（船舶与海洋结构物设计制造专业论文）滩海铺管铺缆船总体性能设计.pdf

上海交通大学硕士论文 浅海铺管敫缆船总体性能设计 滩海铺管敷缆船总体性能设计 摘要 我国有广阔的滩海地区，据专家分析，该地区蕴藏着极为丰富的油气资源。 但是，渤海湾滩海区域自然环境条件差，地貌复杂，且风大浪高，涌多流急， 水较浅，给滩海铺管敷缆施工带来极大的困难，施工速度和工程质量都难以 保证：因此，研制一台安全可靠、工艺技术先进、能适合浅海水域作业的铺 管敷缆装置，是十分必要的。它在加快施工速度，保证施工质量，提高经济 效益方面将起到重要作用。厂5 本文通过对滩海自然环境的调查，结合铺管敷缆的工作要求，确定了铺 管敷缆船的船型和主尺度，并对铺管敷缆船进行了较详细的总体和总布置设 计，对锺篁敷缆篮的主要总体性能( 重量重心、完整稳性、分舱长度和破舱 稳性、干舷、拖航马力等) 进行了设计计算，对于铺管敷缆船的特殊要求也 给于了必要的研究和考虑。 最后，阐述总体性能设计过程中已解决的关键问题以及有待进一步研究 和解决的问题。 关键词：铺管，敷缆，定位 圭塑奎望查堂堡主堡壅 望塑塑篁墼丝塑璺竺丝些丝盐 t h eg e n r a lp e r f o r m a n c ed e s i g n o f0 f f s h o r ep i p e l a y i n g c a b l e l a y i n gb a r g e a b s t r a c t t h e r ea r eb r o a d n e s so f f s h o r ea r e s si no u rc o u n t r y d e p e n d i n go na n a l y s e so fe x p e r t s ，t h e s ea r e a sa r c e n r i c h m e n tw i t ho i l & g a s b u t ，d u et ot h ea b o m i n a b l ee n v i r o n m e n to fb o h a ib a yo f f s h o r ea r e a s ，c o m p l e x g r o u n df e a t u r e ，w a v ea n dc u r r e n t , a n ds h o a lw a t e r a l lo f t h i sm a k ep i p e l a y i n g & c a b l e l a y i n gv e r yd i f f i c u l t ， s l o wt h ec o n s t r u c t i o ns c h e d u l ed o w n , a n dw e a k e nt h ee n g i n e e r i n gq u a l i t y s o ，i ti s n e c e s s a r yt od e v e l o pa s a f e t y , a d v a n c e dp i p e - l a y i n g & c a b l e l a y i n ge q u i p m e n t ( f o l l o w i n gi s p & cb a r g e ) a n ds u i tf o ro f f s h o r e o p e r a t i o n i tw i l lb ev i t a lf u n c t i o ni ns p e e dc o n s t r u c t i o ns c h e d u l eu p ，e n s u r ee n g i n e e r i n gq u a l i t y , a n di n c r e a s e e c o n o m i cb e n e f i t t h i sa r t i c l ed e p e n d so ni n v e s t i g a t ef o ro f f s h o r ee n v i r o n m e n t ，c o m b i n er e q u i r e m e n t so f p i p e - l a y i n g c a b l e 。