淺談工程船錨泊系統(tǒng)的配合

淺談工程船錨泊系統(tǒng)的配合

鉸刀頭擺動控制三軸吸痰船通過圍繞三軸立柱的三個軸向舵控制三軸的移動，并控制從船體上移動的船舶。它控制著從左到右的左右傾斜鉤子的左右懸掛，并通過控制圓刀頭的左右懸掛進行旋轉(zhuǎn)。圓刀頭的切削力為235kg。在作業(yè)過程中，三纜定位是否可以安全且更大距離移動船舶，以及2根橫移錨是否可以在定位狀態(tài)下，控制船舶往左右兩舷轉(zhuǎn)動到所需角度進行工作，決定了船舶作業(yè)的效率，進而決定了船舶的經(jīng)濟性能1移船作業(yè)，調(diào)整錨索拉拔作業(yè)方式挖泥船在作業(yè)過程中，左右舷橫移錨索4號、5號控制艏部的鉸刀頭左右轉(zhuǎn)動挖泥作業(yè)，同時在三纜定位錨索1號、2號、3號的控制下，船可以向前直線前進。因此本文在計算時，將船的運動狀態(tài)分為兩個大的階段分別考慮。一個階段是挖泥船移船作業(yè)，如圖1所示。挖泥船在三纜定位錨索1號、2號、3號的定位下，通過逐漸收短前進方向的2號和3號纜繩，從而抵抗環(huán)境條件的作用，使船向前移動，直到錨索受力超過絞車?yán)r，才進行一次起拋錨。針對這一過程，需要考察挖泥船在施工環(huán)境條件下可以一次前移的最大距離。另一個階段是挖泥船轉(zhuǎn)動作業(yè)，如圖2所示。挖泥船在三纜定位錨索1號、2號、3號的定位下，通過控制左右兩舷的橫移鋼絲繩4號、5號，使船舶分別往左右兩舷都可以轉(zhuǎn)動到一定角度進行作業(yè)。針對這一轉(zhuǎn)動最大狀態(tài)，需要考察挖泥船在此狀態(tài)下，保證各根錨索受力都可以滿足要求，最大轉(zhuǎn)動多少角度。針對移船作業(yè)和轉(zhuǎn)動作業(yè)這兩種工況，本文分別展開錨泊分析，設(shè)計并優(yōu)化項目所需的錨泊定位系統(tǒng)，并給出滿足要求的作業(yè)方案。2錨泊系統(tǒng)性能分析2.1系泊軟件中風(fēng)、浪、流的定義和設(shè)定挖泥船主尺度參數(shù)如表1所示。同時，船舶配備的定位絞車?yán)?00kN。該船所處航道水深約30m，環(huán)境參數(shù)如表2所示。風(fēng)、浪同向，考慮為360°，海流只考慮0°和180°。在系泊軟件中進行定位分析時，波浪頻譜形式采用JONSWAP譜，形狀參數(shù)為1.0，選用1min的定常風(fēng)作為校核風(fēng)力的輸入?yún)?shù)，選用流定常流作為校核流力的輸入?yún)?shù)。同時，給出環(huán)境條件方向的定義如圖3所示。2.2風(fēng)力流力的增加挖泥船及其系泊系統(tǒng)的總體運動方程如下：式中：計算過程中，將挖泥船和錨泊系統(tǒng)納入一個模型中整體分析，考慮相互之間耦合效應(yīng)的影響，同時把風(fēng)浪流的疊加作用考慮在內(nèi)。本文所考慮的整個模型中沒有立管力，按照下文2.6和2.7節(jié)的相關(guān)公式計算得出風(fēng)力和流力作為輸入?？紤]到二階波浪力的影響，運用近場法進行模擬，可以表示如下：將式(2)中的和頻部分忽略不計，同時結(jié)合紐曼給出近似公式2.3錨索的張力驗算某錨泊定位分析時，應(yīng)采用動力分析法校核各種計算工況，并考慮最危險的工況。APIRP2SK和ABS設(shè)計規(guī)范都根據(jù)錨索的狀態(tài)、不同設(shè)計工況和錨索張力的計算方法對錨索的最大張力安全系數(shù)作了規(guī)定。所用錨索破斷強度與錨索所受最大張力之比就是規(guī)范定義的安全系數(shù)(參見表3)。