成計(jì)算程序，對(duì)整個(gè)液貨裝卸系統(tǒng)進(jìn)仿真計(jì)算，可以得到LNG船各個(gè)液貨艙的液貨高度、裝卸時(shí)間和各個(gè)主要管路節(jié)點(diǎn)的液體參數(shù) （如壓力、流量等）。如果仿真表明初始設(shè)計(jì)的液貨裝卸系統(tǒng)不滿足設(shè)計(jì)要求，則可以通過(guò)修改圖形、選擇不同的液貨泵等方式，重新形成新的裝卸系統(tǒng)，進(jìn)行計(jì)算，直到滿足要求。

圖1 裝卸系統(tǒng)

2 組態(tài)設(shè)計(jì)軟件的基本構(gòu)成

LNG船液貨裝卸系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建了圖形界面、數(shù)據(jù)庫(kù)和仿真計(jì)算三大功能模塊以滿足液貨裝卸系統(tǒng)模型組態(tài)搭建和裝卸過(guò)程分析的要求。圖形界面模塊負(fù)責(zé)軟件功能界面形成和液貨裝卸系統(tǒng)模型圖搭建。數(shù)據(jù)庫(kù)模塊負(fù)責(zé)液貨裝卸系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)管理和模型數(shù)據(jù)記錄。仿真計(jì)算模塊對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行裝卸過(guò)程計(jì)算，得到系統(tǒng)模型各個(gè)裝卸時(shí)間點(diǎn)的參數(shù)情況。設(shè)計(jì)完成的LNG船液貨裝卸組態(tài)系統(tǒng)模型的基本組成為圖形單元［3］，圖形單元由圖像和數(shù)據(jù)兩部分構(gòu)成，圖像由圖形界面模塊繪制而成，數(shù)據(jù)則通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊從系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取。組態(tài)設(shè)計(jì)軟件開(kāi)發(fā)了種類(lèi)齊全的圖形單元，分別代表不同的系統(tǒng)設(shè)備，并配置具有詳盡設(shè)備信息的數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)圖形組合對(duì)實(shí)際裝卸系統(tǒng)進(jìn)行抽象，建立部件之間的聯(lián)系，形成簡(jiǎn)潔直觀的點(diǎn)線圖式系統(tǒng)模型，內(nèi)部根據(jù)圖像關(guān)系形成模型數(shù)據(jù)信息，完成配有圖像外觀和數(shù)據(jù)信息雙層結(jié)構(gòu)的組態(tài)系統(tǒng)搭建。直接調(diào)用仿真計(jì)算模塊，根據(jù)模型數(shù)據(jù)信息，即可得到系統(tǒng)模型裝卸過(guò)程的各參數(shù)情況。

2.1 圖形界面設(shè)計(jì)

VC＋＋6.0擁有強(qiáng)大的 Windows應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)功能，利用其資源編輯器和MFC庫(kù)，可以方便快速的生成用戶界面程序，在此基礎(chǔ)上修改界面程序，增添各項(xiàng)模型設(shè)計(jì)功能，完成軟件界面的構(gòu)造。模型設(shè)計(jì)界面如圖2所示。界面上部首欄為菜單欄，包含整個(gè)軟件的功能選項(xiàng)。次欄為工具欄，安放系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)時(shí)需要的工具快鍵按鈕。左側(cè)是系統(tǒng)信息欄，添加入管網(wǎng)的信息能在該欄中顯示和修改。系統(tǒng)信息欄上部為點(diǎn)信息框，顯示輸送管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)位置、類(lèi)型和壓頭等信息，其次為管信息框，顯示管網(wǎng)內(nèi)管道型號(hào)、管上附件和所連接液貨泵的信息，最后是液貨艙信息框，顯示系統(tǒng)液貨艙的情況。

圖2 組態(tài)設(shè)計(jì)界面

系統(tǒng)模型圖采用簡(jiǎn)單的點(diǎn)線式圖形結(jié)構(gòu)，以節(jié)點(diǎn)作為模型構(gòu)造基礎(chǔ)，直線表示裝卸系統(tǒng)管路，撐起模型整體框架［4］。若采用簡(jiǎn)單的圖元建立方式，則非常繁瑣。通過(guò)觀察部件模型外觀和生成方法，發(fā)現(xiàn)大部分圖元都有共性，如液貨艙和管路都需要兩個(gè)節(jié)點(diǎn)確定位置，液貨泵和附件等都添加在管路直線上，所有圖形的縮放和平移都是通過(guò)坐標(biāo)位置的改變實(shí)現(xiàn)。采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)理念進(jìn)行操作非常適合系統(tǒng)部件的共性，通過(guò)類(lèi)的繼承性質(zhì)和虛函數(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)基類(lèi)，以其為基礎(chǔ)引出幾個(gè)大類(lèi)，再用大類(lèi)派生出具體的圖元。該軟件中設(shè)計(jì)的基類(lèi)CDraw定義如下：

