周裕榮

(中國(guó)船級(jí)社福州分社， 福建 福州 350008)

Excel宏編程在浮船塢最大沉深計(jì)算中的應(yīng)用

周裕榮

(中國(guó)船級(jí)社福州分社， 福建 福州 350008)

浮船塢的最大沉深吃水可由裝設(shè)在安全甲板之下的空氣管進(jìn)行控制，空氣管的預(yù)留長(zhǎng)度是浮船塢最大沉深計(jì)算的重要指標(biāo)。依據(jù)浮船塢浮沉原理，采用Excel宏編程方法能方便地解決浮船塢最大沉深反復(fù)計(jì)算的問題。研究結(jié)果可為船舶設(shè)計(jì)或建造工作者在進(jìn)行相關(guān)計(jì)算時(shí)提供參考，具有較好的指導(dǎo)性和廣泛的適用性。

浮船塢；最大沉深；Excel；空氣管；預(yù)留長(zhǎng)度

0 引 言

《浮船塢入級(jí)規(guī)范》明確要求液艙空氣管的下端開口距安全甲板或浮箱甲板的距離(該值可在沉浮試驗(yàn)后給出)。對(duì)于如何計(jì)算與操作該液艙空氣管的下端開口距安全甲板或浮箱甲板的距離，沒有相應(yīng)的算法，大部分設(shè)計(jì)單位采用沉浮試驗(yàn)后給出的數(shù)據(jù)，如能通過前期的估算得出相應(yīng)數(shù)據(jù)，可為浮船塢安全性能提供更高的保障。如何預(yù)留液艙空氣管的相應(yīng)長(zhǎng)度是浮船塢設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，不僅能確定各艙的進(jìn)水量，而且還是浮船塢安全性能的重要指標(biāo)。

1 浮沉平衡原理

根據(jù)物理學(xué)原理，分析外部最終水線、壓載艙的液艙液位高度及空氣管預(yù)留的關(guān)系，根據(jù)力學(xué)平衡原理，得出最終的力學(xué)平衡公式，并由此計(jì)算出相應(yīng)的預(yù)留管長(zhǎng)度。圖1為浮船塢的最大沉深工況。

圖2為最大沉深下的各物理量。

圖1 浮船塢最大沉深工況

圖2 最大沉深下的各物理量

由圖2物理量可以得出相應(yīng)的力學(xué)平衡公式為

式中：PP-air為壓載艙內(nèi)壓縮空氣的壓力；Pair為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；Pd max-h為不同水位下的壓力差。

原理：在浮船塢自沉過程中，外水位高于壓載艙內(nèi)的水位形成壓差，水自動(dòng)流入壓載艙內(nèi)，實(shí)現(xiàn)船舶的自沉。由于存在預(yù)留管子長(zhǎng)度，當(dāng)水沒過管子時(shí)，壓載艙內(nèi)的空氣得不到有效的釋放，在其封閉的空氣內(nèi)，由于水不斷地灌入，壓載艙內(nèi)的空氣空間越來越小，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，其相應(yīng)空間內(nèi)的壓力變大，使其與水壓平衡，達(dá)到阻止水流入壓載艙以及最大沉深的目的。

理想氣體狀態(tài)方程為

式中：P為壓強(qiáng)；V為體積；T為熱力學(xué)溫度；n為物質(zhì)的量，mol；R為理想氣體常數(shù)；C為常數(shù)。

2 利用Excel編制浮船塢最大沉深預(yù)留長(zhǎng)度計(jì)算程序

在實(shí)踐中利用Ecxel編制浮船塢最大沉深預(yù)留長(zhǎng)度，能方便地計(jì)算不同配載條件下對(duì)應(yīng)壓載艙要求的預(yù)留長(zhǎng)度，并根據(jù)實(shí)際情況給出最佳的預(yù)留長(zhǎng)度，保證各艙的進(jìn)水量不超過相應(yīng)的要求，保證浮船塢的安全性能。現(xiàn)將利用Excel編制最大沉深的計(jì)算程序介紹如下。

2.1相關(guān)函數(shù)簡(jiǎn)介

(1) LOOKUP 函數(shù)。指定在給定的比較值中查找的值，函數(shù)語法為：LOOKUP(lookup-value, lookup-vector, result-vector)。

