一种半潜式平台压载/排压载过程中许用VCG获取方法与流程

一种半潜式平台压载/排压载过程中许用vcg获取方法
技术领域
1.本发明涉及海洋工程领域设计阶段vcg(海工平台各个吃水下最大允许重心高度)的确定，更具体地说，涉及半潜式平台通过压载/排压载水过程中许用vcg快速获取方法。


背景技术：

2.半潜式平台主要有拖航工况、自存工况、作业工况三种典型工况，每种典型工况对应平台一种典型吃水(t
典型
)。当平台受到作业需求、环境气象条件等因素影响时，需要由一个典型工况通过压载/排压载水操作过渡到另一个典型工况，即由一个典型工况吃水过渡到另一个典型工况吃水。按照吃水的大小，对于半潜式平台一般存在t
作业
》t
自存
》t
拖航
的规律，即自存工况吃水为中间吃水。由自存工况转向作业工况需要进行添加压载水，由自存工况转向拖航工况需要进行排压载水。在各个典型工况吃水之间的任意吃水都被称为临时工况吃水(ti)。在半潜平台设计过程中，要确保所有典型工况和临时工况平台稳性均要满足安全性要求。对于半潜式平台而言，当下稳性校核方式为获取平台各个工况下的许用vcg值，只要确保平台各个典型工况和临时工况的实际vcg值均小于许用vcg值则认为平台稳性满足要求。
3.目前对于许用vcg的获取大多采用软件获取。由于半潜平台船型复杂，各个工况吃水跨度大，需要满足的稳性衡准多，校核的工况繁杂，因此需要大量的时间精力来进行半潜平台的稳性校核，在借助商业软件的前提下仍然耗时大。


技术实现要素：

4.现有技术中，针对半潜式平台，获取各个工况下的许用vcg值是十分繁琐耗时的问题，以及需要满足的稳性衡准要求多，需要借助商业软件进行分析获取，且平台尺寸越大，耗时越多，随之带来的计算成本越大等问题，本发明通过数座半潜式平台设计经验归纳总结出一条要求更为严格的数值计算稳性衡准，通过本发明获取方法，大大改进半潜式平台压载/排压载过程中许用vcg值获取效率。
5.为了达到上述目的，本发明提供了一种半潜式平台压载/排压载过程中许用vcg获取方法，包括如下步骤：
6.a)工况的选取
7.由于半潜式平台自存工况吃水为中间吃水，选取自存工况为初始工况；与初始工况对应的是初始工况吃水t
自存
，在该吃水下进行排压载水，达到拖航工况吃水t
拖航
；在初始工况吃水下进行添加压载水达到作业工况吃水t
作业
；
8.在三个典型工况吃水转换的过程中选取步长，设定若干个中间临时工况吃水ti，表示依次第i个工况，i为1、2、3
……
；
9.b)三维模型建立及初始参数选取
10.半潜式平台三维模型建立并获取静水力信息和舱容信息，如下：
11.t
拖航
/t
自存
/t
作业
/ti：所有工况吃水值，单位：米；
12.排水量δi：选中的所有工况吃水对应的排水量，单位：吨；
13.kmli：选中的所有工况对应的纵向稳性半径，单位：米；
14.kmti：选中的所有工况对应的横向稳性半径，单位：米；
15.vcg
压载/排压载
：添加或排掉部分压载水的重心高度值，由舱容信息获得，单位：米；
16.c)各工况经验界限vcg值获取
17.采用公式1确定三个典型工况经验界限vcg：
18.vcg
经典imax
＝km
经典imin-gm
经典imin
ꢀꢀ
(公式1)
19.其中：
20.vcg
经典imax
：典型工况下依据经验获取得到的该吃水工况下平台能够满足稳性要求的重心高度最大值，单位：米；
21.km
经典imin
：对应典型工况，b)中提到到的kmli和kmti二者中较小者，单位：米；
22.gm
经典imin
：常量，取0.5～3米；
23.采用公式2进行中间临时工况确定经验界限vcg：
24.vcg
临时imax
＝km
临时imin-gm
临时imin
ꢀꢀ
(公式2)
25.其中：
26.vcg
临时imax
：各中间临时工况下依据经验获取得到的该吃水工况下平台能够满足稳性要求的重心高度最大值，单位：米；