class CDraw：public CObject／／繼承來(lái)自基本對(duì)象CObject

如果看新聞，你會(huì)以為國(guó)資委權(quán)力很大。從央企退出房地產(chǎn)領(lǐng)域，到某央企職工薪酬過(guò)高；從利比亞撤僑，到某央企海外投資受到巨額損失，似乎只要有關(guān)央企的新聞（特別是負(fù)面新聞），就會(huì)有國(guó)資委的身影要么勒令嚴(yán)查，要么順應(yīng)輿論做出決定，要么無(wú)奈辟謠。蔣潔敏的前任李榮融，也被很多媒體塑造成“國(guó)企沙皇”的角色。在他上任前，中國(guó)央企的總資產(chǎn)是8萬(wàn)億左右，他離任時(shí)，這個(gè)數(shù)字增加到21萬(wàn)億，而現(xiàn)如今，央企的資產(chǎn)更增加到30萬(wàn)億左右。但這些只是中國(guó)80多萬(wàn)億國(guó)有資產(chǎn)的一部分而已。

｛

Public：

COLORREF m＿Color；／／顏色

int m＿Order；／／圖元序號(hào)

CString m＿Name；／／圖元名稱

……／／其他屬性

Public：／／繪制圖形函數(shù)

virtual void OnOpen（）；／／雙擊圖元性質(zhì)

virtual void Serialize（CArchive＆ar）；／／序列化

……／／其他函數(shù)略

｝

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)模塊分為數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)記憶系統(tǒng)兩部分。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)處于后臺(tái)運(yùn)行，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)和管理，系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)存放LNG船液貨裝卸系統(tǒng)各設(shè)備的特性參數(shù)，供設(shè)計(jì)液貨裝卸系統(tǒng)模型使用。數(shù)據(jù)記憶系統(tǒng)伴隨圖形界面模塊在系統(tǒng)模型搭建時(shí)自動(dòng)調(diào)用，用以存放模型部件數(shù)據(jù)，記錄模型數(shù)據(jù)間的關(guān)系，為仿真計(jì)算模塊做數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

該軟件采用SQL Server 2008建立數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為客戶端／服務(wù)器模式，訪問(wèn)模式則運(yùn)用ADO接口技術(shù)。根據(jù)LNG船液貨裝卸系統(tǒng)部件類(lèi)型，系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)分為管道數(shù)據(jù)庫(kù)、附件數(shù)據(jù)庫(kù)、液貨艙數(shù)據(jù)庫(kù)和液貨泵數(shù)據(jù)庫(kù)，各庫(kù)以數(shù)據(jù)表形式存放部件參數(shù)，庫(kù)內(nèi)設(shè)有部件型號(hào)編號(hào)，記錄部件類(lèi)型在庫(kù)中位置，數(shù)據(jù)表每行保存某一型號(hào)部件的所有參數(shù)信息，每列保存類(lèi)別參數(shù)的不同型號(hào)部件特性數(shù)據(jù)。用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，根據(jù)部件編號(hào)，程序內(nèi)部找到部件數(shù)據(jù)，賦予部件對(duì)象數(shù)據(jù)信息［5］。

數(shù)據(jù)記憶系統(tǒng)在用戶建立LNG船液貨裝卸系統(tǒng)模型時(shí)處于程序內(nèi)部執(zhí)行，采用MFC庫(kù)中的CObList類(lèi)，以列表形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)記憶系統(tǒng)根據(jù)裝卸系統(tǒng)部件類(lèi)別和安裝關(guān)系分為管路、液貨艙和液貨泵3部分記錄系統(tǒng)模型信息［6］。管路信息包括系統(tǒng)模型中的管道和添加至管道的附件，按照添加順序依次記錄至管路信息列表中，特別保存了管路的進(jìn)出口點(diǎn)號(hào)，用以實(shí)現(xiàn)管路間的連接關(guān)系。液貨艙列表記錄了各液貨艙的型號(hào)和形狀參數(shù)等數(shù)據(jù)信息，保存了與液貨艙連接的液貨入口管路編號(hào)，作為液貨艙與裝卸系統(tǒng)管網(wǎng)部分的數(shù)據(jù)聯(lián)系。液貨泵列表記錄了裝卸系統(tǒng)中提供動(dòng)力源的液貨泵的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，并保存了液貨泵添加至管路的管路編號(hào)，用以液貨泵數(shù)據(jù)與其他部件數(shù)據(jù)的匹配。數(shù)據(jù)記憶系統(tǒng)不僅記錄了LNG船液貨裝卸系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)，更重要的是建立了模型部件數(shù)據(jù)間的聯(lián)系，為裝卸系統(tǒng)的仿真計(jì)算準(zhǔn)確性提供了保證。

