《海洋石油支持船特殊操纵性及其性能研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《海洋石油支持船特殊操纵性及其性能研究（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、海洋石油支持船特殊操纵性原其性能指标研究 林文锦 内窑提要概注:每洋右油支持船的功能恃者、和对海洋石油支持船的性能要求!并就到:堤载荷与船舶运动模式1对海洋石油 支持船的动力配置要求与特殊操纵性进行分析，界定了构成特殊操纵性性能指标的定点定向，If向重原、定点回旋、定向位 移四项操纵性能指标的基事概念，并对这些性能指标及其应用分别进行探讨与论述e 关键词.海洋石油支持船特殊操纵性性能指标 Study on Special Maneuverability heading and position holding capacity,heading recovery, rotation around
2、 a fixed-point,shiftingwitha fixed-heading,whichare performance indexesofspecial maneuverabilityforoffshore support vessels.Also,itmakes further discussiononthese indexes and their utilization respectively Keywords:OffshoreSupport VesselSpecial ManeuverabilityPerformance Index 中;每油田服务股份有限公司 ijjai- 设
3、、撤除、检修水上水下电缆或管道的施工作业支持 外，还可用于为浮式产储装置(FPSO)提供提油作业支 持，输送散装液体和固体钻采物资等。 海洋石油支持船以近海供应船的入级规范的技术 要求为基础船型设计建造，并综合考虑附加功能所对 应的有关规范的技术要求。一般按无限航区要求设计， 具有双层底及边舱舱室结构，采用前倾式船街、巡洋舰 式船娓，将起居处所和驾驶台设在精部，在后都区域提 供了开敞式艇部甲板，装备有满足功能要求的甲板机 械、索具和专用设备及相关系统，用于载运海上设施的 专用物资与设备，或在拖曳、错作、工程施工等作业支 持活动时作为作业甲板使用。此外，在主甲板以下区域 布置有分舱结构合理的许多
4、液舱和/或密闭罐及其装 载与输送系统，用于海上设施专用散装液体和固体物 资的载运与输送，并用于调整控制船的载况和稳性。 船舶人级检验机构通常根据海洋石油支持船的船 体结构、船舶设备配置和船舶具备的主要功能等授予 该类船舶的船级附加标志。对于该类船舶的种类归属 及其管理，目前在国内尚未有明确规范的界定，但我国 主管机关、船级社以及相关机构正在研究探讨之中。 2海洋石油支持船的性能要求 海洋石油支持船从事的海上作业支持活动，通常 需要在远离陆地的各种不同的海洋环境条件下进行， 不仅要具有靠离港内码头泊位的操纵性能，更要具有 靠离海上设施或执行相应作业支持的操纵性能，以便 在一定的环境载荷条件下实时
5、对船的航迹与船位状态 进行精确控制。 海洋石油支持船靠泊海上设施进行物资和人员转 移，以及在拖曳锚作和其他相关作业支持时进行连接、 解脱或传递短索或其它相关索具的操作;或在移动式 海上设施就位、撤离或限位等作业活动期间，在海上设 冒|曹 海洋石油开采活动最早始于1887年，当时在近岸 数米水深的海城钻探了世界上第一口海上探井，揭开 了海洋石油勘探的序幕。海洋石油开采活动受制于高 技术、高风险、高投资的特点，发展缓慢，至20世纪40 年代，英国北海海域及墨西哥湾在浅海近岸开始油气 生产;到了60年代初期半潜式平台出现，要求一些近 海供应船同时具备有为海上设施迁移提供拖曳锚作及 就位支持的能力，并
