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        不同吊重下大型回轉(zhuǎn)式起重船的系泊計(jì)算

        2020-05-05 02:01:52孫華峰董振強(qiáng)
        江蘇船舶 2020年1期
        關(guān)鍵詞:吊重起重船纜繩

        孫華峰,董振強(qiáng)

        (海洋石油工程股份有限公司,天津 300452)

        0 引言

        起重船作為海洋工程中常用的工程船舶,廣泛應(yīng)用于海上吊裝、起重、鋪管等作業(yè)。起重船作業(yè)過程中受到風(fēng)浪流作用產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),船體的運(yùn)動(dòng)會(huì)激勵(lì)吊物產(chǎn)生晃動(dòng)。在起重作業(yè)過程中,吊重的晃動(dòng)直接影響著整個(gè)作業(yè)過程,限制了起重船的作業(yè)條件,也影響起重船的作業(yè)安全。目前隨著海洋開發(fā)從淺水走向深水,為了適應(yīng)海洋工程的發(fā)展,新型起重船的噸位一般較大,吊重方式多采用尾吊或側(cè)向吊;根據(jù)吊重重量、吊重方式的不同,吊距亦不同。方田等[1]對不同海況下船舶與吊重的耦合運(yùn)動(dòng)進(jìn)行時(shí)域運(yùn)動(dòng)模擬研究;汪娟娟[2]在船尾起吊下通過改變起吊要素,分析了其對吊重運(yùn)動(dòng)及船體運(yùn)動(dòng)的影響;董艷秋等[3]對起重吊物系統(tǒng)波浪中的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了分析。

        本文以某大型回轉(zhuǎn)式起重船在南海某作業(yè)點(diǎn)船尾起吊和側(cè)向起吊為例進(jìn)行對比,通過調(diào)節(jié)風(fēng)浪流、吊重量、吊距等參數(shù),對起重船起吊作業(yè)過程進(jìn)行不同吊重狀態(tài)下的系泊計(jì)算分析。

        1 理論分析基礎(chǔ)

        1.1 軟件介紹及坐標(biāo)系定義

        本文采用的數(shù)值分析軟件為MOSES軟件,是海洋工程界施工分析所采用的最廣泛的數(shù)值模擬軟件。因其在海洋結(jié)構(gòu)物安裝、運(yùn)輸?shù)臅r(shí)域數(shù)值計(jì)算上具有計(jì)算速度快,使用方便的優(yōu)勢,而且對船體運(yùn)動(dòng)和系泊力的求解具備相當(dāng)高的可信度,該軟件在海洋工程項(xiàng)目中得到廣泛的應(yīng)用。

        1.2 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

        (1) 海上固定平臺(tái)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建造的推薦作法(API-RP-2A: American Petroleum Institute recommended practice for planning, designing and constructing fixed offshore platforms-WSD (20th))。

        (2) 浮式結(jié)構(gòu)定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析規(guī)范(API-RP-2SK: Recommended Practice for Design and Analysis of Station keeping Systems for Floating Structures)。

        1.3 主要分析指標(biāo)

        主要分析指標(biāo)為:系泊纜的強(qiáng)度受力;吊點(diǎn)處的縱蕩、橫蕩、升沉、橫搖運(yùn)動(dòng)幅值。

        2 系泊計(jì)算

        2.1 船體技術(shù)參數(shù)

        總長239.2 m,型寬50.0 m,型深20.4 m,最大起吊能力75 000 kN×45 m,主鉤固定60 000 kN×45 m,主鉤全旋轉(zhuǎn)40 000 kN×45 m。

        2.2 系纜繩主要參數(shù)