l a y i n g ，g i v et h eb a s i cc o n f i g u r a t i o na n dm a i nd i m e n s i o n so f p & c b a r g e ，p e r f o r m a n c ed e t a i l e dc o n s t r u c t d e s i g n a n dg e n e r a la r r a n g e m e n t d e s i g n ，c a l c u l a t ea n dc a l i b r a t i o nt h eg e n e r a lb a s i cp e r f o r m a n c e ( w e i g h t b a r y c e n t e r , i n t a c ts t a b i l i t y , s u b d i v i s i o nl e n g t ha n dd a m a g es t a b i l i t y , f r e e b o a r d ，t o w i n gh o r s ep o w e r ) ，v e r i f y t h eb a s i cp a r a m e t e r so f p & c s h i p a tt h ee n do ft h i sa r t i c l e ，i ti sl i s t st h es o l v e dk e yp r o b l e m sa n do u ts t a n d i n g si np r o c e s so f g e n e r a p e r f o r m a n c ed e s i g n k e y w o r d s ：p i p e l a y i n g ，c a b l e l a y i n g ，p o s i t i o n i l 圭墨奎望查兰翌主丝茎鎏塑塑笪墼堕塑璺苎苎璧塑生 第一章概述 1 1 极浅海地区的开发现状和铺管敷缆船研究的必要性 我国有广阔的滩海地区，据专家分析，该地区蕴藏着极为丰富的油气资源经初步勘探估计，仅 渤海湾沿岸滩海地区的石油储量就达2 0 亿t 以上。陆地油气资源因多年大规模开采而逐步减少，为此， 胜利、辽河、大港等油田都在向滩海领域发展，以使其成为后续油气产量的重要基地。当前，渤海湾 滩海油田已成为胜利油田开发的主战场，形成了二百多万t 的原油生产能力。辽河、大港等油田滩海 勘探开发也都有新的突破，取得了可喜的进展。环渤海湾滩海油田的开发建设，已成为实现“稳定东 部、开发西部”石油发展战略的重要因素之一。 但是，渤海湾滩海区域自然环境条件差，地貌复杂，且风大浪高，涌多流急，受风、浪、流、潮 汐等影响，滩海铺管敷缆作业困难多、危险性大，施工速度和工程质量都难以保证：而且由于渤海湾 潍海区域水较浅，土质复杂，陆地设备下不去，普通的海上工作船进不来，给滩海铺管敷缆旌工带来 极大的困难：因此，研制一台安全可靠、经济实用、操作简便、自动化程度高、设各齐全、工艺技术 先进的铺管敷缆装置，是十分必要的。它在延长海上作业时间，加快施工速度，保证施工质量，降低 工程成本，提高经济效益方面将起到重要作用。 随着滩海油田的开发建设，需要铺设的海底管道和海底电缆工程将越来越多，有关资料表明，“九 五”期间，环渤海湾滩海区域石油系统规划铺设海底管道1 4 0k m 以上，敷设海底电缆2 0 0 k m 以上； 石化总公司拟在秦皇岛滩海区域建一座油码头，约有2 0 余公里的海底管道和海底电缆工程；香港、马 来西亚的承包商，也曾与胜利油田接触，洽谈在国外承包滩海铺管敷缆工程事宜。要满足渤海湾滩海 油田开发建设的需要，满足参与国内外海底管道和海底电缆施工市场竞争的需要，必需有先进、实用 的施工工艺和施工技术，必须有先进、安全、可靠的滩海铺管敷缆装置。 