码头阶段主机负荷试验带缆靠泊及受力核准方法与流程

1.本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及一种码头阶段主机负荷试验带缆靠泊及受力核准方法。


背景技术：

2.船舶下水后，需要在码头以最低稳定转速进行柴油机或者全回转推进器的负荷试验，在试验时，一般采用多根缆绳进行带缆绳，同时为防止船舶与码头岸边碰撞，在码头和船舶之间增加靠泊浮球，由于螺旋桨的强大推力，且船舶处于航速为0的状态，在国内多个船厂发生过缆绳断裂、船舶碰撞等安全事故，因此在主机负荷试验前，缆绳、船舶带缆桩、码头带缆桩和缆绳均需要满足其螺旋桨的推力要求，以防止发生安全事故。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种码头阶段主机负荷试验带缆靠泊及受力核准方法，用以解决现有技术中码头阶段主机负荷试验易发生安全事故的难题。
4.本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
5.本发明提供了一种码头阶段主机负荷试验带缆靠泊及受力核准方法，包括：
6.在船舶上布设四根缆绳和三个靠泊浮球；
7.根据所述四根缆绳和所述三个靠泊浮球的相对于船舶的位置关系创建力学数学模型；
8.通过调整每根所述缆绳的长度以使任意两根所述缆绳之间的受力差不大于预设值；
9.对所述力学数学模型进行简化处理；
10.获取目标参数并利用简化后的所述力学数学模型计算单个所述靠泊浮球因被压缩所提供的反力、每根所述缆绳作用在船舶上的拉力；
11.根据单个所述靠泊浮球因被压缩所提供的反力、每根所述缆绳作用在船舶上的拉力对缆绳和靠泊浮球进行选型，并对船舶缆桩和码头缆桩进行受力校核直至其满足预设要求；
12.其中，所述缆绳的两端分别与船舶缆桩和码头缆桩连接，每个所述缆绳均呈斜向布置，三个所述靠泊浮球设置在码头和船舶舷侧之间，每个所述靠泊浮球通过船体舷侧外板上焊接的眼板或耳环固定。
13.优选的，其中，每个所述靠泊浮球上还设置有拉索以将其固定在舷侧外板上。
14.优选的，其中，所述目标参数包括：
15.螺旋桨进速为0时的推力、每个所述缆绳的拉力于船舶纵向所成的锐角、螺旋桨或推进器的推力系数、螺旋桨直径、柴油机或推进器的最低稳定转速。
16.优选的，其中，简化前的所述力学数学模型如下：
17.k
t
*ρ*d4*n2＝t
18.cosθ1*f1+cosθ2*f2+cosθ3*f3+cosθ4*f4＝t
19.sinθ1*f1+sinθ2*f2+sinθ3*f3+sinθ4*f4＝3f球；
20.其中，柴油机或全回转推进器在以最低稳定转速n转动时，螺旋桨推力t平行于船舶纵向，朝首；4根缆绳作用在船舶上的拉力分别为f1，f2，f4，f4；其拉力与船舶纵向所成的锐角分别为θ1，θ2，θ3，θ4，f球为单个靠泊浮球因被压缩所提供的反力，k
t
为螺旋桨或推进器的推力系数，d为螺旋桨直径，ρ为水密度。
21.优选的，其中，简化后的所述力学数学模型如下：
22.k
t
*ρ*d4*n2＝t
23.(cosθ1+cosθ2+cosθ3+cosθ4)*f单＝t
24.(sinθ1+sinθ2+sinθ3+sinθ4)*f单＝3f球。
25.优选的，其中，螺旋桨进速为0时的推力t计算公式由螺旋桨设计手册或船舶总体设计手册获取。
26.优选的，其中，k
t
、d和n由螺旋桨或推进器资料中获取。
