深潜式风电安装船的浮力调节方法与流程

1.本发明涉及深潜式海工设备领域，更具体地说，涉及一种深潜式风电安装船的浮力调节方法。


背景技术：

2.海上风电安装起重平台(船)，以其抗风浪能力强、甲板面积大、甲板可变载荷大、装载量大、适应水深范围大、人员居住舱室多等优点，成为超大型起重机的最佳载体。海上风电安装起重平台(船)一般具有调遣航行、起重作业、风暴自存等多种工况，其特殊的作业功能需求对下沉上浮浮力调节系统的设计提出了较高的要求。
3.船舶运营过程中，船舶的下沉上浮及压缩空气排压载系统是平台沉浮作业的核心系统，船舶浮力调节系统在船舶运营过程中显得极为重要。海上风电安装起重平台(船)在进行浮沉作业的过程中，海上风电安装起重平台(船)需要保持均匀沉浮，坐底后需进行自由液面修正以平衡倾覆力矩，进而提高稳定性。
4.如cn108252286b所公开的“坐底式水上平台及其水上运输安装方法”，其公开了坐底式平台在海上安装过程中当出现上部平台某一边或某一角不水平时，可以通过调高筒节结构进行调节上部平台的水平度。方法是：四个调高筒节结构的调高升降机构同步顶升调高钢筒,顶升到一定的设定压力(目的是让四个浮力筒结构的受到的设定压力基本一致)，对某一边或某一角的水平度需要顶升的调高升降机构继续加压顶升，至四个调高钢筒的上端法兰面水平度基本一致，四个浮力筒结构的受到的压力基本一致。此技术方案中的调高筒节结构较为笨重且复杂，无法达到快速、精准调节平台平衡的要求。
5.又如cn107685838a所公开的“半潜式起重平台的压载系统及其压载方法”，其公开了一种半潜式起重平台失去平衡时，如何克服倾覆力矩以调整平衡的方法，在平台一侧具有向下的倾覆力矩时，将平台该侧立柱高位压载舱内的压载水依靠重力排出，并向平台另一侧立柱的低位压载舱内注水，以使平台恢复平衡状态；在平台一侧具有向上的倾覆力矩时，向平台该侧立柱的低位压载舱注水，并将平台另一侧立柱高位压载舱的压载水排出,以使平台恢复平衡状态。其通过将高位压载舱内的压载水排出，向低位压载舱内注水，以克服倾覆力矩以调整平台平衡，但是其并没有准确公开高位压载舱内需要排出的具体压载水量，低位压载舱需要注入的具体压载水量，也没有公开排水量与注水量两者之间的关系，即没有公开能够实现精准调节平台平衡的浮力调节系统，因而无法准确调节平台沉浮与平衡，以适应不同工况效果，不利于后续的海上风电安装起重平台(船)的制造和提高海上风电安装起重平台(船)的性能。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是：提供一种提高船体稳定性的深潜式风电安装船的浮力调节方法。
7.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种深潜式风电安装船的浮
力调节方法，其中，深潜式风电安装船包括下浮体、至少四根立柱、作业平台；
8.下浮体呈环形、中部设有上下贯通的月池，下浮体为封闭的空心壳体；下浮体内最底部设置固定压载块；立柱均匀布置于下浮体环边上，作业平台架设于立柱上，作业平台上设有起重机；
9.下浮体底部设置有用于测量平台下潜深度的液位测量仪；下浮体外周处绕下浮体中轴线周向均布有n个浮筒，n≥3；浮筒内设有可容纳压载水用于排压载的压载舱；下浮体中设有用于平台上浮时喷冲底部泥沙以克服平台坐底吸附力的喷冲系统；
10.其浮力调节方法具体步骤如下：
11.步骤一：测量出浮筒的直径d，单位为m、厚度t，单位为m、高度h，单位为m、密度ρ1，单位为kg/m3，记浮筒i内压载水的水位高度为hi，单位为m、内压载水的密度为ρ2，单位为kg/m3、浮筒i的浮力为fi，单位为n，测量出甲板中心到起重机底座中心的水平距离l，单位为m，测量出n个浮筒中心之间的水平距离，记浮筒j和浮筒i之间的水平距离为l