胜利油田油建一公司现有一个管道挖沟装置，由苏式k c - 3 渡河搭设浮桥用的浮箱拼接而成，长 5 2 m ，宽1 8 m ，高2 5 m ；采用刀铰泵吸原理进行挖沟作业。但由于设备简陋，工艺落后，安全可靠性差， 施工质量难以完全保证，且只能挖沟，不能铺管，满足不了滩海油田开发建设的需要。 综上所述，研制滩海铺管敷缆装置，是贯彻落实石油行业“稳定东部，开发西部”发展战略的需 要，是环渤海湾及其他海域滩海油田开发建设的需要，也是石油建设公司走出国门、开拓国外海上石 油工程施工市场的需要。滩海铺管敷缆装置研制成功，必将促进我国滩海油田开发建设的步伐，对“九 圭塑奎望查兰堡主堡苎 些塑! 塑塾塑墼望! ! 丝壁堡i l 五”期间胜利油田的稳产将起到重要作用。 1 2 设计条件及环境资料综述 渤海湾地区气象条件复杂，强风、阵风较多，除海浪外，且有紊流、暗涌等；滩海海床经黄河、 海河、辽河等河流多年冲集而成，承载能力低：对于这种特殊的地理环境，在其它地区和海域很少见 到。因此，研制滩海铺管敷缆装置时，应充分考虑渤海湾滩海特殊的环境条件。 1 2 1 海况气象条件 渤海湾埕岛海区周围的海洋环境条件如下： 1 2 i 1 风况 常风向：s ( f = l o 8 ) ，s s e ( f = 7 2 ) 和e n e ( f = 7 3 h 强风向：n w n n w ( 西北一北北西) 和n n e e n e ( 北北东一东北东) 5 0 年一遇1 0 分钟平均风速为2 8 m s ； 5 0 年一遇1 分钟平均风速为3 0 5 m s ； 5 0 年一遇3 秒钟平均风速为3 3 5 m s ； 累计年平均风速为5 3 m s ，1 1 月份平均风速最大，为6 i m s ，7 月份平均风速最小，为4 4 m s 。 各月低于6 级风天数统计平均值见表1 。 表l 一1各月低于6 级风天数统计平均值 1 月份份 1234567891 01 l1 2全年 l l 小于6 级风天数 2 0 21 5 62 2 41 5 81 8 71 9 22 31 7 72 0 71 8 5 1 5 5 1 9 22 2 6 5 1 2 1 2 海浪 埕岛海区以风成浪为主，浪向有季节性变化，夏季盛行东南浪，秋冬季盛行东北浪，春季浪向紊 乱。 强浪向：e n e n e ( 东北东北东) 次浪向：e n e n n e ( 东北东北北东) 海浪周期：8 6 s 设计高水位极限波高：6 6 m 校核高水位极限波高：6 7 m i 2 i 3 海流 埕岛海域的海流以潮流为主，多为半日潮流性质，内潮流的运动形式为往复流。 涨潮流向：s e ( 南东) 2 上海交通大学硕士论文 浅海铺管敷缆船总体性能设计 落潮流向：n w ( 北西) 计算最大流速：1 5 8 m s 在六级风以下：表层平均流速0 8 1 0m s 中层平均流速0 4 o 8m s 底层平均流速0 2 o 4m s 1 2 1 4 潮位 以黄海平均海平面为基准。 校核高水位：+ 3 0 1 设计高水位：+ 1 4 1 m 黄海平均海平面：0 o o m 设计低水位：一0 6 1 m 校核低水位：一2 2 4 m 1 2 1 5 水深 本装置设计适合水深0 8 m 2 0 m 1 2 1 6 地震 埕岛海域属8 度地震烈度区。 1 2 2 土质条件 埕岛海域在海底表层l o m 内为淤泥质粘土及粉砂、局部有硬质粘土( 铁板砂) ，下面是亚粘土或砂 性土。以埋北2 5 井的地质资料为例： o 3 1 m ，棕色粉土，密实状，比重g 。= 2 7 2 t m 3 ，土壤天然含水量w = 1 8 2 4 ，摩擦角e = 4 6 5 。4 9 。，表层耐压强度1 3 k p a 。 