        系纜繩采用鋼絲繩,破斷力3 850 kN,直徑76 mm,纜繩總長2 200 m。

        2.3 環(huán)境載荷

        此起重船工作區(qū)域多為南海,以南海某工作點(diǎn)為例,其環(huán)境工況見表1。

        2.4 模型建立

        系泊運(yùn)動(dòng)分析時(shí),船舶吃水取為11.0 m,不考慮橫傾和縱傾,吊物高度取水上高度的一半。船體模型及系泊布置、吊重曲線見圖1~圖3。

        圖1 計(jì)算模型

        P1~P4、S1~S4—纜繩拉力。

        圖3 吊重曲線圖

        船體吊重工況見表2。

        表2 吊重工況

        2.5 計(jì)算結(jié)果

        本文引入風(fēng)浪流海洋環(huán)境條件,分別對0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°共8個(gè)浪向角進(jìn)行時(shí)域模擬計(jì)算??紤]風(fēng)浪流的作用方向相同為最惡劣載荷情況,采用準(zhǔn)靜力分析方法,可以得到系泊纜的最大受力、吊點(diǎn)運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)響應(yīng)幅值。

        2.5.1 幅頻響應(yīng)因子(RAO)

        幅頻響應(yīng)因子(Response Amplitude Operator,RAO)可以用來計(jì)算船舶在海中工作時(shí)的行為,船體運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性可以用船體幅頻響應(yīng)因子(RAO)進(jìn)行描述。縱蕩、橫蕩、升沉、橫搖的幅頻響應(yīng)因子見圖4~圖7。

        2.5.2 統(tǒng)計(jì)結(jié)果

        回轉(zhuǎn)吊重作業(yè)工況一在波高為1.0 m下系泊纜最大受力為1 130 kN,發(fā)生在90°浪向時(shí);吊點(diǎn)橫搖運(yùn)動(dòng)幅值為0.27°,升沉運(yùn)動(dòng)幅值為0.58 m。波高1.0 m、回轉(zhuǎn)最大吊重40 000 kN系泊纜受力及吊點(diǎn)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)幅值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3、表4。

        圖4 縱蕩RAO

        圖5 橫蕩RAO

        圖6 升沉RAO

        圖7 橫搖RAO

        船尾吊重作業(yè)工況二在波高為1.0 m下系泊纜最大受力為1 182 kN,發(fā)生在90°浪向時(shí);吊點(diǎn)橫搖運(yùn)動(dòng)幅值為0.40°,升沉運(yùn)動(dòng)幅值為0.92 m。波高1.0 m、船尾吊重40 000 kN系泊纜受力及吊點(diǎn)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)幅值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5、表6。

        表3 工況一 纜繩拉力統(tǒng)計(jì)結(jié)果 單位:kN

        表4 工況一 吊點(diǎn)運(yùn)動(dòng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果 單位:m

        表5 工況二 纜繩拉力統(tǒng)計(jì)結(jié)果 單位:kN

        表6 工況二 吊點(diǎn)運(yùn)動(dòng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果 單位:m

        工況三在波高為1.0 m下系泊纜最大受力為1 201 kN,發(fā)生在90°浪向時(shí);吊點(diǎn)橫搖運(yùn)動(dòng)幅值為1.14°,升沉運(yùn)動(dòng)幅值為1.01 m。波高1.0 m、船尾吊重28 000 kN系泊纜受力及吊點(diǎn)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)幅值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表7、表8。

        表7 工況三 纜繩拉力統(tǒng)計(jì)結(jié)果 單位:kN

        表8 工況三 吊點(diǎn)運(yùn)動(dòng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果 單位:m

        3 結(jié)論

        (1)3種吊重工況下,系泊纜繩最大受力相差不大,均發(fā)生在風(fēng)浪流為90°、270°的作用下。

        (2)吊重量相同時(shí),艉部吊重與側(cè)向吊重相比,吊點(diǎn)處縱蕩的運(yùn)動(dòng)幅值變化不大,吊點(diǎn)處橫蕩、升沉、橫搖運(yùn)動(dòng)幅值明顯增大。

        (3)船尾部起吊作業(yè)時(shí),隨著吊重的增加、吊距的減小,吊點(diǎn)處的橫蕩、橫搖幅值明顯減小,縱蕩、升沉幅值變化不大。

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