ji
,单位为m，其中1≤i≤n，1≤j≤n-1，i≠j；
12.步骤二：通过平行力系中心的计算方程组(1)找出甲板上安装起重机后的船体重心在水平方向的位置；平行力系中心的计算方程组(1)如下：
[0013][0014]
其中，g1为未安装起重机船体的重心在水平方向上的位置即甲板的几何中心，g2为起重机的重心在水平方向上的位置即起重机底座的几何中心，g0为安装起重机后的船体重心在水平方向上的位置，l1为g1到g0的水平距离，单位为m，l2为g2到g0的水平距离，单位为m；
[0015]
步骤三：测量各浮筒中心与步骤二计算出的安装起重机后的船体重心位置g0之间的水平距离，其中浮筒j和安装起重机后的船体的重心位置g0之间的水平距离为l
j0
，单位为m，其中1≤j≤n-1；
[0016]
步骤四：计算各浮筒浮力大小；通过空间任意力系平衡方程建立n个平衡方程组(2)，进而求解出n个浮筒浮力的大小；n个浮筒的浮力的平衡方程组(2)如下：
[0017][0018]
步骤五：通过浮力计算公式求解出n个浮筒内所需压载水的水位高度；浮力计算公式如下：
[0019][0020]
可得n个浮筒的水位高度分别为：
[0021][0022]
步骤六：向n个浮筒内压载舱内分别注水直至相应的水位从而实现平衡倾覆力矩。
[0023]
本发明的有益效果是：本发明提供了一种浮力调节计算方法，结合平行力系中心的计算公式找出甲板上安装起重机后的船体重心在水平方向的位置，通过空间任意力系平衡方程建立n个平衡方程表达式，进而求解出n个浮筒浮力的大小，进一步通过浮力计算公式求解出n个浮筒内压载水的水位高度，最后向n个浮筒内压载舱注入相应的水位从而实现平衡船舶上浮下沉过程中产生的倾覆力矩，以提高船体的稳定性。即得到了一种精确的浮力调节计算系统，克服了现有技术中存在的缺陷，从而实现了准确调节平台沉浮与平衡。
附图说明
[0024]
附图1为深潜式风电安装船的侧视图。
[0025]
附图2为一种8个浮筒的浮体部分示意图。
[0026]
附图3为一种3个浮筒的浮体部分示意图。
[0027]
附图4为单个浮筒的结构示意图。
[0028]
附图5为船体重力重心分析图。
[0029]
附图6为具有8个浮筒的船体受力分析图。
[0030]
附图7为具有3个浮筒的船体受力分析图。
[0031]
附图8为一种n个浮筒的浮体部分示意图。
[0032]
附图9为具有n个浮筒的船体受力分析图。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方案。
[0034]
具体实施例一：如图1所示，深潜式风电安装船，包括下浮体51、立柱31、作业平台21。
[0035]
下浮体51呈环形单壳单底结构，所述下浮体51为封闭的空心壳体，下浮体51中部设有上下贯通的月池，可增大平台的垂荡阻尼，减小平台的垂荡运动，提高整个平台的结构稳定性。所述下浮体底部设置有用于测量平台下潜深度的液位测量仪；所述下浮体51外周处绕下浮体51中轴线周向均布有n个浮筒41，n≥3；浮筒41内设有可容纳压载水用于排压载的压载舱，下浮体51内最底部设置固定压载块，用于降低所述坐底式可移动海上平台的重心，以提高其稳定性；下浮体51中设有用于平台上浮时喷冲底部泥沙以克服平台坐底吸附力的喷冲系统。
[0036]
立柱31设置有至少四根，且所述立柱31均匀布置于下浮体51环边上，立柱31从底部往上横截面从方形逐渐过渡到圆形，此设置有助于立柱31产生粘性阻尼，具有良好的耐波性能，增加平台的稳性，同时平台在作业过程中，下潜至立柱吃水，水线面为圆形，相比于方形的水线面，增加了平台抵抗倾覆的能力和抵抗水平滑动的能力；同时立柱主体部分为圆形截面，不存在棱边，应力集中少，有助于延长立柱的寿命。
[0037]