2.3 仿真計(jì)算模塊

仿真計(jì)算模塊通過(guò)導(dǎo)入數(shù)據(jù)記憶系統(tǒng)記錄的LNG船裝卸系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)信息，對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)模型液貨裝卸過(guò)程情況進(jìn)行計(jì)算。整個(gè)仿真計(jì)算過(guò)程通過(guò)時(shí)間離散的方式，求解各個(gè)時(shí)間狀態(tài)的管路流量情況和節(jié)點(diǎn)壓頭情況，并推算出液貨艙內(nèi)液貨容量情況，綜合全部時(shí)間狀態(tài)裝卸系統(tǒng)各數(shù)據(jù)參數(shù)，累計(jì)得到總裝卸時(shí)間。為保證整個(gè)仿真計(jì)算過(guò)程的準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)了精度較高的管網(wǎng)計(jì)算方法——有限單元法［7］。

LNG船液貨裝卸系統(tǒng)管網(wǎng)部分比較復(fù)雜，具有多回路多支路的特點(diǎn)，若采用傳統(tǒng)的環(huán)路流量法和節(jié)點(diǎn)壓力法，則實(shí)現(xiàn)程序非常復(fù)雜同時(shí)計(jì)算效率很低。為了解決這一問(wèn)題，將有限元的思想運(yùn)用于裝卸系統(tǒng)管網(wǎng)計(jì)算中，將管道和上面的附件視為管路單元，設(shè)計(jì)了以管路單元為基礎(chǔ)的有限單元法。該方法通過(guò)建立以管路流量和進(jìn)出口節(jié)點(diǎn)壓頭為變量的管路單元方程組，采用迭代和節(jié)點(diǎn)壓頭逼近的方式求解方程組，獲得裝卸系統(tǒng)管網(wǎng)在任意時(shí)間的完整數(shù)據(jù)，同時(shí)經(jīng)過(guò)設(shè)置合適的收斂和逼近條件，提高求解速度。

3 液貨裝卸系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)

LNG船液貨裝卸系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)軟件建立的裝卸系統(tǒng)模型不僅要有清晰的圖形顯示還要包含詳盡的系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)仿真計(jì)算提供基礎(chǔ)，圖形與數(shù)據(jù)的結(jié)合也是該軟件與CAD等模型設(shè)計(jì)軟件的主要區(qū)別。軟件的設(shè)計(jì)采用組態(tài)軟件的理念，設(shè)計(jì)了類(lèi)、對(duì)象和列表三層數(shù)據(jù)形式的組態(tài)結(jié)構(gòu)。軟件內(nèi)部應(yīng)用VC＋＋類(lèi)與對(duì)象的概念，以MFC中的CObject為父類(lèi)，構(gòu)建了CPipeobject管路設(shè)備基類(lèi)，再定義了裝卸系統(tǒng)各部件子類(lèi)，部件類(lèi)中包含了不同部件的各項(xiàng)參數(shù)和相關(guān)函數(shù)。在裝卸系統(tǒng)模型建立的過(guò)程中，根據(jù)裝卸系統(tǒng)部件名，在設(shè)計(jì)界面工具欄中創(chuàng)建了多個(gè)控件按鈕，點(diǎn)擊按鈕時(shí)，軟件內(nèi)部依據(jù)對(duì)應(yīng)的部件類(lèi)生成部件對(duì)象［8］，外部界面則彈出部件參數(shù)選擇界面，該界面通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)連接系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶選擇相應(yīng)的部件參數(shù)，給部件對(duì)象賦值，如此完成一個(gè)擁有完整部件信息的模型控件的創(chuàng)建，添加入裝卸系統(tǒng)模型圖。同時(shí)處于程序內(nèi)部的數(shù)據(jù)記憶系統(tǒng)根據(jù)部件類(lèi)型，將添加入模型的部件數(shù)據(jù)信息記錄至部件列表中。模型建立完成后，界面上顯示的是圖形化的液貨裝卸系統(tǒng)模型，軟件內(nèi)部保存的則是模型數(shù)據(jù)列表，如此完成圖形與數(shù)據(jù)的聯(lián)系。裝卸系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.1 管 路