27.优选的，其中，θ1，θ2，θ3，θ4由现场实际带缆情况获取。
28.优选的，其中，船舶缆桩和码头缆桩满足预设要求如下：
29.f绳额≥1.5f单
30.f球额≥1.5f球
31.swl1≥1.5f单
32.swl2≥1.5f单
33.其中，f绳额为单根缆绳的额定拉力，f球额为单个靠泊浮球所能提供的极限反力，swl1为单个船舶缆桩的额定载荷，swl2为单个码头缆桩的额定载荷。
34.优选的，其中，还包括：
35.基于船舶缆桩和码头缆桩受力校核无法满足预设要求，增加缆绳的数量、船舶缆桩的数量、码头缆桩的数量、靠泊浮球的数量更新所述力学数学模型、调整所述靠泊浮球及所述缆绳的选型直至船舶缆桩和码头缆桩受力校核满足预设要求。
36.本发明至少具有以下特点及优点：
37.1、本发明通过使用缆绳、缆桩、靠泊浮球实现码头主机负荷时的带缆和靠泊方案，具有一定的普遍通用性。
38.2、本发明将主机负荷阶段的船舶带缆和靠泊浮球方案建立简易数学模型，并对各参数进行定义，使受力计算大大简化，方便计算和校验；
39.3、本发明对缆绳、靠泊浮球、船舶缆桩和码头缆桩进行受力校核以及选型，大大增加了主机或推进器最低稳定转速试验下的安全性，大大减少了安全事故风险。
40.4、本发明螺旋桨推力t在计算时是默认螺旋桨完全浸没的，但在实际试验过程中，可能螺旋桨处于非完全浸没状态，因此如果采用浸没状态核算受力满足要求的情况下，由于推力减小，则非浸没状态也是安全的。
41.5、本发明计算方法可为采用柴油机和全回转推进器类船舶提供计算指导，具有广泛的应用意义。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1为本发明码头阶段主机负荷试验带缆靠泊及受力核准方法的流程框图；
44.图2为本发明缆绳及靠泊浮球布置主视图；
45.图3为本发明缆绳及靠泊浮球布置俯视图；
46.图4为本发明缆绳及靠泊浮球布置侧视图；
47.图5为本发明力学数学模型受力分析示意图。
具体实施方式
48.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下文所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.本发明提供了一种码头阶段主机负荷试验带缆靠泊及受力核准方法，请参见图1至图5，包括：
50.s1、在船舶上布设四根缆绳和三个靠泊浮球；
51.s2、根据四根缆绳和三个靠泊浮球的相对于船舶的位置关系创建力学数学模型；
52.s3、通过调整每根缆绳的长度以使任意两根缆绳之间的受力差不大于预设值；
53.s4、对力学数学模型进行简化处理；
54.s5、获取目标参数并利用简化后的力学数学模型计算单个靠泊浮球因被压缩所提供的反力、每根缆绳作用在船舶上的拉力；
55.s6、根据单个靠泊浮球因被压缩所提供的反力、每根缆绳作用在船舶上的拉力对缆绳和靠泊浮球进行选型，并对船舶缆桩和码头缆桩进行受力校核直至其满足预设要求；
56.其中，缆绳的两端分别与船舶缆桩和码头缆桩连接，每个缆绳均呈斜向布置，三个靠泊浮球设置在码头和船舶舷侧之间，每个靠泊浮球通过船体舷侧外板上焊接的眼板或耳环固定。
57.本发明能保证缆绳、船舶带缆桩、码头带缆桩和缆绳的受力均在其额定受力范围内，确保不发生安全事故。
58.在一些实施例中，请参见图2至图4，每个靠泊浮球上还设置有拉索以将其固定在舷侧外板上。
