30万t FPSO环段起浮稳性与受力分析.pdf

第 卷 第 期 年 月 船 海 工 程 .:./.万 环段起浮稳性与受力分析杜玉春尹艳文艳(上海外高桥造船有限公司上海)摘 要:针对生产计划部门提供的 万 两种环段搭载方案利用 静水力计算软件构建两种搭载方案静水力模型分别计算两种方案的配载、浮态和稳性初步优选搭载方案针对优选的方案计算其起浮过程中坞墩的支反力利用 软件构建初步优选方案的有限元模型并利用 软件计算结构的局部强度 计算结果表明搭载方案 的配载方案在实际工程中无法实现调平后的吃水也超过了码头水深要求该方案不可行 搭载方案 的配载方案易于实现浮态和稳性均满足要求起浮过程中的坞墩支反力以及环段的局部强度均满足要求方案可行关键词:环段起浮稳性支反力中图分类号:.文献标志码:文章编号:()收稿日期:修回日期:第一作者:杜玉春()男硕士高级工程师研究方向:船舶总体设计 船坞是现代大型造船企业最宝贵的资源 为了充分提高船坞利用率和周转率降低船舶建造生产成本实现高效快速造船船厂通常会采取各种措施来尽可能地缩短船舶在坞内的搭载周期目前业界主流大型造船企业根据自身船坞的大小和产品情况通常采用一艘半或两艘半等建造模式来提高船坞利用率 生产计划部门为合理安排船舶搭载计划通常需要技术部门提前对半船或环段搭载进行浮态和强度计算 由于半船或环段起浮存在着结构完整性差、水线面小、大开口、易倾覆、可利用的压载舱室少以及对预估的重量重心准确性极为敏感等不利因素因此在计算半船或环段起浮时需要采用静水力计算软件和有限元分析软件对其进行精确的模拟计算确保出坞安全 结合公司建造的 万 段起浮实例介绍环段起浮计算过程 起浮环段概况目标船为一艘单底双壳的 万 其垂线间长.型宽 型深.根据项目运行计划截止出坞时现场施工可实现:环段搭载(方案)环段搭载(方案)方案 起浮总长度为.主甲板中部无法搭载 方案 起浮总长度为.环段内所有分段可完整搭载 环段浮态计算步骤为准确快速地计算环段起浮时的浮态通常需借助静水力计算软件进行模拟计算 计算过程可分为三个步骤:统计环段重量重心如果环段长度较长需要定义重量分布计算总纵强度构建浮态计算模型加载配重浮态调平校核稳性.环段重量重心统计环段重量重心的准确性直接决定着环段起浮计算的准确性尤其在环段较短的情况下环段的浮态对重量重心数据极其敏感 重量重心在船长上的细微偏差都会对环段起浮造成重大的影响此次起浮环段为货舱区域根据本船构造特点环段重量主要是分段结构重量其他诸如舾装、管系等重量较小 为保证重量数据准确性环段重量重心直接从生产设计软件 中抽取 脚手架、工具箱根据以往项目实践进行估算 两方案重量重心统计表见表.环段浮体模型该 货舱区域结构形式为单底双壳结构船宽方向设置 个货油舱未设置双层底 货舱在船宽方向总跨距为.如果采用封闭货舱端部的形式临时构建起浮附体施工工作量巨大 因此只能依靠自身原有的水密横舱壁构建 本次环段起浮利用软件进行浮体模型 年第 期杜玉春等:万 环段起浮稳性与受力分析船海工程第 卷表 重量重心统计表方案项目重量/重心位置/纵向 横向 垂向 分段.脚手架工具箱等.合计.分段.脚手架工具箱等.合计.说明:计算坐标系统原点为船舶中线面上基线与尾垂线的交点向前、向左和向上方向为正值构建与计算两方案浮体模型见图、图 方案 环段浮体模型图 方案 环段浮体模型.环段起浮浮态计算依据船舶进出干船坞技术要求(/)船舶进出坞时需要对船舶的纵倾、横倾进行调载艏艉吃水差不宜超过船长的 横倾最大不宜超过.如果需要满足船舶后续搭载要求半船/环段起浮后进行二次落墩其半船/环段的纵倾目标值控制在.半船/环段船长以内 根据两方案的环段长度方案 的理论最大允许纵倾值为.方案 的理论最大允许纵倾值为.为降低环段起浮与落墩过程中端部坞墩所受到的反作用力在环段起浮过程中应尽可能的使之平浮 方案 由于主甲板面未搭载无法大量使用压铁调整浮态只能依靠环段内已有的压载舱进行调载 两方案调载后浮态见表 根据表 计算结果可知方案 不可行)环段起浮平吃水过大 船舶/环段出坞时的水深由船舶/环段吃水、坞墩高度和富裕深度共同确定 公司坞墩高度约为.富裕水深通常取.该方案出坞时坞内水深要求约为.公司船坞水域水深条件表 方案起浮浮态与配载项目环段含配载物体总重/配载重量/号压载舱(左)号压载舱(右)压铁平均吃水/艏艉吃水差/稳性高度/横向纵向方案 .满舱/.满舱/.分段艏部/.满足.满足方案 ././.满足.满足无法满足方案出坞需求公司船舶出坞时吃水宜控制在.以下)配载方案难以实现 该方案环段所构成的浮体浮心位于纵向.而重心纵向位置为.两者相差接近 为使得环段平浮需要在 号左右两压载舱满舱的基础上还需在环段艏部放置 压铁 此压铁数量和安放位置现场都无法实现)环段尾端结构完整性差 环段尾部三货舱在船宽方向总跨距为.