27.km
临时imin
：对应中间临时工况，b)中提到到的kmli和kmti二者中较小者，单位：米；
28.gm
临时imin
：常量，取0.1～0.9米；
29.d)获取各工况假定vcg值
30.获取各工况假定vcg时，选取典型工况自存工况即t
自存
吃水工况为初始工况，将依据c)中公式获取得到的自存工况吃水下的vcg
经典imax
值作为自存工况的假定vcg值，命名为vcg
自存假定
；
31.根据a)，采用公式3进行各选取工况假定vcg获取：
[0032][0033]
δ
自存
:初始工况(自存工况)排水量，如b)所述选取的初始输入参数，自存工况下的排水量，单位：吨；
[0034]
δi:任意中间临时工况排水量，如同上述δ
自存
，为b)中描述的初始输入参数，各个选取工况的排水量，单位：吨；
[0035]
vcg
自存假定
:初始工况(自存工况)假定重心高度值，将依据c)中公式获取得到的自存工况吃水下的vcg
经典imax
值作为自存工况的假定vcg值，命名为vcg
自存假定
，单位：米；
[0036]
vcg
压载/排压载
:添加或排掉部分压载水的重心高度值；为b)中描述的初始输入参数，单位：米；
[0037]
vcg
i假定
：根据初始工况重心高度值，依据公式3求得的任意选取工况的假定重心高度值，单位：米；
[0038]
e)稳性校核及各选取工况许用vcg值确认
[0039]
在依据c)和d)中表述得到各典型工况及中间临时工况的假定重心高度值vcg
i假定
和经验限界重心高度值vcg
经验imax
后，通过对二者的对比，校核各个选取工况是否满足稳性要求；具体过程如下：
[0040]
令：ai＝vcg
经验imax-vcg
i假定
[0041]
即ai为各个选取工况下经验限界重心高度值与获取假定值间差值；
[0042]
若任意ai值均满足ai≥0
[0043]
则表明整个压载/排压载过程中，任意选取工况均满足稳性要求，此时各个选取工况下的vcg
i假定
即为各个选取工况的许用vcg值；
[0044]
若存在某个或某些工况下ai值出现ai＜0
[0045]
则表明整个压载/排压载过程中，有部分选取工况不满足稳性要求，需要进行迭代计算，如下述f)所述。
[0046]
f)迭代计算及各选取工况许用vcg值再次确认
[0047]
如e)中所述，对于出现ai＜0的情况时，需要进行二次迭代计算。计算时，选取ai值最小的工况作为初始工况，重新选取该工况的假定重心高度值，使得该工况的vcg
i假定
＝vcg
经验imax
，重复步骤d)获取过程，重新获得各个选取工况的假定重心高度值，再依据e)步骤进行稳性校核和许用vcg值确认；直至所有工况下ai均大于0，则结束。此时各工况下的vcg
i假定
即为该工况的许用vcg值；
[0048]
g)经过上述过程，获得各个典型工况和中间临时工况的许用vcg值。
[0049]
优选方式下，步骤a)中，确定中间临时工况时，在三个典型工况吃水转换的过程中选取步长为0.5m；步骤b)中建模及获取平台静水力信息，选用napa软件、compass软件、maxsurf软件实现；步骤b)中，vcg
压载/排压载
取为压载舱舱高度的一半，由舱容信息获得，单位：米；步骤c)gm
临时imin
取为0.3米；步骤c)gm
经典imin
取为1米。
[0050]
此外，步骤g)平台各个工况装载后的实际重心高度值小于许用vcg值时，则认为平台满足稳性要求，确保平台安全。
[0051]
本发明是针对半潜式平台在拖航工况、自存工况、作业工况等典型工况通过压载/排压载水操作相互转化整个过程中，快速得到整个过程中许用vcg值的一种方法；进而保证在整个压载/排压载水过程中平台稳性满足规范要求。本发明借用平台静水力信息及舱容信息(二者均由船型决定)，得出平台在整个压载、排压载过程中的许用vcg值。当整个压载/排压载水过程中有稳性不满足要求的情况时，本发明给出迭代处理方法，直至平台整个吃水调整过程满足稳性要求。当平台实际重心高度值小于本发明方法确定的许用vcg值，则平台满足稳性要求。