59.在一些实施例中，目标参数包括：螺旋桨进速为0时的推力、每个缆绳的拉力于船舶纵向所成的锐角、螺旋桨或推进器的推力系数、螺旋桨直径、柴油机或推进器的最低稳定转速。
60.在一些实施例中，简化前的力学数学模型如下：
61.k
t
*ρ*d4*n2＝t
62.cosθ1*f1+cosθ2*f2+cosθ3*f3+cosθ4*f4＝t
63.sinθ1*f1+sinθ2*f2+sinθ3*f3+sinθ4*f4＝3f球；
64.其中，柴油机或全回转推进器在以最低稳定转速n转动时，螺旋桨推力t平行于船舶纵向，朝首；4根缆绳作用在船舶上的拉力分别为f1，f2，f4，f4；其拉力与船舶纵向所成的锐角分别为θ1，θ2，θ3，θ4，f球为单个靠泊浮球因被压缩所提供的反力，k
t
为螺旋桨或推进器的推力系数，d为螺旋桨直径，ρ为水密度。
65.进一步的，简化后的力学数学模型如下：
66.k
t
*ρ*d4*n2＝t
67.(cosθ1+cosθ2+cosθ3+cosθ4)*f单＝t
68.(sinθ1+sinθ2+sinθ3+sinθ4)*f单＝3f球。
69.在一些实施例中，螺旋桨进速为0时的推力t计算公式由螺旋桨设计手册或船舶总体设计手册获取，k
t
、d和n由螺旋桨或推进器资料中获取，θ1，θ2，θ3，θ4由现场实际带缆情况获取。
70.在一些实施例中，船舶缆桩和码头缆桩满足预设要求如下：
71.f绳额≥1.5f单
72.f球额≥1.5f球
73.swl1≥1.5f单
74.swl2≥1.5f单
75.其中，f绳额为单根缆绳的额定拉力，f球额为单个靠泊浮球所能提供的极限反力，swl1为单个船舶缆桩的额定载荷，swl2为单个码头缆桩的额定载荷。
76.在一些实施例中，请参见图1，还包括：
77.s7、基于船舶缆桩和码头缆桩受力校核无法满足预设要求，增加缆绳的数量、船舶缆桩的数量、码头缆桩的数量、靠泊浮球的数量更新力学数学模型、调整靠泊浮球及缆绳的选型直至船舶缆桩和码头缆桩受力校核满足预设要求。
78.现通过一个具体实施例来对本发明做详细说明，请参见图1至图5：
79.船舶在码头阶段，需以最低稳定转速n进行主机负荷试验，主机可以为全回转推进器或柴油机，由若干缆绳系固，缆绳由船舶缆桩和码头缆桩连接；由于缆绳为斜向，因此螺旋桨推进时使使船舶向码头岸边抵靠，因此在码头和船舶之间增加若干浮球，浮球通过在船体外板上焊接眼板或耳环，并用拉索固定，具体见图2至图3。
80.本发明将以采用4根缆绳和3个浮球并建立力学数学模型进行说明，模型中各个参数含义及说明如下表所示：
[0081][0082][0083]
柴油机或全回转推进器在以最低稳定转速n转动时，螺旋桨推力t平行于船舶纵向，朝首；4根缆绳作用在船舶上的拉力分别为f1，f2，f4，f4；其拉力与船舶纵向所成的锐角分别为θ1，θ2，θ3，θ4。3个靠泊浮球作用给船舶的反力垂直于船体纵向，粗略假设三个靠泊浮球受力相同。由于船舶在螺旋桨转动时处于静止状态，因此船舶受力满足以下方程组：
[0084]kt
*ρ*d4*n2＝t(1)
[0085]
cosθ1*f1+cosθ2*f2+cosθ3*f3+cosθ4*f4＝t(2)
[0086]
sinθ1*f1+sinθ2*f2+sinθ3*f3+sinθ4*f4＝3f球(3)
[0087]
在实际试验过程中，需要通过调整缆绳的长度，尽可能的使每根缆绳均匀受力，避免单根缆绳受力过大，因此在计算时可认为f单＝f1＝f2＝f3＝f4。(在实际试验中，每根缆绳的受力难以达到绝对的一致，因此可以在缆绳选型时增加安全系数，或再增加多根缆绳的方式确保安全)。