作业平台21架设于所述立柱31上，作业平台21用于布置甲板设备以及安装作业，所述作业平台21上设有起重机11。
[0038]
浮体俯视图如图2所示，安装船调节浮力的计算方法步骤如下。
[0039]
步骤一：测量出浮筒的直径d，单位为m、厚度t，单位为m、高度h，单位为m、密度ρ1，单位为kg/m3，记浮筒i内压载水的水位高度为hi，单位为m、内压载水的密度为ρ2，单位为kg/
m3、浮筒i的浮力为fi，单位为n，则浮筒的结构示意图如图5所示，测量出甲板中心到起重机底座中心的水平距离l，单位为m，测量出8个浮筒中心之间的水平距离，记浮筒j和浮筒i之间的水平距离为l
ji
,单位为m，其中1≤i≤8，1≤j≤7，i≠j；
[0040]
步骤二：计算重心水平方向位置。通过平行力系中心的计算方程组(1)找出甲板上安装起重机后的船体重心在水平方向的位置。如图6所示，平行力系中心的计算方程组(1)如下：
[0041]
其中，g1为未安装起重机船体的重心在水平方向上的位置即甲板的几何中心，g2为起重机的重心在水平方向上的位置即起重机底座的几何中心，g0为安装起重机后的船体重心在水平方向上的位置，l1为g1到g0的水平距离，单位为m，l2为g2到g0的水平距离，单位为m；
[0042]
步骤三：测量各浮筒中心与步骤二计算出的安装起重机后的船体重心位置g0之间的水平距离，其中浮筒j和安装起重机后的船体的重心位置g0之间的水平距离为l
j0
，其中1≤j≤7。
[0043]
步骤四：计算各浮筒浮力大小。通过空间任意力系平衡方程建立8个平衡方程组(2)，进而求解出8个浮筒浮力的大小。8个浮筒的浮力分布如图7所示，平衡方程组(2)如下：
[0044][0045]
步骤五：通过浮力计算公式求解出8个浮筒内压载水的水位高度。
[0046]
浮力计算公式如下：
[0047][0048]
可得8个浮筒的水位高度分别为：
[0049][0050]
步骤六：向8个浮筒内压载舱内分别注水直至相应的水位从而实现平衡倾覆力矩，以提高船体稳定性。
[0051]
具体实施例二：以3个浮筒为例，浮体俯视图如图3所示，安装船调节浮力的计算方法步骤如下：
[0052]
步骤一：测量出浮筒的直径d，单位为m、厚度t，单位为m、高度h，单位为m、密度ρ1，单位为kg/m3，记浮筒i内压载水的水位高度为hi，单位为m、内压载水的密度为ρ2，单位为kg/m3、浮筒i的浮力为fi，单位为n，则浮筒的结构示意图如图4所示，测量出甲板中心到起重机底座中心的水平距离l，单位为m，测量出3个浮筒中心之间的水平距离，记浮筒j和浮筒i之间的水平距离为l
ji
,单位为m，其中1≤i≤3，1≤j≤2，i≠j；
[0053]
步骤二：计算重心水平方向位置。通过平行力系中心的计算公式找出甲板上安装
起重机后的船体重心在水平方向的位置。如图5所示，平行力系中心的计算公式如下：
[0054]
其中，g1为未安装起重机船体的重心在水平方向上的位置即甲板的几何中心，g2为起重机的重心在水平方向上的位置即起重机底座的几何中心，g0为安装起重机后的船体重心在水平方向上的位置，l1为g1到g0的水平距离，l2为g2到g0的水平距离；
[0055]
步骤三：测量各浮筒中心与步骤二计算出的安装起重机后的船体重心位置g0之间的水平距离，其中浮筒j和安装起重机后的船体的重心位置g0之间的水平距离为l
j0
，其中1≤j≤2。
[0056]
步骤四：计算各浮筒浮力大小。通过空间任意力系平衡方程建立3个平衡方程表达式即公式(2)，进而求解出3个浮筒浮力的大小。3个浮筒的浮力分布如图7所示，平衡方程表达式即公式(2)如下：
[0057][0058]
步骤五：通过浮力计算公式求解出3个浮筒内压载水的水位高度。浮力计算公式如下：
[0059][0060]
可得3个浮筒的水位高度分别为：
