隔离驳船的稳性计算研究.pdf
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1、.101第9 期隔离驳船的稳性计算研究王晓凯,王一达,姜良伟(海洋石油工程(青岛)有有限公司,山东青岛,2 6 6 52 0)摘要】稳性是指在外力作用下船舶发生倾斜而不致倾覆,当外力的作用消失后仍能回复到原来平衡位置的能力,是船舶最重要的基本性能之一。本文基于船舶静力学原理对隔离驳船的稳性进行计算研究,得到满足横稳性高规范要求的极限重心高度曲线,便于后续对实际使用时的装载工况进行校核,船舶在实际营运中的重心高度不可超过此极限数值,否则便会造成稳性不足,导致安全无法保证。同时从提高船舶的最小倾覆力矩Mq考虑,可通过降低船的重心、增加干眩高度等措施提高隔离驳船的稳性。关键词】隔离驳船;船舶稳性;倾
2、覆力矩;横稳心高引言油气资源是推动国家发展的重要动力,近年来随着社会生产力的飞速发展,能源消耗不断增加。海洋油气资源潜力明显,全球海域油气剩余经济可采储量近8 0%在浅海,全球海域的开发投资将带动海域油气产量迎来新的增长,海洋油气勘探开发已成为全球石油行业的主战场-2 。随着海洋油气开发逐渐向深海、远海发展,铺设长距离油气回输管线的成本越来越高、风险也越来越大,浮式生产储卸油装置(FloatingProduction Storage and Offloading,FPSO)是解决这一难题最有效的途径。FPSO兼有生产、储油和卸油的功能 3-4,FPSO在系泊停靠时需要使用隔离驳船以起到减轻碰撞
3、、缓冲保护的作用。本文基于船舶静力学原理对隔离驳船的稳性进行计算研究,得到满足横稳性高规范要求的极限重心高度曲线,便于后续对实际使用时的装载工况进行校核,能够确保隔离驳船的使用安全,具有一定的工程价值。1隔离驳船模型建立如下图1与图2 所示,隔离驳船模型尺寸大小:船长L=40m、型宽B=10.5m、型深D=3m。坐标原点位于船体纵中剖线和基线的交点处。X轴,纵向,向船首侧为正;Y轴,横向,向左侧为正;乙轴,垂向,竖直向上为正。图1隔离驳船模型简化B-10.5mL=40mT-3m图2 尺寸坐标2船舶静力学介绍船舶静力学是探讨船舶航行性能的一门科学,稳性是指在外力作用下船舶发生倾斜而不致倾覆,当外
4、力的作用消失后仍能回复到原来平衡位置的能力,是船舶最重要的基本性能之一 5。作者简介:王晓凯(19 9 6-),男,硕士研究生,助理工程师,在海洋石油工程(青岛)有限公司从事浮式结构物建造的加工设计工作。1022023年第2 6 卷维修改造石油和化工设备船舶静止漂浮在一定位置时只受两个作用力,即作用于重心G点并垂直向下的重力和作用于浮心B点并垂直向上的浮力,因此船舶的平衡条件必然是重力与浮力大小相等而方向相反,同时重心G与浮心B作用在同一条铅垂线上。GVB图3重心与浮心位置关系判断船舶是否具有足够的稳性,有其一定的衡量指标,这些指标与船舶的主要尺度、形状以及装载情况等有密切关系,船舶静水力性能
5、计算就是指船舶在各种装载情况下的浮态及初稳性计算。船形系数是表示船体水下部分面积或体积肥瘦程度的无因次系数,这些系数对分析模型和船舶性能有很大的用处。CB方形系数:船体水线以下的型排水体积与由船长L、型宽B、吃水深度T所构成的长方体体积之比,大小表示船体水下体积的肥瘦程度。CB(1)L.B.T由于船体模型为长方体,因此CB=1,即船舶排水体积大小为:V=LBT CB(2)根据阿基米德原理,物体在水中所受到的浮力等于该物体所排开水的体积所产生的重力,因此船舶所受到的浮力在数值上就等于船舶所排开水的重量(通常称为排水量),表示海水的重量密度1.0 2 5t/m。=Q.V(3)Cwp水线面系数:与基
6、平面相平行的任意一条水线面的面积AW与由船长L、型宽B所构成的矩形面积之比,大小表示水线面的肥瘦程度。Chp=Aw/(LB)(4)同理由于船体模型为长方体,因此Cwp=1,即水线面面积大小为:Aw-L.B(5)船舶正浮时吃水增加(或减少1cm)时,引起排水量增加(或减少)的吨数称为每厘米吃水吨数TPC,根据水线面面积曲线可以计算出任何吃水时的每厘米吃水吨数。TPC=.Av(6)100横稳心半径BM即表示船舶横向倾斜时的稳心半径(或称为初稳心半径),式中I表示水线面WL的面积对于纵向中心轴线O-O的横向惯性矩。BMB2(7)V12T船舶在一定排水量下产生小倾斜时,横稳性高GM高越大则复原力矩MR
7、也越大,也就是抵抗倾斜力矩的能力越强。因此,横稳性高GM是衡量船舶初稳性的主要指标,亦称初稳性高。其中,KB表示浮心高度,KG表示重心高度。GM=KB+BM-KG(8)船舶在等体积纵倾时的情况,与上面的横倾情况一致,可以得出相同的结论。ILr为水线面面积Aw对于通过该水线面漂心F的横轴的纵向惯性矩,I为水线面面积Aw对于通过该水线面中站处Ov横轴的纵向惯性矩,Xr为水线面WL的漂心F的纵向坐标。BM,(9)ILr=I-A,x,(10)L(11)2综上可得纵稳心半径BMt=ILF/V、纵稳心高GML;定义引起船舶纵倾1cm所需的纵倾力矩为MTC,表示每厘米纵倾力矩,令t=1cm可得:ABM,MT
8、C=(12)100L船舶在营运中的实际装载情况与计算时的典型情况会有一定差别,极限重心高度曲线可以便于驾驶人员掌握船舶在各种实际装载情况下的稳性情况。所谓极限重心高度,是指船舶恰能满足稳性要求时的重心高度。船舶在实际营运中的103-第9 期王晓凯等隔离驳船的稳性计算研究重心高度不可超过此极限数值,否则便会造成稳性不足,导致安全无法保证。船舶在各种装载情况时(即不同排水量时)都有相应的极限重心高度,将船舶在不同排水量时的极限重心高度连成曲线,则该曲线称为极限重心高度线 6-7 。3横稳心高变化计算根据规范对稳性的要求,对隔离驳船满足横稳性高要求的极限重心高度进行求解,通过计算可得到不同吃水深度T
9、下的静水力相关数值,静水力计算结果汇总如表1所示,便于后续对实际使用时的装载工况进行校核,确保各种实际装载情况下的稳性安全。表1静水力计算结果汇总表浮心纵向坐标水线面面积/每厘米纵倾力矩每厘米吃水吨位吃水/m排水量/t横稳心高/m纵稳心高/m/mm2(tm/cm)(t/cm)0.4172.22021.669263.12742011.3844.3050.5215.252017.125210.29142011.3844.3050.6258.32014.113175.08542011.3844.3050.7301.352011.975149.95142011.3844.3050.8344.42010
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