2 1 5 7 5 m ，棕色粘土，非常软，土壤天然含水量w = 2 8 3 0 ，不排水抗剪强度：7 5 5 1 3 6 k p a 1 3 对铺管敷缆船的基本要求 1 3 ，1 基本功能 ( 1 ) 边铺管边挖沟功能 ( 2 ) 先铺管后挖沟功能 ( 3 ) 边挖沟边敷缆功能 ( 4 ) 长管段海上接口功能 ( 5 ) 打桩、沉桩功能 1 3 2 作业范围 圭查奎望查兰堡圭堡兰垡塑塑笪璺矍型鲨生堕堕i 塑生 ( 1 ) 0 8 2 0 m 水深的滩海区域； ( 2 ) 无冰期作业。 1 3 3 作业状态海况条件 ( 1 ) 漂浮状态铺管敷缆时： 风力：1 3 m s ( 6 级风) ； 浪高：h 1 5 m 。 ( 2 ) 漂浮状态打桩沉桩时： 风力：1 0 7 m s ( 5 级风) ： 浪高：h l 3 0 5 m 。 1 3 4 铺管作业 ( 1 ) 铺管直径：巾l o o m m 中7 2 0 m m ( 2 ) 铺管速度见表1 2 ： 表l 一2铺管速度 双外管直径2 1 92 1 92 7 33 2 53 7 74 5 7 5 2 96 3 07 2 0 层内管直径i l l m8 91 1 41 5 92 1 92 7 33 2 53 7 74 2 65 2 9 管 速度m h4 54 24 0 3 63 23 02 82 62 4 单层管径m m8 9 1 1 41 5 92 1 92 7 33 2 53 7 74 2 65 2 9 管速度m h5 24 84 44 24 03 63 23 02 8 ( 3 ) 挖沟速度： ( 4 ) 挖沟深度： 1 3 5 敷缆作业 ( 1 ) 电缆直径： ( 2 ) 敷缆速度： ( 3 ) 开沟速度： ( 4 ) 开沟深度：2 m 。 1 3 6 打桩、沉桩作业 ( 1 ) 摩擦桩最大直径：由4 0 0 m m ； ( 2 ) 沉管桩最大直径：由1 2 0 0 m m 。 4 h ； n nm：1 m m m m o o “ 8 5 m m 1 o o 孙 巾 q o 卜 卜 上海交通大学硕士论文 浅海铺管敷缆船总体性能设计 1 4 其他指标 l 、设计、建造要满足中国船级社钢质海船入级与建造规范、海船法定检验技术规则的要求。 2 、具有弃管与收管作业能力。 圭塑銮望查兰堡主堡苎一墅墅墅掣墅堑坚璺竺丝! ! ! 型 一 第二章铺管敷缆船的总体设计 2 1 船型选择 船型的选择主要涉及到以下因素：作业水深，拖航速度，工作要求等。 作业水深要求：作业水深要求在0 8 2 0 m 之间，由于浅水区的水浅，加上潮水涨落的影响，因而 铺管敷缆船就会有座底的情况，所以铺管敷缆船必须具有座底性能。这就要求船型必须是箱体型在 满足座底强度的要求后，为了节约材料，在保证甲板面积的情况下可以适当将船底做得小一点，即将 船的首尾两端向里倾斜一些。 拖航速度要求：该船为驳船，没有自航能力。拖航时速度较慢，工作时靠绞车收放锚链运动，所 以对快速性没有要求。这样船就可以做得宽一点，以利于设备和物料的摆放，以利于有宽阔的工作场 地。 工作要求：为了在海上能顺利的工作，铺管敷缆船在一般风浪的作用下应有较好的稳定性，应有 较小的横摇角和较长的横摇周期，这也要求船有较大的宽度。 所以，铺管敷缆船的结构形式是：采用箱型结构，宽度可以适当增大，船的首尾两端应向里倾斜。 根据实际结构，设计时考虑增加减摇装置。 2 2 铺管敷缆船主尺度的确定 2 2 1 长度的确定： 铺管敷缆船的长度主要根据管线的长度确定。 为了加快施工速度，尽量减少海上施工时间，所以海底管线都事先在陆地上进行了两根一组的对 接，因此装到铺管船上的每根管线的长度是2 4 m 。管线在铺管船上要进行焊内管、探伤加防腐保温、 焊外管、焊阳极块加防腐共四个施工点，也就是要在船上连续摆放4 根管线，这4 根管线连接起来的 长度就是9 6 m 。由于在船的尾部设有托架，管线还可以从船头伸出一部分，所以船的长度可以比9 6 m 短一些，取9 1 m 。 2 , 2 2 宽度的确定： 铺管敷缆船的宽度主要是由管线摆放场地、管线施工区、管线搬运区的宽度决定的。 管线摆放场地要求能够摆放中7 2 0 n u n 的双联管8 0 0 m ，由于重心高度限制。