管道和附件構(gòu)成了液貨裝卸系統(tǒng)的管網(wǎng)部分，管網(wǎng)作為聯(lián)系液貨艙與外部傳輸設(shè)備的紐帶，是LNG液貨裝卸系統(tǒng)的核心部分。LNG液貨裝卸系統(tǒng)中的輸送管道一般使用不銹鋼管，附件則包括閥門(mén)、彎管、三通接頭、濾器等。軟件中分別建立了管道類(lèi)和附件類(lèi)，規(guī)定了管道和附件的各項(xiàng)參數(shù)結(jié)構(gòu)。實(shí)際裝卸系統(tǒng)中，附件都安裝在管道上或是管道之間接口處，軟件中，將管道和附件視為整體，組合成管路。管路類(lèi)結(jié)合了管道類(lèi)和附件類(lèi)的信息，增加了影響裝卸系統(tǒng)阻力情況的管路阻力參數(shù)并建立其計(jì)算函數(shù)。點(diǎn)擊管道和附件控件，從管道和附件數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇需要的型號(hào)，就能在裝卸系統(tǒng)模型中加入管路圖形。

圖3 系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)

（1）管路數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：管道類(lèi)CPipe和附件類(lèi)CFitting中參數(shù)類(lèi)型定義相同，有字符串型的編號(hào)和型號(hào)參數(shù)及浮點(diǎn)數(shù)型的特性參數(shù)組成，管道特性參數(shù)包括管長(zhǎng)m＿Length、管徑m＿Diameter和表面粗糙度m＿Roughness等，附件特性參數(shù)包括尺寸m＿M(jìn)etric和局部阻力系數(shù)m＿Epsi等。結(jié)合二者信息后的管路類(lèi)CTPipe，沿用了管道的部分特性參數(shù)如管長(zhǎng)、管徑等，同時(shí)結(jié)合管道表面粗糙度和附件局部阻力系數(shù)，定義了浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)管路阻力系數(shù)m＿TS，并建立了管路阻力計(jì)算函數(shù)CalculateTotalS計(jì)算固定管路流量時(shí)管路阻力的大小。該函數(shù)首先判斷流體在管路中的流動(dòng)方式 （層流或是紊流），按照流動(dòng)方式求出管路沿程阻力系數(shù)，結(jié)合管路附件的局部阻力系數(shù)，得到管路總阻力系數(shù)，最后計(jì)算管路阻力的大小。管路對(duì)象映射管路類(lèi)，根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)信息生成，它包含了管路類(lèi)的所有數(shù)據(jù)和函數(shù)關(guān)系。管路添加入系統(tǒng)模型后，管路對(duì)象信息存入以管路編號(hào)為標(biāo)識(shí)的管路列表。

（2）管路圖形構(gòu)造：管路是裝卸系統(tǒng)模型的 “骨架”，聯(lián)系裝卸系統(tǒng)的所有部件。軟件內(nèi)部通過(guò)編號(hào)的方式將管路與管路、管路與液貨泵、管路與液貨艙聯(lián)系起來(lái)［9］。外部界面上，管路圖形設(shè)計(jì)為液貨泵圖形的載體，同時(shí)也作為液貨艙圖形的連接線。管路圖形以直線的樣式顯示，必須畫(huà)在兩節(jié)點(diǎn)之間，根據(jù)畫(huà)線方向定義管路方向，在直線作箭頭標(biāo)識(shí)，程序內(nèi)部默認(rèn)該方向?yàn)榱黧w在管路內(nèi)流動(dòng)方向，管路圖形如模型設(shè)計(jì)界面圖2中模型直線所示。