(2) IF 函數(shù)。比較2個(gè)數(shù)字、函數(shù)、公式、標(biāo)簽或邏輯值的等式，函數(shù)語法為：IF(logical-test, value-if-true, value-if-false)。

(3) FLOOR 函數(shù)。將數(shù)值向下舍入到最接近的significance的倍數(shù)，函數(shù)語法為：FLOOR(number, significance)。

(4) CEILING 函數(shù)。將參數(shù) Number 向上舍入(沿絕對(duì)值增大的方向)到最接近的 significance 的倍數(shù)。例如，如果不愿意使用像“分”這樣的零錢，而所要購買的商品價(jià)格為 ￥4.42，可以用公式=CEILING(4.42,0.05) 將價(jià)格向上舍入為以“角”表示。函數(shù)語法為：CEILING(number, significance)。

(5) TREND 函數(shù)。返回一條線性回歸擬合的值，即找到適合已知數(shù)組know_y’s和known_x’s的直線(用最小二乘法，并返回指定數(shù)組new_x’s在直線上對(duì)應(yīng)的y值。函數(shù)語法為：TREND(known_y's, [known_x's], [new_x's], [const])。

(6) ROUND 函數(shù)。ROUND 函數(shù)可將某個(gè)數(shù)字四舍五入為指定的位數(shù)。函數(shù)語法為：ROUND(number, num_digits)。

2.2具體編制的步驟與過程

創(chuàng)建壓載工況及相應(yīng)艙室的裝載常數(shù)，如表1所示。

表1 壓載工況及相應(yīng)艙室的裝載狀態(tài)

裝載量的大小，由第一列輸入。由于艙室的數(shù)據(jù)可由艙容表中得出(見表2)，其相應(yīng)的重心縱向位置、橫向位置、垂向位置均可由表1中查找?？墒褂肔OOKUP函數(shù)與FLOOR函數(shù)相結(jié)合，進(jìn)行自動(dòng)查詢計(jì)算，查詢表2中的數(shù)據(jù)，并填入表1的相應(yīng)位置。由此得到最終的船舶狀態(tài)。

根據(jù)此狀態(tài)計(jì)算船舶的浮態(tài)，如表3所示，驗(yàn)證是否滿足要求，其中相應(yīng)的查詢與計(jì)算參數(shù)使用ROUND函數(shù)進(jìn)行四舍五入指定位數(shù)取整。建議少用表格定義的數(shù)據(jù)位數(shù)，其會(huì)引起小數(shù)位計(jì)算誤差。

表4中第1～7列參數(shù)，根據(jù)排水量數(shù)值，通過查詢靜水力表所得，如表4所示。表4第8～14列數(shù)據(jù)根據(jù)靜力學(xué)原理，結(jié)合Excel函數(shù)計(jì)算最終的浮態(tài)。

表2 各艙室的艙容數(shù)據(jù)

表4 浮船塢靜水力表

由表1的數(shù)據(jù)調(diào)整來自動(dòng)計(jì)算表3船舶的最終浮態(tài)，以此來判斷是否滿足最大沉深，如果滿足，讀取相應(yīng)的艙容，反推計(jì)算艙容的液位高度，如表5 第2列所示的艙內(nèi)水位高度。 原理:P0V0=PV,P0h0=Ph；重力加速度g為9.8 N·kg-1；空氣壓強(qiáng)P0為101 300 N·m-2；液艙總高度H為10.7 m；平均吃水d為12.176 m；海水密度ρ為1 025 kg·m-3。