管线只能摆2 层，每层长 - 6 上海交通大学硕士论文浅海铺管敷缆船总体性能设计 度是4 0 0 m ，即1 7 根管线，为了方便底层应摆1 8 根，摆放宽度1 3m ，加上栏杆宽度，场地宽度取1 3 5 m 。再加上管线施工区宽度7 m 、管线搬运区的宽度4 m ，距船舷距离3 5 m ，所以船宽总计2 8 m 。 2 2 3 船底尺寸的确定： 由于铺管敷缆船有座底要求，所以船底的面积应能满足座底比压的要求，且底部结构要加强。 2 2 4 型深的确定： 根据强度计算得出，同时考虑船的吃水和干舷高度。 2 3 主要技术参数的选择 铺管敷缆船主要技术参数如下： ( 1 ) 主体尺寸： 总长9 1 m ，型宽2 8 m ，型深5 6 m 。 水线长：8 0 m ( 2 ) 吃水深度： a 、浅水区作业时，吃水深度： l m ： b 、深水区作业时，吃水深度： 2 m 。 ( 3 ) 接地比压：1 i k p a ( 1 i t m 2 ) ： ( 4 ) 拖航：8 级风： ( 5 ) 自存：1 2 级风： ( 2 ) 排水量及平均吃水 设计最小排水量及平均吃水( 空船状态) ： 排水量：2 8 0 9 8 t 平均吃水：1 2 5 m 设计最大排水量及平均吃水( 敷缆满载拖航状态) ： 排水量：4 0 8 0 3 t 平均吃水：1 7 8 m ( 3 ) 液舱容量： 淡水舱 2 8 0 m 3 柴油舱2 3 0 m 3 冷却水舱l o o m 3 滑油柜2 2 5 m 3 生活污水舱l o o m 3 ( 4 ) 定员及床位： 圭塑奎望查堂堡主垒奎 婆塑塑笪壁丝堂璺堡丝堕! ! 生 定员8 0 人 f5 ) 白持力 1 5 天 ( 6 ) 铺管作业能力 管径：ml o o m m 中7 2 0 r a m 在风速6 级，波高h l b ；1 5 m ， 铺管速度：1 6 m h 4 6 m h 挖沟速度：6 0 m h 18 0 m h 挖沟深度：2 m ( 7 ) 敷缆作业能力： 电缆直径：m 1 5 0 m m 电缆托盘承载能力：3 0 0 t 在风速6 级，波高h 3 1 5 m 敷缆速度：6 m m i t t 挖沟速度：6 m m i n 挖沟深度：2 m 挖沟宽度：2 0 0 r a m 和3 0 0 r a m ( 8 ) 打桩沉桩作业能力： 流速1 5 8 m s 的情况下 流速1 5 8 m s 的情况下 在风速5 级风，浪高h 、，0 5 m 流速1 5 8 m s 情况下： 可打桩直径：中1 2 0 0 m m 可沉桩直径：中1 0 0 0 m m ( 9 ) 船舶性能 a 、静稳性： 铺管满载拖航状态 敷缆满载拖航状态 铺管空载拖航状态 敷缆空载拖航状态 b 、动稳性： 铺管满载拖航状态 敷缆满载拖航状态 铺管空载拖航状态 敷缆空载拖航状态 横稳性高：3 5 4 m 横稳性高：3 2 2 4 m 横稳性高：4 4 7 2 m 横稳性高：4 4 9 m 稳性衡准数k = 8 1 稳性衡准数k = 8 1 稳性衡准数k = 6 6 稳性衡准数k = 6 6 3 上海交通大学硕士论文 浅海铺管敷缆船总体性能设计 c 、摇摆周期： 铺管敷缆满载拖航横摇周期为3 8 秒 铺管敷缆空载拖航横摇周期为3 0 秒 d 、拖航阻力： 按航速5 节，顶风8 级风，计算拖航阻力为4 7 4 t 。 e 、搁浅： 该船至浅水区，具有搁浅性能。坐底时波压力和流力均减小。外力距也减小。除8 只锚定位外 加船底板与泥土的摩擦力，船不会滑移，也不会倾复。当涨潮后，船浮起可继续作业。 - 9 圭塑奎望奎堂堡主笙兰 一些塑塑笪墅竺塑堂笪丝璧! ! 生 第三章铺管敷缆船的总布置设计 3 1 装置的总布置要求 1 、保证船的技术性能：应保证船舶有适宜的浮态和稳性，良好的抗沉性、耐波性、和控制指挥视野。 2 、满足使用要求：铺管敷缆船的布置应能方便的完成铺管敷缆功能，要便于海管的搬运、内外管的 焊接、探伤、阳极块焊接、涂防施工的进行，便于收管作业、弃管作业和打桩作业。便于海底电缆的 吊装、退扭、连接。 3 、考虑船体结构的合理性和工艺性：应力求减小总纵弯矩和剪力，避免主要的不连续性和纵向构件 截面的突变。