[0052]
本发明运用设计经验提出的半潜式平台许用vcg值获取方法，则大大缩短了获取周期，且获取值准确可靠。经初步估算，缩短获取时间10-15倍。
附图说明
[0053]
图1是本发明一个实施例中初始参数的信息状况。
[0054]
图2是经本发明方法对图1信息处理后的结果。
具体实施方式
[0055]
为了达到上述快速预报目的，本发明采取以下技术方案：
[0056]
a)工况的选取
[0057]
由于半潜式平台自存工况吃水为中间吃水，一般选取自存工况为初始工况。与初始工况对应的是初始工况吃水t
自存
，在该吃水下进行排压载水，可以达到拖航工况吃水t
拖航
(即典型工况-拖航工况)；在初始工况吃水下进行添加压载水可以达到作业工况吃水t
作业
(即典型工况-作业工况)。在三个典型工况吃水转换的过程中选取一定的步长(选取0.5m为步长为业内所接受)，设定若干个中间临时工况吃水ti。
[0058]
b)3维模型建立及初始参数选取
[0059]
本发明获取方法需要借助平台静水力信息作为初始参数参与计算，可以采用napa软件、compass软件、maxsurf软件等稳性计算软件进行半潜式平台三维模型建立并获取静水力信息和舱容信息，主要获取上述a)中选取的各个吃水工况下的排水量，纵向稳性半径，横向稳性半径信息，以及平台所有压载舱舱容、重心信息。主要初始参数选取如下：
[0060]
t
拖航
/t
自存
/t
作业
/ti：a)工况选取中选中的所有工况吃水值，单位：米；
[0061]
排水量δi：选中的所有工况吃水对应的排水量，单位：吨；
[0062]
kmli：选中的所有工况对应的纵向稳性半径，单位：米；
[0063]
kmti：选中的所有工况对应的横向稳性半径，单位：米；
[0064]
vcg
压载/排压载
：添加或排掉部分压载水的重心高度值，通常取为压载舱舱高度的一半，可由舱容信息获得，单位：米。
[0065]
c)各选取工况经验界限vcg值获取
[0066]
采用公式1进行三个典型工况经验界限vcg获取：
[0067]
vcg
经典imax
＝km
经典imin-gm
经典imin (公式1)
[0068]
其中：
[0069]
vcg
经典imax
：典型工况下依据经验获取得到的该吃水工况下平台能够满足稳
[0070]
性要求的重心高度最大值，单位：米；
[0071]
km
经典imin
：对应典型工况，b)中提到到的kmli和kmti二者中较小者，
[0072]
单位：米；
[0073]
gm
经典imin
：对于典型工况而言，gm
经典imin
取为1米。
[0074]
采用公式2进行中间临时工况经验经验界限vcg获取：
[0075]
vcg
临时imax
＝km
临时imin-gm
临时imin (公式2)
[0076]
其中：
[0077]
vcg
临时imax
：各中间临时工况下依据经验获取得到的该吃水工况下平台能够
[0078]
满足稳性要求的重心高度最大值，单位：米；
[0079]
km
临时imin
：对应中间临时工况，b)中提到到的kmli和kmti二者中较小
[0080]
者，单位：米；
[0081]
gm
临时imin
：对于各中间临时工况而言，gm
经典min
取为0.3米。
[0082]
d)各选取工况假定vcg值获取
[0083]
获取各选取工况假定vcg时，选取典型工况自存工况即t
自存
吃水工况为初始工况，将依据c)中公式获取得到的自存工况吃水下的vcg
经典imax
值作为自存工况的假定vcg值，命名为vcg
自存假定
。
[0084]
根据a)所述，可以由自存工况通过添加压载水和排掉压载水操作来改变平台吃
水，进而达到任意选取工况。采用公式3进行各选取工况假定vcg获取：
[0085][0086]
δ