3.2 液貨艙

現(xiàn)有的比較成熟的液貨艙類(lèi)型主要有球型和薄膜型［10］。液貨艙是裝卸系統(tǒng)的源頭，艙內(nèi)液貨高度和壓力對(duì)輸送過(guò)程的影響很大，尤其是裝卸過(guò)程中，液貨高度的變化對(duì)整個(gè)裝卸系統(tǒng)流量、壓頭等參數(shù)的變化起關(guān)鍵作用，因此液貨艙類(lèi)中除了艙的型號(hào)、形狀參數(shù)外，還需艙體積高度的變化關(guān)系。添加液貨艙模型部件時(shí)，軟件調(diào)用液貨艙類(lèi)，用戶在液貨艙數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇液貨艙型號(hào)，在參數(shù)設(shè)定界面輸入液貨艙形狀數(shù)據(jù)，就能在裝卸系統(tǒng)模型中加入液貨艙圖形。

（1）液貨艙數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：液貨艙類(lèi)CTank包含了液貨艙的編號(hào)、類(lèi)型參數(shù)、形狀參數(shù)和高度體積函數(shù)。類(lèi)型參數(shù)m＿strType以字符串形式定義，形狀參數(shù)全部定義在浮點(diǎn)型數(shù)組m＿fPara中，編寫(xiě)高度體積函數(shù)V＿H＿function求解固定液貨高度時(shí)的液貨體積情況和固定液貨體積時(shí)的液貨高度情況，不同類(lèi)型液貨艙高度體積的對(duì)應(yīng)關(guān)系不同，因此在CTank類(lèi)中，根據(jù)軟件數(shù)據(jù)庫(kù)自帶的艙類(lèi)型，建立了各類(lèi)型的高度體積函數(shù)。需要生成液貨艙對(duì)象時(shí)，在液貨艙數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇液貨艙型號(hào)，軟件內(nèi)部根據(jù)m＿str－Type，分配m＿fPara數(shù)組容量及結(jié)構(gòu)，通過(guò)條件語(yǔ)句if（m＿strType＝＝""）選擇對(duì)象的V＿H＿function，完成對(duì)象的數(shù)據(jù)信息輸入前準(zhǔn)備，之后彈出液貨艙參數(shù)設(shè)定界面。參數(shù)設(shè)置界面如圖4所示，顯示液貨艙對(duì)象信息，信息屬性與液貨艙類(lèi)一一對(duì)應(yīng)，包括艙類(lèi)型及需要輸入的形狀參數(shù)，并提供艙三視、立體圖，完善數(shù)據(jù)信息后，能夠通過(guò)連接艙V＿H＿function的查看參數(shù)按鈕觀察液貨任意高度或體積時(shí)的體積高度情況。確定添加后，將液貨艙對(duì)象加入裝卸系統(tǒng)模型，同時(shí)將液貨艙數(shù)據(jù)信息存入液貨艙列表。

圖4 液貨艙參數(shù)設(shè)置界面

（2）液貨艙圖形構(gòu)造：通常液貨艙采用雙泵裝載，液貨艙與兩根輸送管路連接。圖形界面中，液貨艙設(shè)定為必須與節(jié)點(diǎn)相連，若節(jié)點(diǎn)為某管路圖形的起始點(diǎn)，則通過(guò)編號(hào)聯(lián)系液貨艙和管路，以連接管路數(shù)確定液貨艙裝卸模式（單泵或雙泵）。添加液貨艙時(shí)，選擇液貨艙數(shù)據(jù)庫(kù)中的液貨艙型號(hào)，在參數(shù)設(shè)置界面輸入形狀參數(shù)，確定后植入數(shù)據(jù)信息，生成液貨艙對(duì)象，同時(shí)調(diào)用圖像繪制程序。液貨艙圖形如模型設(shè)計(jì)界面圖2中藍(lán)色背景矩形所示。

3.3 液貨泵

液貨泵作為液貨裝卸系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)源，是保障裝卸作業(yè)定時(shí)定量完成的重要設(shè)備［11］。液貨泵性能參數(shù)中，水力性能曲線對(duì)裝卸作業(yè)進(jìn)程影響最大，因此在液貨泵類(lèi)中，定義水力性能函數(shù)模擬揚(yáng)程與排量的變化趨勢(shì)［12］。各型號(hào)液貨泵擁有固定的性能參數(shù)，軟件液貨泵數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)先保存有常用的液貨泵數(shù)據(jù)，同時(shí)也設(shè)定了增添入口，供用戶補(bǔ)充未有型號(hào)。點(diǎn)擊液貨泵控件，從數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇型號(hào)，就能在裝卸系統(tǒng)模型中加入液貨泵圖形。