[0061][0062]
步骤六：向3个浮筒内压载舱内分别注水直至相应的水位从而实现平衡倾覆力矩，以提高船体稳定性。
[0063]
本发明对具体的实施例作出了详细介绍，该实施方式可以推广到任意多个浮筒的深潜式风电安装船的浮力调节。(图8为一种n个浮筒的浮体部分俯视图；图9为具有n个浮筒的船体受力分析图。)
[0064]
上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创
造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种深潜式风电安装船的浮力调节方法，其中，深潜式风电安装船包括下浮体、至少四根立柱、作业平台；下浮体呈环形、中部设有上下贯通的月池，下浮体为封闭的空心壳体；下浮体内最底部设置固定压载块；立柱均匀布置于下浮体环边上，作业平台架设于立柱上，作业平台上设有起重机；下浮体底部设置有用于测量平台下潜深度的液位测量仪；下浮体外周处绕下浮体中轴线周向均布有n个浮筒，n≥3；浮筒内设有可容纳压载水用于排压载的压载舱；下浮体中设有用于平台上浮时喷冲底部泥沙以克服平台坐底吸附力的喷冲系统；其浮力调节方法具体步骤如下：步骤一：测量出浮筒的直径d，单位为m、厚度t，单位为m、高度h，单位为m、密度ρ1，单位为kg/m3，记浮筒i内压载水的水位高度为h
i
，单位为m、内压载水的密度为ρ2，单位为kg/m3、浮筒i的浮力为f
i
，单位为n，测量出甲板中心到起重机底座中心的水平距离l，单位为m，测量出n个浮筒中心之间的水平距离，记浮筒j和浮筒i之间的水平距离为l
ji
,单位为m，其中1≤i≤n，1≤j≤n-1，i≠j；步骤二：通过平行力系中心的计算方程组(1)找出甲板上安装起重机后的船体重心在水平方向的位置；平行力系中心的计算方程组(1)如下：其中，g1为未安装起重机船体的重心在水平方向上的位置即甲板的几何中心，g2为起重机的重心在水平方向上的位置即起重机底座的几何中心，g0为安装起重机后的船体重心在水平方向上的位置，l1为g1到g0的水平距离，单位为m，l2为g2到g0的水平距离，单位为m；步骤三：测量各浮筒中心与步骤二计算出的安装起重机后的船体重心位置g0之间的水平距离，其中浮筒j和安装起重机后的船体的重心位置g0之间的水平距离为l
j0
，单位为m，其中1≤j≤n-1；步骤四：计算各浮筒浮力大小；通过空间任意力系平衡方程建立n个平衡方程组(2)，进而求解出n个浮筒浮力的大小；n个浮筒的浮力的平衡方程组(2)如下：步骤五：通过浮力计算公式求解出n个浮筒内所需压载水的水位高度；浮力计算公式如下：可得n个浮筒的水位高度分别为：
步骤六：向n个浮筒内压载舱内分别注水直至相应的水位从而实现平衡倾覆力矩。

技术总结
本发明公开了一种深潜式风电安装船的浮力调节方法，其中，深潜式风电安装船包括浮体，浮体上设有上甲板，上甲板上设有起重机，其中浮体包括下浮体，下浮体上设有四根立柱，下浮体外周处绕下浮体中轴线周向均部有n个浮筒，n≥3；调节方法结合平行力系中心的计算公式找出甲板上安装起重机后的船体重心在水平方向的位置，通过空间任意力系平衡方程建立n个平衡方程表达式，进而求解出n个浮筒浮力的大小，进一步通过浮力计算公式求解出n个浮筒内压载水的水位高度，最后向n个浮筒内压载舱注入相应的水位从而实现平衡船舶上浮下沉过程中产生的倾覆力矩，以提高船体的稳定性。以提高船体的稳定性。以提高船体的稳定性。


技术研发人员：奚乾蛟 尚勇志 崔亚昆 薛海波 章庆生 孙笑天 许振宝 李晓龙 徐胜文 张旭升
受保护的技术使用者：上海雄程海洋工程股份有限公司
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/5/13