自存
:初始工况(自存工况)排水量，如b)所述选取的初始输入参数，自存工况下的排水量，单位：吨；
[0087]
δi:任意中间临时工况排水量，如同上述δ
自存
，为b)中描述的初始输入参数，各个选取工况的排水量，单位：吨；
[0088]
vcg
自存假定
:初始工况(自存工况)假定重心高度值，将依据c)中公式获取得到的自存工况吃水下的vcg
经典imax
值作为自存工况的假定vcg值，命名为vcg
自存假定
，单位：米；
[0089]
vcg
压载/排压载
:添加或排掉部分压载水的重心高度值；为b)中描述的初始输入参数，单位：米；
[0090]
vcg
i假定
：根据初始工况重心高度值，依据公式3求得的任意选取工况的假定重心高度值，单位：米。
[0091]
e)稳性校核及各选取工况许用vcg值确认
[0092]
在依据c)和d)中表述得到各典型工况及中间临时工况的假定重心高度值(vcg
i假定
)和经验限界重心高度值(vcg
经验imax
)后，通过对二者的对比，校核各个选取工况是否满足稳性要求。具体对比过程如下：
[0093]
令：ai＝vcg
经验imax-vcg
i假定
[0094]
即ai为各个选取工况下经验限界重心高度值与获取假定值间差值。
[0095]
若任意ai值均满足ai≥0
[0096]
则表明整个压载/排压载过程中，任意选取工况均满足稳性要求，此时各个选取工况下的vcg
i假定
即为各个选取工况的许用vcg值。
[0097]
若存在某个或某些工况下ai值出现ai＜0
[0098]
则表明整个压载/排压载过程中，有部分选取工况不满足稳性要求，需要进行迭代计算，如下述f)所述。
[0099]
f)迭代计算及各选取工况许用vcg值再次确认
[0100]
如e)中所述，对于出现ai＜0的情况时，需要进行二次迭代计算。获取时，选取ai值最小的工况作为初始工况，重新选取该工况的假定重心高度值，使得该工况的vcg
i假定
＝vcg
经验imax
，重复步骤d)获取过程，重新获得各个选取工况的假定重心高度值，再依据e)步骤进行稳性校核和许用vcg值确认。直至所有工况下ai均大于0，则计算结束。此时各工况下的vcg
i假定
即为该工况的许用vcg值。
[0101]
g)获得许用vcg值意义
[0102]
经过上述获取过程，获得各个典型工况和中间临时工况的许用vcg值，该值可以作为半潜平台设计和日常运营期间实际装载的限界值，即只要平台各个工况装载后的实际重心高度值小于该工况获取所得的许用vcg值时，则认为平台满足稳性要求，确保平台的安全性。
[0103]
下面结合某半潜式平台为实例对本发明进行阐述。
[0104]
根据上述获取方法对某半潜式平台压载/排压载过程中许用vcg值进行获取，以自
存工况(吃水t＝14.20m)为初始获取工况。通过排压载水达到拖航工况(吃水t＝8.60m)，通过加压载水达到作业工况(吃水t＝17.20m)。中间工况吃水步长取为0.5m，结果如附图1所示表格，其中：
[0105]
吃水：获取选取的各个典型工况及中间临时工况吃水；
[0106]
排水量：各个选取工况的排水量；
[0107]
排水量差值：当前吃水工况排水量与初始吃水工况排水量的差值；
[0108]
压载水vcg：压载/排压载水的重心高度值；
[0109]
平台假定vcg：各选取工况平台假定重心高度值；
[0110]
kml/kmt:kml为纵向稳性半径，kmt为横向稳性半径，获取时选取kml/kmt中数值小者为该吃水对应的稳心半径；
[0111]
gm＝1.0m时经验界限vcg:为典型工况经验限界vcg值；
[0112]
gm＝0.3m时经验界限vcg:为各中间临时工况经验限界vcg值；
[0113]
校核差值：为平台经验限界vcg值与平台各工况假定vcg值之差,即ai。
[0114]