本文計算的錨索張力安全系數(shù)應(yīng)不小于表3所列規(guī)定值。張力安全系數(shù)式中：除了滿足規(guī)范的要求，同時還受到錨絞車限制，因此正常作業(yè)還需保證錨索受力在絞車的拉力范圍內(nèi)，否則絞車無法提供使船前進的力。因此，挖泥船前進方向的錨索2號、3號的拉力不得超過600kN；兩根橫移錨索4號、5號的拉力不超過1200kN。2.4移船作業(yè)時+理論鼓勵下的確立內(nèi)容某挖泥船的錨索全為鋼絲繩，其參數(shù)如下頁表4所示。為保證作業(yè)時有足夠的鋼絲繩余量，因此移船作業(yè)時，初始狀態(tài)下，2號、3號拋出舷外鋼絲繩長度按600m計算，1號拋出舷外鋼絲繩長度按420m計算，4號、5號拋出舷外鋼絲繩長度按80m計算。2.5挖泥船所需的遭遇浪向選擇HYDROD軟件的WADAM模塊計算挖泥船的頻域水動力性能。挖泥船所需考慮的遭遇浪向為0°～180°，每15°為一個間隔，波浪頻率為0.02～2.0rad/s，每0.02rad/s為一個間隔。根據(jù)船體型線圖建立的有限元模型如圖4所示。2.6風(fēng)力的影響風(fēng)載荷作為定常力，船體水線以上部分受到風(fēng)力的影響，計算風(fēng)力時需要考慮在內(nèi)。參考API規(guī)范對相關(guān)內(nèi)容的規(guī)定，選擇對首向和側(cè)向風(fēng)載荷的計算的經(jīng)驗公式如下：式中：2.7．流載荷的作用為了簡化相應(yīng)研究，在盡量避免缺失精度的同時提高計算效率，在實際工程計算中，通常假設(shè)流載荷的作用是穩(wěn)定的，對挖泥船的作用僅僅表現(xiàn)為拖曳的影響。參照API規(guī)范對相關(guān)內(nèi)容的規(guī)定，某挖泥船的船型結(jié)構(gòu)更符合方形船的定義，因此確定船體首向或尾向的海流力計算公式如下：式中：2.8．風(fēng)和浪情況下的受力情況水動力分析并確定了環(huán)境力后，在SEASAM-DEEPC軟件中進行錨泊定位分析，分別就移船作業(yè)和轉(zhuǎn)動作業(yè)兩種工況所要求的環(huán)境條件下，分別計算0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°共7個環(huán)境方向下的鋼絲繩受力和船體偏移。對于流180°的情況，相對更危險的工況是風(fēng)和浪120°的情況，因此計算這一工況下的受力情況為：4號鋼絲繩最大受力1087kN；2號鋼絲繩最大受力595kN。綜上所述，不論頂流還是順流，除90°的情況，完整狀態(tài)下，船前進方向的2號、3號鋼絲繩的最大張力是595kN，絞車的拉力是600kN，拉得動；其余鋼絲繩的安全因子大于1.67，在規(guī)范要求范圍內(nèi)，同時4號、5號鋼絲繩的最大張力是1087kN，小于1200kN。因此，在風(fēng)浪流0°～60°和120°～180°范圍內(nèi)時，可以前移100m，才進行一次起拋錨。綜上所述，除去90°的情況，橫移錨鋼絲繩的受力都小于1200kN，絞車的拉力可以拉動，且安全因子都滿足規(guī)范要求。因此除去90°的情況，船舶都可以轉(zhuǎn)動30°進行作業(yè)。3設(shè)置安全工作環(huán)境挖泥船的多數(shù)作業(yè)區(qū)域水深都不大，因此復(fù)雜的海況會使船具有較大的低頻漂移運動。此外，現(xiàn)場的限制條件也很多，定義其安全工作環(huán)境對項目的順利實施具有指導(dǎo)意義。不考慮9