舱壁、支柱的位置与大面积餐厅等公共场所的划分等，都要充分考虑它们对构件结构强 度和施工的影响。 3 r 装置的总布置设计 铺管敷缆船的布置分甲板、舱室和上层建筑三大部分，见图3 - 1 。 3 2 1 甲板的布置 依据滩海铺管敷缆船的功能及施工工艺要求，船上设有铺管作业线、敷缆作业线及打桩所需设备。 铺管作业线由三大部分组成：焊接作业线、焊接作业辅助线、管子堆场。焊接作业线距右舷6 m ，纵向 长9 4 m ，艏部设有3i t i 长的网格翻板，作业时放平，不用时立于船艏，自艏向艉依次设有：阳极杆固 定装置、四组主动辊道、内管焊接点( a ) 及焊接房、三组被动辊道、外管推移器、铅房及探伤点b 、三 组被动辊道、外管焊接点c 、张紧器、防腐点d 及二组下水辊道、船艉接托管架。挖沟机水上模块和 控制系统布置于船艉焊接作业线左侧。 焊接作业辅助线从腊向艉设有：挡管器、主动辊道、顶管器、限位装置。管子堆场由站号7 一1 2 6 4 、 宽1 3 ，5 m 、两边各设有1 0 t 电动葫芦吊运设备、艏部支架兼做1 6 t 吊机吊臂支架，后部支架上面放有退 扭架，兼做6 0 t 吊机吊臂支架。 敷缆作业线由电缆滚筒、退扭架、导缆系统、直线式送缆机、脐带缆绞车组成。作业线布置于左 舷，距舷边9 m ，纵向由0 。9 3 4 ，电缆滚筒按8 m 直径存放二个设计，每个重3 0 0 t ，下面有固定装置， 上部由钢绳拉紧。退扭架有两个位置与两个电缆滚筒相对应，退扭架最小曲率半径太于3 m ，它由辊子、 板材、管子组焊而成。作业时立于支架上，不用时旋转翻转倒挂于支架上，后固定于支架腿上。导缆 - 1 0 圭塑奎望奎堂堡主笙兰上墅墅幽塑墼型堕堕竺竺堕! ! 生 系统由下水导缆架与转脖架导缆架组成。转脖架缆架通过转脖与退扭架两个工位相对应，不用时可移 位于支架下存放。直线式送缆机重7 t ，拉力4 t ，带有测力测长装置，主要作用是有一定张力使电缆通 过放于海底。脐带缆绞车主要用于收放脐带缆。脐带缆是为电缆埋设机提供动力的，它有快速接头与 固定电力线相接，收放脐带缆时接头断开，工作时接通。 打桩作业，设有6 0 t 吊机，设在1 0 4 船纵轴线上。 甲板四角各设定位锚导缆装置，每根锚钢绳甲扳开口处设有水密箱，箱内有二层隔水板，并设水 平轮和立滚。艉部左右两舷设有侧向定位锚改变侧向定位锚锚绳位置的导轮。 在2 4 4 和1 5 7 4 左右两舷各设一台5 t 系缆绞盘，沿两舷设有8 只带缆桩，艉部右侧设有电缆埋设机 拖曳带缆桩，艏部两侧设拖力眼板，中部设0 5 6 单侧风暴锚机及1 6 t 液压吊机，1 4 5 。左右两舷各设2 5 人救生筏，8 0 4 处设有救生艇一只，船艏艉距左舷1 0 m 处设有海底管线扫描寻管装置。 全船甲板设有生活甲板室、焊接房、评片室、张紧器工作房、值班室。 3 2 2 舱室的布置 全船有三道纵舱壁，设5 道贯两舷的横舱壁，5 道贯三道纵舱壁的横舱壁。船体被分隔成3 4 个舱 室，船体四角设有四个绞车舱。每舱设两台绞车，左舷边舱设有压载舱一个，冷却水舱一个，2 个空舱， 右边舱设压载舱一个，居住舱8 人间一个、2 个空舱。艏艉各设两个调平用压载舱1 0 。2 6 。中纵舱壁 两边设机修间、配电间。2 6 。4 2 。中纵舱壁左右设机舱。4 2 8 5 8 ”中纵舱壁左右设空舱和柴油舱。5 8 ” 7 4 8 是空舱。7 4 4 9 0 8 中纵舱壁左侧设泵舱。9 0 。1 0 6 4 中纵壁左右设更衣室、淡水舱。1 0 6 匕1 2 2 中纵壁 左右设有浴室、盥洗室和6 人间2 间。1 2 2 a 1 5 4 ”中纵壁左右设厕所1 间、污水处理间i 间、6 人间2 间和6 人间4 间。1 5 4 k 1 7 0 4 设两个空舱，艏部压载舱内设一个与之水密的锚链舱。居住舱设有1 8 m 双 层底，从机舱至泵舱有通道。 3 2 3 上层建筑的布置 生活甲板室在1 3 2 a 一1 7 6 8 之间，在船中线的左侧，分三层布置：一层设有冷库、厨房、餐厅、粮库、 c 0 2 间、空调问、厕所、应急发电房，并设有下舱内斜梯和上二层斜梯。