[0088]
综上，公式(1)、(2)和(3)可简化为：
[0089]kt
*ρ*d4*n2＝t(4)
[0090]
(cosθ1+cosθ2+cosθ3+cosθ4)*f单＝t(5)
[0091]
(sinθ1+sinθ2+sinθ3+sinθ4)*f单＝3f球(6)
[0092]
螺旋桨进速为0时的推力t计算公式由“螺旋桨设计手册”或“船舶总体设计手册”获取，其中k
t
、d和n由螺旋桨或推进器资料中获取；θ1，θ2，θ3，θ4由现场实际带缆情况获取。
[0093]
因此可由(4)、(5)和(6)公式中获取f球和f单的数值。
[0094]
为确保试验安全，需根据f球和f单的数值来选取缆绳、靠泊浮球，并校核船舶缆桩
和码头缆桩是否满足要求，安全起见，可将安全系数确定为1.5倍，因此需满足：
[0095]
f绳额≥1.5f单(7)
[0096]
f球额≥1.5f球(8)
[0097]
swl1≥1.5f单(9)
[0098]
swl2≥1.5f单(10)
[0099]
因此可根据公式7、8、9、10的要求，对缆绳和靠泊浮球进行选型，并对船舶缆桩和码头缆桩进行受力校核，使其满足试验受力要求。
[0100]
如在计算中发现受力计算不满足要求，可通过增加缆绳数量、增加缆桩、增加靠泊浮球、调整浮球选型、调整缆绳选型等方式，直至其满足计算要求为止。
[0101]
本发明至少具有以下特点及优点：
[0102]
1、本发明通过使用缆绳、缆桩、靠泊浮球实现码头主机负荷时的带缆和靠泊方案，具有一定的普遍通用性。
[0103]
2、本发明将主机负荷阶段的船舶带缆和靠泊浮球方案建立简易数学模型，并对各参数进行定义，使受力计算大大简化，方便计算和校验；
[0104]
3、本发明对缆绳、靠泊浮球、船舶缆桩和码头缆桩进行受力校核以及选型，大大增加了主机或推进器最低稳定转速试验下的安全性，大大减少了安全事故风险。
[0105]
4、本发明螺旋桨推力t在计算时是默认螺旋桨完全浸没的，但在实际试验过程中，可能螺旋桨处于非完全浸没状态，因此如果采用浸没状态核算受力满足要求的情况下，由于推力减小，则非浸没状态也是安全的。
[0106]
5、本发明计算方法可为采用柴油机和全回转推进器类船舶提供计算指导，具有广泛的应用意义。
[0107]
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种码头阶段主机负荷试验带缆靠泊及受力核准方法，其特征在于，包括：在船舶上布设四根缆绳和三个靠泊浮球；根据所述四根缆绳和所述三个靠泊浮球的相对于船舶的位置关系创建力学数学模型；通过调整每根所述缆绳的长度以使任意两根所述缆绳之间的受力差不大于预设值；对所述力学数学模型进行简化处理；获取目标参数并利用简化后的所述力学数学模型计算单个所述靠泊浮球因被压缩所提供的反力、每根所述缆绳作用在船舶上的拉力；根据单个所述靠泊浮球因被压缩所提供的反力、每根所述缆绳作用在船舶上的拉力对缆绳和靠泊浮球进行选型，并对船舶缆桩和码头缆桩进行受力校核直至其满足预设要求；其中，所述缆绳的两端分别与船舶缆桩和码头缆桩连接，每个所述缆绳均呈斜向布置，三个所述靠泊浮球设置在码头和船舶舷侧之间，每个所述靠泊浮球通过船体舷侧外板上焊接的眼板或耳环固定。2.根据权利要求1所述的码头阶段主机负荷试验带缆靠泊及受力核准方法，其特征在于，每个所述靠泊浮球上还设置有拉索以将其固定在舷侧外板上。3.根据权利要求2所述的码头阶段主机负荷试验带缆靠泊及受力核准方法，其特征在于，所述目标参数包括：螺旋桨进速为0时的推力、每个所述缆绳的拉力于船舶纵向所成的锐角、螺旋桨或推进器的推力系数、螺旋桨直径、柴油机或推进器的最低稳定转速。4.根据权利要求3所述的码头阶段主机负荷试验带缆靠泊及受力核准方法，其特征在于，简化前的所述力学数学模型如下：k