6、具备有特殊的船舶操纵性。海洋石 油支持船也因此在国际上成为船舶领域新出现的一种 船舶种类。国际海事组织及许多行业组织均习惯于将 该类船舶归类于海洋石油支持船(OffshoreSupport Yessels，或OSY)类别。 进入21世纪以后，随着海洋石油开来活动向深水 和超深水海域的不断拓进，海洋石油支持船无论在使 用功能、技术性能，还是设计建造、操作要求等方面均 有了新的变化和更高要求。我国国内的海洋石油支持 船，目前已有高达200艘以上的相当规模，并有继续增 长的态势。 本文将针对海洋石油支持船的功能特点，对特殊 操纵性能的要求进行介绍，并就环境载荷与船舶运动 模式，对海洋石油支持船的动力
7、配置要求等方面进行 分析与探讨。论述其具备的特殊操纵性特点，界定这些 操纵性能指标的基本概念及其应用方法，以促进海洋 石油支持船的管理、操作和相关应用的进一步规范。 1海洋石油支持船的功能 海洋石油支持船:是指专门进行与海洋石油开来 活动有关的供应、拖曳、锚作、守护、破冰、人员载运、提 油支持、工程施工、遥控潜水器(ROY)支持和检测等作 业支持的船舶。具有拖曳锚作供应功能的海洋石油支 持船除参与设置、拆除水上、水下的海上设施以及铺 。 第2期航海技术)2010年 2 施的相应方位和距离上控制海上设施状态，通常需要 海洋石油支持船以非系泊方式保持船位与精向的相对 稳定，即需要以“定点定向“、“
8、精向复原“方式操纵控制 船舶a此外，海洋石油支持船在接近和人泊海上设施期 间，调整或重新设定脂向及船位、提油支持、工程施工、 遥控潜水器支持、检测等作业支持时，通常需要海洋石 油支持船原地改变脯向，或在保持自首向时向指定方向 i故位移运动，P需要以“定点回旋“、“定向位移“或“精 向复原“方式操纵控制船舶c 根据以上海洋石油支持船的作业支持活动特点对 船舶操纵性能的要求，海洋石油支持船必须具备有以 上特殊的操纵性能，以满足在一定的环境条件下为海 洋石油开来活动提供所需的相应作业支持能力。 3环境载荷与船舶运动模式 船舶在波浪的作用下，围绕着船舶重心之X、Y、Z 轴作线性运动和回转运动。对海洋石
9、油支持船的运动、 船位保持及船体姿态控制有直接影响的因素是船在波 浪中的横荡、纵荡和精摇运动，以及风压和流压的叠加 作用等。这些环境载荷相对于船舶重心形成横向、纵向 分力及偏转力矩，使得船舶产生位置偏移或脑向偏转。 可见，海洋石油支持船首先要具备有克服位置偏 移或脯向偏转所需的横向、纵向推力及回转力矩，才能 具有所对应环境载荷下的“定点定向“操纵能力，以及 相应的“箱向复原“、“定点回旋“和“定向位移“操纵能 力。而该能力完全取决于海洋石油支持船具备的动力 配置，容许的动力负载及环境载荷。 4海洋石油支持船的动力配置 为使海洋右油支持船具有输出横向、纵向推力及 产生回转力矩的能力，海洋石油支持
10、船必须至少装备 有满足其尺度和相应功能要求的、可分别在驾驶台直 接操纵的主推进动力装置和舵装置(或舵桨型主推进 装置)各两台，以及脯部侧向推力装置一台，使其在一 定的环境载荷下具备相应的定点定向、自首向复原、定点 回旋、定向位移的操纵能力。 相当部分的海洋石油支持船还具备有娓部侧向推 力器和一个以上自箱部侧向推力器。除此外，少数具备 动力定位系统(DP)的海洋石油支持船通常采用全回转 型的主推进器和腊部侧向推力器。 对于装备有适当数量推力器并具有相当推力功率 的海洋石油支持船，相对于某一特定的推力器及舵的 配置，可根据所需的回转力矩及推力器利用率和/或容 许动力负载的某一给定值，并通过人工操纵
11、方式或自 动操纵方式输出横向、纵向所需的分力和回转力矩，抵 消或抑制船的横荡、纵荡和脑摇运动，以及由风压和流 压的叠加影响，使得海洋石油支持船在横荡轴和纵荡 轴上各种控制力的组合下进行操纵运动。 海洋右袖支持船特酷操纵性且其性能指标研究一一林立锦 由于船舶的横荡轴和纵荡轴上的每一对力都司向 成力的矢蠢，所以，在平面上由海洋石油支持船许可推 力构成范围内的每一点都相应于某一特定的控制力组 合c这一对力则取决于环境载荷所要求的回转力矩的 大小，一旦所要求的回转力矩大小或环境载荷改变， 就需要以相对应的恃定的控制力组合控制船舶的运动 状态。如果所要求的力矢量超过了推力许可范围的边 界，那么推力许可范