二层布置有医务室1 间、4 人 间4 间、2 人间2 间、1 人间2 间，1 人间、2 人间设有卫生间、厕所1 间。三层布置有指挥室、会议 室、电报房、电瓶间。甲板室外设二只斜梯和一只直梯，分别到二层三层和室顶焊接房内设有内管 焊点a 。评片室在8 9 4 1 0 0 4 右舷，有评片室、暗房、浮体舱室通道房组成，评片室内设有评片设备。 暗房内设洗片设备。张紧器工作房在0 5 8 4 船的右舷，内设3 0 t 张紧器、a r 绞车，张紧器a r 绞车 共用液压源、铺管作业线用电设备控制屏等。其上部放置主发电机组散热器3 台，并有一个单管水泥 灌注1 = 1 。6 0 t 吊机左侧设有值班房，房内设打桩锤电控设备、电缆埋设机用电接线板、机舱通道。 瞄1f 引 泰 口 一 。 彰j l il 。 q 匕： 9 酢 口 l 二 。 7 羞节 一 o 对- 口 厂_ 嚣 筲l 蠢 善8 。参 静 嘉 i 一 j 七 l 寸 i 棼 、 乓l j 垂彩 一垃 l 一 巨名盏阚 i工r - 一一 赫睦蔫南 3 1 一罗1 4 劈警“曩i 、。 亡 ，7 髟、 ，。j 澎 、 、鼍一 8 罔 、量， i 、 、 ， 翟 j 毒 i 嚣i c j 瞢 ”l 【 7 一 0 ； 嚣l 一 扩f 津 盖u f _ j i 由 啦 1 1 殿甄 移 l ；口。 口 。= j im 嚣耋f 。 丫 ” | ：l 。亭葶： 冉 l j 赛膦 亡习 。 霭、网 口 。h- 一l ： )e!i 翌 - 一 0 - d 萃星 肇 吕蒜旦 7 妇话 虽型 洲 i 口轧；， 蓦巴舅。 ，o 一1 匣 n 书。羹中守鼍 珏谍i 纛崽 詈卢。i b i ， 凹 ， _ 抵南墨f i i i i 蜀鞲 l t 【i 章弱 讨t 茎 疆_ 珏 绷，翰 妞献 野啬斗 霉鐾5 嚣 犷 爿一嘲 帽e 型 鹫 、【l i l | j l l l 删o i 一蛳* 矧j j 珊一一 麟 叠瞄 圃l 一豇斟 呻圃一i 一 粱 。一3 泰卅牡3 盛葛j 霭 j 嚣器，i 暴j 1 5 孙 黎鲦v舡rn 瓣煞己。专了 ”舀 圃f 一 豇斟呻圆一一 圭堂窒望奎堂堡主丝壅 垡塑塑篁塾丝塑璺堡堂! 塑_ 第四章铺管敷缆船的总体性能设计计算 4 1 重量重心的计算 本船对重量重心进行列表计算时采用如下坐标系 o 1r y z 户 。 o 图4 1 坐标系 x x 若已知各个组成部分重量g 的重心位置( 坐标值为x i ，y ，z i ) ，则船舶的重心位置( x o ，y g ，z g ) 可按下式计算： 彬t = 上 。( 4 1 ) 彬 l = 1 1 2 圭塑銮望奎堂堡主堡奎 一兰塑型迮堕塑塑墅塑型墅垄兰! 生 形m y g = 号_ 一( 4 2 ) 彬 j - - i 彬t z g = 号_ 一( 4 。3 ) 彬 ，1 1 铺管敷缆船存在多种状态。根据作业可分为铺管、敷缆两种状态，根据运动方式可分为拖航和停 泊作业两种状态，根据装载情况可以分为满载和空载两种状态。综合起来可以分为o t l 种状态： 铺管满载拖航状态： 铺管空载拖航状态； 铺管满载作业状态； 铺管空载作业状态； 敷缆满载拖航状态； 敷缆空载拖航状态； 敷缆满载作业状态； 敷缆空载作业状态。 计算结果如下表所示 表4 1固定结构重量重心计算 序号项目重量g ( t )x ( m )y ( m )z ( m ) l 钢结构 1 7 0 71 7 60 1 4 6 3 1 4 2 轮机 1 5 4 36 40 9 32 6 l 3电气5 21 2 4 8 o 9 24 4 舾装3 7 1 0 0 4- o 3 98 1 5 5专业设备5 2 5 58 9 61 43 5 4 6合计2 8 0 9 81 1 90 0 8 83 8 6 圭查銮望奎兰堡主堡塞 垫塑塑笪墼望塑璺堡丝垡塞笪 表4 2 铺管满载拖航状态重量重心计算 i 序号项目重量g ( t )x ( m )y ( m )z ( m ) 1固定载荷2 8 0 9 b1 1 