由表1获取结果可知，平台在排压载过程中出现部分吃水不满足规范对gm值要求，因此根据获取方法对压载/排压载过程重新选取初始工况进行获取，根据f)步骤描述原则以差值最小值的工况(吃水t＝9.50m)为初始工况，对自存工况到拖航工况转换中压载/排压载进行迭代计算。获取结果如附图2所示表格：
[0115]
由上表可知校核差值ai均为正值，即压载/排压载过程中任意吃水工况均满足稳性要求，平台假定vcg一列获取得出的各吃水工况下的平台重心高度值为平台各工况许用vcg值，结束。
[0116]
在实际设计和运营阶段，保证平台各个工况实际重心高度值低于平台对应各吃水下的许用vcg值，则认为平台满足稳性要求，保证平台的安全性。
[0117]
本发明公开了潜式平台压载/排压载过程中许用vcg(平台最大允许重心高度)获取方法。其主要原理是半潜式平台在调整作业工况(改变吃水)时是通过调整压载水量来实现的，在已知平台静水力信息和用于调整压载水的压载舱信息及压载水量的前提下，根据平台最小gm值(稳性高度值)的要求值，获取得出平台在调整压载水过程中的许用vcg值。得到许用vcg值后，只要在压载/排压载过程中平台的实际vcg值小于获取得到的许用vcg值，则认为平台在整个压载/排压载过程中稳性满足安全要求。在获取过程中，为了保证在整个调载过程中均满足规范衡准要求，需要进行二次迭代计算。使用本方法对所有半潜式平台压载/排压载过程中许用vcg进行获取，过程十分简便，大大提高了工作效率。
[0118]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种半潜式平台压载/排压载过程中许用vcg获取方法，其特征在于，包括如下步骤：a)工况的选取由于半潜式平台自存工况吃水为中间吃水，选取自存工况为初始工况；与初始工况对应的是初始工况吃水t
自存
，在该吃水下进行排压载水，达到拖航工况吃水t
拖航
；在初始工况吃水下进行添加压载水达到作业工况吃水t
作业
；在三个典型工况吃水转换的过程中选取步长，设定若干个中间临时工况吃水t
i
，表示依次第i个工况，i为1、2、3
……
；b)三维模型建立及初始参数选取半潜式平台三维模型建立并获取静水力信息和舱容信息，如下：t
拖航
/t
自存
/t
作业
/t
i
：所有工况吃水值，单位：米；排水量δ
i
：选中的所有工况吃水对应的排水量，单位：吨；kml
i
：选中的所有工况对应的纵向稳性半径，单位：米；kmt
i
：选中的所有工况对应的横向稳性半径，单位：米；vcg
压载/排压载
：添加或排掉部分压载水的重心高度值，由舱容信息获得，单位：米；c)各工况经验界限vcg值获取采用公式1确定三个典型工况经验界限vcg：vcg
经典imax
＝km
经典imin-gm
经典imin (公式1)其中：vcg
经典imax
：典型工况下依据经验获取得到的该吃水工况下平台能够满足稳性要求的重心高度最大值，单位：米；km
经典imin
：对应典型工况，b)中提到到的kml
i
和kmt
i
二者中较小者，单位：米；gm
经典imin
：常量，取0.5～3米；采用公式2进行中间临时工况确定经验界限vcg：vcg
临时imax
＝km
临时imin-gm
临时imin (公式2)其中：vcg
临时imax
：各中间临时工况下依据经验获取得到的该吃水工况下平台能够满足稳性要求的重心高度最大值，单位：米；km
临时imin
：对应中间临时工况，b)中提到到的kml
i
和kmt
i
二者中较小者，单位：米；gm
临时imin
：常量，取0.1～0.9米；d)获取各工况假定vcg值获取各工况假定vcg时，选取典型工况自存工况即t
自存
吃水工况为初始工况，将依据c)中公式获取得到的自存工况吃水下的vcg
经典imax
值作为自存工况的假定vcg值，命名为vcg
自存假定
；根据a)，采用公式3进行各选取工况假定vcg获取：δ
自存
:初始工况(自存工况)排水量，如b)所述选取的初始输入参数，自存工况下的排水
量，单位：吨；δ