（1）液貨泵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：液貨泵類(lèi)CPump包含了液貨泵的編號(hào)、型號(hào)參數(shù)、性能參數(shù)和性能函數(shù)。編號(hào)m＿nID、型號(hào)m＿strType和性能參數(shù)參數(shù)都以字符串型定義。性能參數(shù)表征了該型號(hào)液貨泵的額定指標(biāo)，包括額定流量m ＿StdFlow、額定揚(yáng)程m＿StdHeight、額定功率m＿StdPower和汽蝕余量m＿Cavmargin等。CPump中保存了8組泵排量與揚(yáng)程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以浮點(diǎn)型數(shù)組保存為m＿Capflow ［i］和 m＿Caphight［i］，采用最小二乘法擬合的方式［13］，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)合成水力性能函數(shù)Q＿H＿function，同時(shí)為了排量與揚(yáng)程對(duì)應(yīng)的方便，轉(zhuǎn)化Q＿H＿function，再構(gòu)建了一個(gè)固定揚(yáng)程求排量的函數(shù)H＿Q＿function。軟件按照軟件中加入了液貨泵參數(shù)界面供用戶查看液貨泵性能使用，如圖5所示，界面中的數(shù)據(jù)來(lái)自液貨泵數(shù)據(jù)庫(kù)，與CPump中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一一對(duì)應(yīng)。流量揚(yáng)程曲線根據(jù)水力性能函數(shù)Q＿H＿function繪制而成。當(dāng)用戶補(bǔ)充新液貨泵到液貨泵數(shù)據(jù)庫(kù)中時(shí)，該界面中的數(shù)據(jù)由用戶手動(dòng)輸入。液貨泵添加入系統(tǒng)模型后，液貨艙數(shù)據(jù)信息存入液貨泵列表。

（2）液貨泵圖形構(gòu)造：實(shí)際裝卸系統(tǒng)中，液貨泵安裝在液貨艙底部，與輸送管路連接。在軟件圖形界面中，液貨泵設(shè)定為必須添加在管路圖形上，液貨泵信息與所加管路信息通過(guò)二者編號(hào)聯(lián)系。添加液貨泵時(shí)，軟件根據(jù)所選液貨泵型號(hào)，植入數(shù)據(jù)信息，生成液貨泵對(duì)象，同時(shí)調(diào)用圖像繪制程序［14］。液貨泵圖形在模型設(shè)計(jì)界面圖2中，為內(nèi)部帶有方向箭頭的紅色圓圈，箭頭方向同添加管路的方向一致。

圖5 液貨泵參數(shù)界面

4 實(shí)例分析

圖1為常見(jiàn)的LNG船雙泵五艙液貨卸載系統(tǒng)，卸貨泵的額定揚(yáng)程均為140m，額定排量為1500m3／h，通過(guò)該組態(tài)設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建系統(tǒng)模型如圖6所示，各液貨艙容量如表1所示。通過(guò)仿真計(jì)算求得各時(shí)間狀態(tài)點(diǎn)的系統(tǒng)情況，表2顯示了液貨裝卸過(guò)程中2小時(shí)、5小時(shí)和14小時(shí)狀態(tài)系統(tǒng)管網(wǎng)流量情況，圖7是各艙內(nèi)液貨高度變化圖，該系統(tǒng)卸貨總時(shí)間為16小時(shí)10分。仿真計(jì)算得到數(shù)據(jù)與實(shí)際系統(tǒng)裝卸過(guò)程情況相符，通過(guò)LNG船液貨裝卸系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)軟件建立的系統(tǒng)模型能夠較好的滿足LNG船液貨裝卸系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要［15］。

圖6 液貨裝卸系統(tǒng)模型

5 結(jié)束語(yǔ)

LNG船液貨裝卸系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)軟件采用 “組態(tài)”理念開(kāi)發(fā)，擁有簡(jiǎn)潔直觀的模型設(shè)計(jì)界面和種類(lèi)齊全的系統(tǒng)設(shè)備控件，配有詳細(xì)的裝卸系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠方便的建立具有圖形和數(shù)據(jù)雙層結(jié)構(gòu)的液貨裝卸系統(tǒng)模型，自動(dòng)調(diào)用程序進(jìn)行模型液貨裝卸流程仿真計(jì)算，得出裝卸流程情況，用戶可根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整系統(tǒng)模型，達(dá)到實(shí)際設(shè)計(jì)要求。LNG船液貨裝卸系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)軟件填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)該設(shè)計(jì)軟件的空白，為我國(guó)自主研發(fā)設(shè)計(jì)該裝卸系統(tǒng)提供了可靠的工具。

表1 各艙容積

表2 系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)

圖7 五艙液貨高度變化

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