为保证起浮时的 年第 期杜玉春等:万 环段起浮稳性与受力分析船海工程第 卷结构完整性需要进行临时对其结构加强工作量巨大 方案 的吃水浅压载量小结构完整性好方案的浮态和稳性均可行 环段起浮过程安全性分析.起浮过程坞墩支反力环段起浮调载时为降低环段起浮过程对坞墩的压力通常使之平浮 由于此调载的理论计算值是基于对环段、工具箱、脚手架等重量重心的估算估算值与实际值通常存在一定的偏差其偏差体现在平均吃水、横倾和纵倾三方面平均吃水的偏差在起浮过程中对船坞工程基本无影响只是一个起浮时间的问题 由于环段通常在横向上具有良好的对称性即使因非对称重量产生的横倾也是很小的角度利用极少量的压铁即可调平浮态 环段在纵向上由于无规律可循需完全依靠统计的准确性因此极易发生不同误差集中到一端的现象造成起浮时艏艉吃水差过大且难以通过少量压铁进行调平假如环段具有一定的艏倾当坞外的水逐渐往内注入时 水面上升 当水面达到环段艉吃水时环段最艏部坞墩(端部一排 个)受到的支反力达到最大值反之亦然 此时艏端坞墩总的支反力 为环段重量 与环段艉端吃水对应的排水量之差即 方案 不同纵倾对应的尾部坞墩支反力见表 表 方案 的纵倾与支反力纵倾/艉吃水/艉吃水对应排水量/平均吃水水对应排水量/前端坞墩总支反力/前端单坞墩支反力/.从表 可知坞墩支反力随着纵倾值的增加而增大为使得端部坞墩能够共同分担因纵倾造成的作用力船舶应尽可能无横倾 对于方案 根据理论计算纵倾.端部坞墩总支反力为 此值大于一个木坞墩所能承受的 最大重量 因此方案 在起浮过程中应配备压铁以确保无横倾的起浮.起浮过程稳性分析在整个环段起浮过程中由于环段漂浮后将处于艏倾状态随着坞内水深逐渐增加环段艉端将先于艏端浮起 在艉端即将起浮的瞬间前端坞墩支反力达到最大的同时稳性高度丧失也达到最大其稳性损失量为 /方案 不同纵倾对应的稳定高度值见表 表 方案 纵倾与稳性高度对应表纵倾/艉吃水/稳性高度/损失量纵稳性损失量横稳性.从上表 可知同一吃水和纵倾条件下由于环段宽度大于环段长度纵稳性高度值小于横稳性高度值 因此此环段的纵稳性应为重点校核对象环段横稳性和纵稳性损失量随着纵倾值的增加而增大但由于船体底部较为平坦以及 都较大最终的稳性值都大于.满足稳性安全的要求.起浮过程局部强度有限元分析根据生产要求 环段计划在坞内起浮后坐墩根据重量重心计算预估总环段总重约为.考虑.的安全系数需计算坞内现有坞墩布置方案下坐墩后的船体结构有限元强度经 软件有限元建模进行计算模型见图图 环段有限元模型 年第 期杜玉春等:万 环段起浮稳性与受力分析船海工程第 卷边界条件:根据坞墩布置方案在坞墩支撑分段的接触面位置对模型进行垂向约束并在少数点约束 方向以弥补模型约束不足 模型边界条件见图 设计载荷:载荷设计仅考虑分段自重图 边界条件计算结果:结构最大应力.最大应力处材料许用应力为 许用系数按.算许用应力为 .因此结构强度符合要求 结构最大变形.应力云图及结构变形见图 图 应力云图 结论)对两方案的 建模和浮态稳性计算结果表明:搭载方案 在起浮调载和吃水方面均无法满足正常出坞要求且结构完整性差方案不可行搭载方案 起浮时吃水浅压载量小结构完整性好方案浮态和稳性可行)经过对环段落墩时因纵倾所产生的坞墩支反力的计算分析表明:坞墩支反力随着纵倾值的增加而增大方案 所对应的端部坞墩总图 结构变形图 坞墩支板力图支反力为 单坞墩支反力 小于端部单个木坞墩所能最大承受 为避免落墩重量集中于单一坞墩应无横倾地落墩)对环段起浮过程以及漂浮状态的稳性分析结果表明两种状态的稳性值均大于.满足起浮稳性要求)经过 结构建模计算方案 的环段结构最大应力.最大应力处材料许用应力为 结构应力小于许用应力结构强度符合要求综上所述搭载方案 的浮态、稳性、结构强度和坞墩支反力均满足要求方案可行参考文献 王璐玭柳卫东.大型集装箱船环段起浮稳性分析.船海工程():.王能华.船坞半船起浮建造技术研究.江苏科技信息():.工业和信息化部.船舶进出干船坞技术要求.北京:中国船舶工业综合技术经济研究院出版.金攀峰.船坞内尾底部半船起浮计算.广东造船():.(下转第 页)年第 期詹熳宁等:氨燃料散货船的方案设计船海工程第 卷参考文献 白二亮唐诗佳.一种氨燃料舱及其压力保持系统的原理设计.船舶物资与市场():.王月姑周梅王兆林等.以氨燃料为介质的全生命周期储能效率估算.储能科学与技术():.中国船级社.天然气燃料动力船规范.高子朋詹宇王民等.船用 双燃料发动机技术分析.中国船检():.蒋雄健张道志周鑫元.液氨运输船氨燃料技术应用.柴油机():.李欣王怡周熲等.大型远洋双燃料散货船 处理方法的应用分析.船舶工程():.(.):.:(上接第 页)盛振邦刘应中.船舶原理.上海:上海交通大学出版社.(.):.: