第19卷 第3期 中 国 水 运 Vol.19 No.3 2019年 3月 China Water Transport March 2019
收稿日期：2018-10-25
作者简介：尹伟光（1984-），男，上海华润大东船务工程有限公司工程师。
尹伟光
（上海华润大东船务工程有限公司，上海 202155）
摘 要：本文着重对某LNG 运输船港口停泊的系泊设计是否满足OCIMF 要求进行校核。在考虑风浪流影响的情况下，运用Hydro star 对船舶的风载荷和波浪载荷进行了分析，得到船体的运动响应和波浪载荷输入数据。在此基础上，使用Ariane 软件对系泊绳缆和系泊缆桩受力进行分析。由计算结果可知，当风、流方向和速度不同时，各系泊线上的力也不同。为了保持计算结果的稳定性，考虑随机环境因素，对每种工况的系泊力进行多次计算。同时，由于该船停泊在港口，考虑了浅水效应和低频运动。 关键词：LNG 运输船；Ariane 软件；港口系泊；系泊力 中图分类号：U653.2 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）03-0003-02
微生物发酵床由于装卸作业需要，LNG 船舶需要在港口停留较长时间，需要系泊码头。系泊船舶对码头的撞击既有可能造成船舶结构的损伤，也有可能危及码头的安全。尤其遇到强烈的风浪载荷作用，船舶运动响应过大，系缆绳就会承受极大的张力，出现因系缆绳强度不够而导致缆绳的断裂，对船舶和码头造成极大地损伤[1]。由于LNG 运输船的特殊性，其码头系泊的安全性越来越受关注[2-3]。因此，应针对LNG 船舶的系泊进行详细分析和设计，并在布置后进行校核计算，以符合规范及其他安全准则要求。胡毅[4]应用多体水动力学软件AQWA，研究了大型LNG 船在风、浪、流联合载荷作用下船舶的运动响应，得到了LNG 船码头系泊时整体运动响应及系缆绳所受张力。周斌[5]使用OPTIMOOＲ软件以该船靠泊国内某小型LNG 接收站码头为例，确定该型船舶靠泊系泊方案，并计算船舶运动以及系泊缆受力情况。阳恒[6]以世界首座ＦＬＮＧ为例，通过理论分析和数值计算，研究ＦＬＮＧ的码头系泊性能并设
计分析系泊系统。
本文从OCIMF [7]（《Mooring Equipment Guideline s》）的规范准则出发，使用法国船级社（BV）的Hydrostar 软件计算水动力，在此基础上，运用Ariane 软件对缆绳系泊力进行计算分析。
一、计算流程
系泊缆索控制方程的一般形式为[6]：
a u a V u m m F F m G t t
∂∂=+++∂∂（+） （1）
式中：ｍ为单位长度系泊缆绳的质量；ｍａ为单位长度系泊缆绳的附加质量；Ｔ为系泊缆索张力；Ｖ为系泊缆索运动速度矢量，U 为系泊缆绳的流场速度矢量；Ｆｎ为单位长度系泊缆索上流体作用力的法向分量，Ｆｔ分别为单位长度系泊缆索上流体作用力的切向分量；Ｇ为缆绳的净重力。
为精确计算，系泊分析前应计算船舶的二阶载荷，在计算中考虑浅水效应。HydroStar 是1991年以来在法国BV
船级社开发的一个强大的流体动力学软件，它提供了一阶波浪绕射和辐射问题的完整解。Ariane 在系泊计算分析中具有强大的功能，可以提供单点，多点，多浮标/船到船系泊的完整时域解决方案。
二、船舶参数和港口环境特点
为进行系泊力计算，首先要导入船舶的相关参数以及停泊港口的风、浪、流等参数。本文计算的LNG 运输船主尺度为：总长195.3m；垂线间长184.8m；船宽30m；型深20m；设计吃水9m。主要针对满载到港和压载到港两种停泊港口状态分析导缆桩和缆绳的受力。基于OCIMF （2008）附录A，对运输船的风和流拖拽系数进行取值，从而计算对目前的液化天然气引起的力和力矩。针对上述两种典型工况，吃水分别对应为10.3和6.7m。
根据港口的水文资料信息，可知港口最严重的环境条件参数见表1。计算的工况将是是来自不同方向的风、浪和流的排列和组合。
表1 环境条件
环境因素 参数 风速 Vw=4-6m/s 波高和周期 Hs=0.5m，Tp=3.24s
浪的流速
Vc=0.7kn
三、系泊布置点设计
沿船舶长度布置了14条系泊缆，如图1的①-⑭所示。船中部分采用护舷连接，船舶艏艉部主要采用绳缆系泊，包括7条艉线和7
条艏线。
图1 港口系泊布置图
在系泊设计中，系泊绳由八股纤维索制成，其直径为
4 中 国 水 运 第19卷 80mm，每米质量为2.6kg，破断负荷为600kN。