i
:任意中间临时工况排水量，如同上述δ
自存
，为b)中描述的初始输入参数，各个选取工况的排水量，单位：吨；vcg
自存假定
:初始工况(自存工况)假定重心高度值，将依据c)中公式获取得到的自存工况吃水下的vcg
经典imax
值作为自存工况的假定vcg值，命名为vcg
自存假定
，单位：米；vcg
压载/排压载
:添加或排掉部分压载水的重心高度值；为b)中描述的初始输入参数，单位：米；vcg
i假定
：根据初始工况重心高度值，依据公式3求得的任意选取工况的假定重心高度值，单位：米；e)稳性校核及各选取工况许用vcg值确认在依据c)和d)中表述得到各典型工况及中间临时工况的假定重心高度值vcg
i假定
和经验限界重心高度值vcg
经验imax
后，通过对二者的对比，校核各个选取工况是否满足稳性要求；具体过程如下：令：a
i
＝vcg
经验imax-vcg
i假定
即a
i
为各个选取工况下经验限界重心高度值与获取假定值间差值；若任意a
i
值均满足a
i
≥0则表明整个压载/排压载过程中，任意选取工况均满足稳性要求，此时各个选取工况下的vcg
i假定
即为各个选取工况的许用vcg值；若存在某个或某些工况下a
i
值出现a
i
＜0则表明整个压载/排压载过程中，有部分选取工况不满足稳性要求，需要进行迭代计算，如下述f)所述。f)迭代计算及各选取工况许用vcg值再次确认如e)中所述，对于出现a
i
＜0的情况时，需要进行二次迭代计算。计算时，选取a
i
值最小的工况作为初始工况，重新选取该工况的假定重心高度值，使得该工况的vcg
i假定
＝vcg
经验imax
，重复步骤d)获取过程，重新获得各个选取工况的假定重心高度值，再依据e)步骤进行稳性校核和许用vcg值确认；直至所有工况下a
i
均大于0，则结束。此时各工况下的vcg
i假定
即为该工况的许用vcg值；g)经过上述过程，获得各个典型工况和中间临时工况的许用vcg值。2.根据权利要求1所述半潜式平台压载/排压载过程中许用vcg获取方法，其特征在于，步骤a)中，确定中间临时工况时，在三个典型工况吃水转换的过程中选取步长为0.5m。3.根据权利要求1所述半潜式平台压载/排压载过程中许用vcg获取方法，其特征在于，步骤b)中建模及获取平台静水力信息，选用napa软件、compass软件、maxsurf软件实现。4.根据权利要求1所述半潜式平台压载/排压载过程中许用vcg获取方法，其特征在于，步骤b)中，vcg
压载/排压载
取为压载舱舱高度的一半，由舱容信息获得，单位：米。5.根据权利要求1所述半潜式平台压载/排压载过程中许用vcg获取方法，其特征在于，步骤c)gm
临时imin
取为0.3米。6.根据权利要求1所述半潜式平台压载/排压载过程中许用vcg获取方法，其特征在于，步骤c)gm
经典imin
取为1米。7.根据权利要求1所述半潜式平台压载/排压载过程中许用vcg获取方法，其特征在于，
步骤g)平台各个工况装载后的实际重心高度值小于许用vcg值时，则认为平台满足稳性要求，确保平台安全。

技术总结
本发明公开了一种半潜式平台压载/排压载过程中许用VCG获取方法，在半潜式平台在调整作业工况时，通过调整压载水量来实现的，在已知平台静水力信息和用于调整压载水的压载舱信息及压载水量的前提下，根据平台最小GM值的要求值，得出平台在调整压载水过程中的许用VCG值。得到许用VCG值后，只要在压载/排压载过程中平台的实际VCG值小于计算得到的许用VCG值，则认为平台在整个压载/排压载过程中稳性满足安全要求。使用本方法对所有半潜式平台压载/排压载过程中许用VCG进行计算，过程十分简便，大大提高了工作效率。大大提高了工作效率。


技术研发人员：孙国君 姜福洪 王志超 姚云熙 常洪波 李在鹏 谭晓曦
受保护的技术使用者：大连船舶重工集团有限公司
技术研发日：2022.12.07
技术公布日：2023/3/14