表5 空氣管預(yù)留長(zhǎng)度計(jì)算

由表5可計(jì)算出液艙空氣高度h值，并根據(jù)艏艉吃水，利用TREND函數(shù)計(jì)算不同位置的水位，由此計(jì)算液艙與外水位的高度差hw，根據(jù)hw可計(jì)算出水的壓強(qiáng)，即Pw=ρghw?？梢赃M(jìn)一步求得相應(yīng)艙的水壓強(qiáng)，再加上空氣壓強(qiáng)，即為液艙內(nèi)的空氣壓強(qiáng)，計(jì)算過程中利用LOOKUP函數(shù)、CEILING函數(shù)、ROUND函數(shù)等。例如，計(jì)算No.1壓載艙-左內(nèi)的空氣壓強(qiáng)，其浮船塢的吃水為12.176 m，艙水位為9.10 m，其對(duì)應(yīng)的水位差為

hw= 12.176 m -9.100 m = 3.076 m

水位差壓強(qiáng)：

根據(jù)力學(xué)平衡原理，液艙內(nèi)的壓強(qiáng)等于水位差壓強(qiáng)加上外部空氣壓強(qiáng)(即1個(gè)大氣壓):

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT,PV/T=nR=C；在恒溫情況下，即PV= 常數(shù)?？傻肞0V0=PV,P0Ah0=PAh,P0h0=Ph。h0=Ph/P0= 132 198.42 N/m2× 1.6 m/ 101 300 N/m2= 2.088 m = 208.8 cm，即為最終的割管長(zhǎng)度。

2.3工作表的保護(hù)

為防止誤操作，需對(duì)表格進(jìn)行進(jìn)一步的修改，造成結(jié)果錯(cuò)誤，應(yīng)對(duì)工作表格進(jìn)行保護(hù)。先將要輸入的數(shù)據(jù)解鎖，可用鼠標(biāo)單擊左路鍵，選擇“設(shè)置單元格格式”，在“保護(hù)”標(biāo)簽“鎖定”項(xiàng)取消選中；然后點(diǎn)擊審閱中保護(hù)工作表，輸入相應(yīng)密碼即可。使用時(shí)，即輸入各壓載艙的狀態(tài)即可。編寫此計(jì)算簡(jiǎn)單、易懂，具有很好的適用性。

3 結(jié) 語

利用本計(jì)算表格，驗(yàn)算了已建造完成的5 000 t舉力浮船塢等，計(jì)算結(jié)果得到了肯定。

通過此表格的編制，了解了浮船塢自沉原理，可

[][]

通過此計(jì)算方法，在沉浮試驗(yàn)前就可估算出各空氣管的預(yù)留長(zhǎng)度，為浮船塢的這部分安全性能提前考慮，做到心中有數(shù)。也可通過此計(jì)算方法，來估算最大深沉吃水，通過調(diào)整預(yù)留空氣管的長(zhǎng)度來控制最大深沉吃水的變化。以往大多采用浮沉試驗(yàn)來確定該空氣管的長(zhǎng)度，浮沉試驗(yàn)基本在完工時(shí)做，時(shí)間較晚。或者依據(jù)本文提到的浮沉原理，采用手工計(jì)算方法也可得到相關(guān)數(shù)據(jù)，手工計(jì)算工作量大且容易出錯(cuò)。采用本文討論的方法，既快速又不容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。

通過此表格的編制，并與實(shí)踐相結(jié)合，為以后設(shè)計(jì)審核此類型船舶提供技術(shù)依據(jù)，為工作積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1] 中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司，中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司，中國(guó)造船工程學(xué)會(huì).船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)——總體分冊(cè)[M].3版.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2013.

[2] 葉偉國(guó)，余國(guó)祥.大學(xué)物理[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

[3] 云舟工作室.Excel 2000 VBA一冊(cè)通[M].北京：人民郵電出版社，2000.

ApplicationofExcelMacroProgramminginCalculationofMaximumSubmergenceDraftofFloatingDock

ZHOU Yurong

(Fuzhou Branch， China Classification Society， Fuzhou 350008， Fujian， China)

The maximum submergence draft of the floating dock can be controlled by an air pipe installed under the safety deck, and the reserved length of the air pipe is an important indicator of maximum submergence draft of floating dock. According to the principle of floating dock, the Excel macro programming method can be used to solve the problem of repeated calculation of the maximum submergence draft of floating dock. The results of the study can provide a reference for ship design and be of good guidance and wide applicability.

floating dock; maximum submergence draft; Excel; air pipe; reserved length

周裕榮(1978-)，男，工程師 ，研究方向?yàn)榇肮こ?/p>

1000-3878(2017)05-0044-05

U673

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