四、计算结果分析 1．计算模型
软件自动化测试技术
计算时，波浪频率由以恒定步骤每次增加0.05rad/s 进行，频率范围从0.1~1.8rad/s，总共35个频率。
波浪方向从0~180°的范围，以每次增加30°进行，总共有7个波入射。当船舶停泊在港内时，进行辐射绕射计算时，前进速度为设置0 kN。设置后，导入模型。船舶湿模型和面板是由NAPA 自动生成的。面板数量为2,000，排水量误差小于0.1%，体积中心的x 坐标误差小于0.1%L，能够较准确地反映船舶的水动力模型，在得到水动力模型后，即可计算得到的二阶力如图2所示。颜越深，表明受力越大，其中红为正方向，兰为反方向。三种方向显示z 向的受力最大，达到104网络电视广告
N。
图2 系泊布置计算模型
在水动力分析的基础上，根据系泊布置的缆绳位置点和护舷位置点，进一步建立系泊计算的力学模型，如图2所示。
2．计算结果
按照第二节所述，计算压载到港和满载到港两种工况。通过计算索的横向/轴向/竖向张力，将风/波/流不同组合的最大轴向张力值作为索的设计断裂载荷。为了保证计算结果的稳定性，需要考虑随机环境因素的影响，所以对每种情况都进行了10次计算。低频和高频的综合计算结果见表2，其随时间变化的受力变化如图3a-3c 所示。
表2 各个系泊缆绳的受力最大值
最大值
系泊缆绳
X 向/KN
Y 向/KN Z 向/KN Line（1） 148.62 148.94 13.62 Line（2） 149.84 150.18 13.96 Line（3） 186.62 187.76 29.46 Line（4） 187.20 188.35 29.77 Line（5） 187.89 189.07 30.14 Line（6） 243.61 247.72 51.93 Line（7） 251.32 255.39 52.33 Line（8） 196.58 199.02 35.30 Line（9） 204.08 206.65 37.03 Line（10） 121.25 121.84 15.79 Line（11） 131.20 131.90 18.47 Line（12） 133.28 134.00 19.05 Line（13） 117.90 118.24 11.84 Line（14）
120.09
120.43
12.15
图
3a 横向拉力的时域图
图
3b 轴向拉力的时域图
图3c 竖直拉力的时域图
3．结果分析
参照OCIMF 及相关规范要求，完整状态安全系数应大于2.00，破损状态安全系数应大于1.25，依据该准则评价系泊系统计算结果。在本船系泊的1~14号绳缆中，最大受
力为255.39kN，绳索的破断负荷为600kN，安全系数为2.35，满足相关规范和规则要求。
五、结语
以LNG 运输船在港口的停泊为例，结合使用BV 船级社的Hydrostar 软件和Ariane 软件，可以计算船舶在港口系泊时的运动情况。在给定装载工况和港口环境条件的情况下，根据系泊的总布置设计，可以计算每根系泊缆绳的张力以及缆桩的所受拉力。本算例，可以为类似的工程计算提供参考和思路。
参考文献
[1] 李臻，杨启，宗贤骅等．巨型船舶在大风浪中系泊模型试
验研究[J]．船舶工程，2003，25（6）：5-8．软性电路板
[2] 王晋，王炜正．某液化天然气码头系泊设施布置研究[J]．港
工技术，2012，49（5）：16-21．
[3] 高峰．大型LNG 船舶在风浪流共同作用下的系泊试验研
究[J]．水道港口，2013，34（5）：39，8-402． [4] 胡毅，胡紫剑，刘元丹等．基于AQWA 的大型LNG 船
码头系泊分析[J]．舰船科学技术，2012，34（2）：70-73． [5] 周斌．基于OPTIMOOR 软件的LNG 运输船系泊算例分
析[J]．船海工程，2013，46（5）：79-81．
热冲击
[6] 阳恒．基于Ariane_7的FLNG 船码头系泊分析[J]．上海船
一个度导航舶运输科学研究所学报，2017，40（2）：25-29． [7] OCIMF （Oil Companies International Marine Forum ）
（2008）Mooring Equipment Guidelines[S].3rdEdition. London：Witherbys ．
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议