t
*ρ*d4*n2＝tcosθ1*f1+cosθ2*f2+cosθ3*f3+cosθ4*f4＝tsinθ1*f1+sinθ2*f2+sinθ3*f3+sinθ4*f4＝3f球；其中，柴油机或全回转推进器在以最低稳定转速n转动时，螺旋桨推力t平行于船舶纵向，朝首；4根缆绳作用在船舶上的拉力分别为f1，f2，f4，f4；其拉力与船舶纵向所成的锐角分别为θ1，θ2，θ3，θ4，f球为单个靠泊浮球因被压缩所提供的反力，k
t
为螺旋桨或推进器的推力系数，d为螺旋桨直径，ρ为水密度。5.根据权利要求4所述的码头阶段主机负荷试验带缆靠泊及受力核准方法，其特征在于，简化后的所述力学数学模型如下：k
t
*ρ*d4*n2＝t(cosθ1+cosθ2+cosθ3+cosθ4)*f单＝t(sinθ1+sinθ2+sinθ3+sinθ4)*f单＝3f球。6.根据权利要求5所述的码头阶段主机负荷试验带缆靠泊及受力核准方法，其特征在于，螺旋桨进速为0时的推力t计算公式由螺旋桨设计手册或船舶总体设计手册获取。7.根据权利要求6所述的码头阶段主机负荷试验带缆靠泊及受力核准方法，其特征在于，k
t
、d和n由螺旋桨或推进器资料中获取。8.根据权利要求7所述的码头阶段主机负荷试验带缆靠泊及受力核准方法，其特征在于，θ1，θ2，θ3，θ4由现场实际带缆情况获取。9.根据权利要求8所述的码头阶段主机负荷试验带缆靠泊及受力核准方法，其特征在
于，船舶缆桩和码头缆桩满足预设要求如下：f绳额≥1.5f单f球额≥1.5f球swl1≥1.5f单swl2≥1.5f单其中，f绳额为单根缆绳的额定拉力，f球额为单个靠泊浮球所能提供的极限反力，swl1为单个船舶缆桩的额定载荷，swl2为单个码头缆桩的额定载荷。10.根据权利要求8所述的码头阶段主机负荷试验带缆靠泊及受力核准方法，其特征在于，还包括：基于船舶缆桩和码头缆桩受力校核无法满足预设要求，增加缆绳的数量、船舶缆桩的数量、码头缆桩的数量、靠泊浮球的数量更新所述力学数学模型、调整所述靠泊浮球及所述缆绳的选型直至船舶缆桩和码头缆桩受力校核满足预设要求。

技术总结
本发明公开了一种码头阶段主机负荷试验带缆靠泊及受力核准方法，包括：在船舶上布设四根缆绳和三个靠泊浮球；根据四根缆绳和三个靠泊浮球的相对于船舶的位置关系创建力学数学模型；通过调整每根缆绳的长度以使任意两根缆绳之间的受力差不大于预设值；对力学数学模型进行简化处理；获取目标参数并利用简化后的力学数学模型计算单个靠泊浮球因被压缩所提供的反力、每根缆绳作用在船舶上的拉力；根据单个靠泊浮球因被压缩所提供的反力、每根缆绳作用在船舶上的拉力对缆绳和靠泊浮球进行选型，并对船舶缆桩和码头缆桩进行受力校核直至其满足预设要求。本发明能保证缆绳、船舶带缆桩、码头带缆桩和缆绳的受力均在其额定受力范围内，确保安全。确保安全。确保安全。


技术研发人员：王少华 杨飞飞 方绍保 孙楠 彭子洋
受保护的技术使用者：中船黄埔文冲船舶有限公司
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/8/24