12、围的边界就是该船当时所具备的 极限力矢量，由此形成的平面图形即为该船的推力性 能图。 绝大多数的海洋石油支持船的纵向、横向或全回 转推进器或推力器通常采用变liE桨(CPP)型式。用于海 洋石油支持船的推进装置/推力器的类型主要有: (1)耀轴传动式推进装置:可细分为带或不带导管 式变liE桨或定距桨，大多数海洋石油支持船的推进装 置为带导管式变距桨。 (2)全国转推进装置/推力器可细分为带或不带 导管式变liE桨或定距桨。 (3)槽式或伸缩式(侧向)推力器可细分为定距桨 或变距桨二种。 (4)外摆线直翼式推进器:由五个可变换角度的垂 直翼围绕垂向轴以外摆线旋回方式运转的舵桨型推进 装置，通过
13、调整横向偏心量的方向和位置，不仅可输出 推力，也可快速改变推力方向。 在舵设备方面，大多数海洋石油支持船通常装备 有可分别操控的双舵系统。该系统的发展是源于船舶 主令操纵系统(Joystick)和动力定位系统对舵设备单元 及其控制应用的要求而产生的，许多海洋石油支持船 通常采用带有子舵叶的增效型襟翼舵。可分别操控的 双舵系统在手动操舵模式下，可根据推力装置的推力 方向和大小不同，对tr.舵和右舵分别进行不同舵角及 向的操控，以最适当的车舵配比充分发挥操纵设备 性能，实现最佳操纵效果。 大部分的海洋石油支持船装备有主令操纵系统; 部分多功能具有足，够动力冗余的海洋石油支持船还具 备有动力定位系统
14、，以降低船长的工作强度及最大限 度避免可能的人为操纵错误。对于具备足够动力及合 理电网配置的海洋石油支持船，可在常规航行及作业 条件下，提供相应可靠的动力及技术冗余，并降低部分 动力设备可能出现的突发性运行故障导致船舶失控的 潜在风险。 由于海洋石油支持船在动力配置方面具备有操纵 所需的相应的横向、纵向推力及回转力矩，因此，海洋 石油支待船在一定的环境载荷下具备有对应的定点定 向及相应的脑向复原、定点回旋、定向位移的特殊操 纵性。 3 厅F京三芝- 斗14“., 仁4二二三:二i却 7飞坪抖护;/Iifil午丰产二)“ 跺制?;i副:;王Z;7，、5到Di摆酶酌盘踹盼盼A当船舶偏离设定脯向的角
15、 度大于许可偏角时，该船不具备精向复原能力，并将继 续偏离设定腊向导致船舶失控偏转。 图l所示的某一海洋石油支持船的定点定向性 能标绘图上，可查得该船的自首向复原操纵性能参数:在 1kn流速下，如风速为40len，则船赠向左或向右的许 可偏离角度约为不超过26;在2kn流速下，如风速 为40len，则船舶向左或向右的许可偏离角度约为不超 5特殊操纵性性能指掠;主i: 海洋石油支持船的操纵性指标可分为 基本操纵性能搭标和恃珠操纵性能指标。 基本操纵性性能指标与其他类型船舶 -样，是指旋回(旋回性及初始回转性)、直 航(偏转抑制性能和保向性)、后退及停船 (ff船性能)的性能指标c由于动力配置及
16、驾驶台位置等恃点，海洋石油支持船具有 转向灵活与停船冲程小的优伍，但要渔意 进车打舵操纵时的甩饵，以及停车淌航时 的舵效变差与偏转等现象。， 对于海洋石油支持船的特殊操纵性性能指标，本 文将对构成特殊操纵性的四项操纵性能指标分别界定 其基本概念，并对相关应用进行探讨和论述。 5.1定点定向操纵性能指标 定点定向性能指标目是指海洋石油支持船在任一 方向二同时受风和恒定流的影响时，可在原地保持船 位和精向不变时在该方向上所许可的最大风速。该性 能还与船的吃水及纵倾程度有关。 海洋石油支持船的定点定向操纵性能指标通常以 以下方法表示: 以f宣定流速分别为Okn、0.5kn、1kn、1.5kn和2kn， 在双主推进器、舵装置及侧向推力器的许可使用范围 内，海洋石油支持船在任一方向恒定受流时，可保持船 蜡向和对地位置能力所对应的该方向上受风的最大风 速，并以风速Okn至501m或至!OOkn为半径范围在 所有方向上进行作图标绘，以确定该船所具备的定点 定向性能参数。 具备动力定位系统的海洋石油支持船通常备有不 同流速下的定点定向性能标绘图，并可实时显示当时