90 0 8 83 8 6 2 管子2 8 45 6 45 - 3 3 淡水2 8 04 】42 3 4 柴油2 3 0一1 9 942 3 5 生活污水5 02 0 150 6 6 冷却用水1 0 04 1 一1 1 l 7 挖沟机2 72 4 9o5 8 8 粮肉菜2 53 7 18 55 8 9 合计3 7 8 3 3- 1 1 5o 0 1 8 7 4 8 2 4 7 5 6 1 0 平均吃水1 6 0 表4 3 铺管空载拖航状态重量重心计算 序号项目 重量g ( t )x ( m )y ( m ) z ( m ) 1 固定载荷2 8 0 9 81 1 90 0 8 83 8 6 2 管子05 6- 4 6 4 3 淡水2 84 140 2 4 柴油2 31 9 94 0 2 5 生活污水5 02 0 15 0 6 6 冷却用水1 0 04 1 1 11 7 粮肉菜2 53 7 j8 5 6 9 8 挖沟机2 72 4 90 6 9 9 总计3 0 4 0 3 0 9 5- 0 2 0 6 9 5 1 8 0 6 1 0 平均吃水1 3 2 4 2 - 1 4 圭查窒望查兰堡主造塞 鎏塑塑笪墼堕塑：望堡丝堂堂生 表4 4铺管满载作业状态重量重心计算 序号项目重量g ( t )x ( m )y ( r r l )z ( m ) 1 固定载荷 2 8 0 9 81 1 9o 0 8 83 8 6 2 管子 2 8 45 646 4 3 淡水 2 8 04 142 - 3 4 柴油2 3 01 9 942 3 5 生活污水5 02 0 150 6 6 冷却用水 1 0 041 1 l1 7 粮肉菜 2 ，53 7 1 - 8 56 9 8 总计3 7 5 6 31 20 0 1 8 84 9 6 9 5 9 平均吃水t 5 9 表4 5 铺管空载作业状态重量重心计算 序号项目重量g ( t ) x ( m )y ( m )z ( m ) l 固定载荷2 8 0 9 81 1 9 0 0 8 83 8 6 2 管子o5 6 46 4 3 淡水2 84 1 4 0 2 4 柴油2 3 1 9 94 0 2 5 生活污水5 02 0 1 5o 6 6 冷却用水1 0 04 1 - 1 1 l 7 粮肉菜2 5 3 7 1- 8 5 6 9 8 总计3 0 1 3 3 0 7 3 0 2 0 8 8 5 1 6 5 2 9 平均吃水1 2 8 1 5 圭壁奎望盔堂堡主笙苎 望塑塑筻墼竺塑璺堡丝堂堂生 表4 6 敷缆满载拖航状态重量重心计算 序号项目重量6 ( t )x ( m ) y ( 7 1 )z ( m ) i 固定载荷 2 8 0 9 81 1 90 0 8 83 8 6 2 电缆 6 0 02 956 4 3 淡水2 8 04 142 _ 3 4 柴油2 3 01 9 942 3 5 生活污水 5 02 0 】5 0 6 6 冷却用水 1 0 04 11 l 1 7 敷缆挖沟机 83 5 4 96 6 8 粮肉菜2 53 7 18 56 9 i 9 总计4 0 8 0 31 60 4 5 7 1 5 0 8 3 5 j 1 0 平均吃水】7 3 m 表4 7敷缆空载拖航状态重量重心计算 序号项目重量g ( t ) x ( m )y ( m )z ( m ) l 固定载荷2 8 0 9 81 1 90 0 8 8 3 8 6 2 电缆o2 9- 5 6 4 3 淡水2 84 14 o 2 4 柴油2 31 9 9 40 2 5 生活污水5 02 0 15 o 6 6 冷却用水1 0 04 1 1 ll 7 粮肉菜2 53 7 1 8 56 9 8 敷缆挖沟机8 - 3 5 496 6 9 总计3 0 2 1 30 8 3 - 0 ，2 3 2 l5 1 6 9 1 0 平均吃水】2 8 - 1 6 - 上海交通大学硕士论文 浅海铺管敷缆船总体性能设计 表4 8 敷缆满载作业状态重量重心计算 序号项目重量g ( t )x ( m )y ( m )z ( m ) l 固定载荷 2 8 0 9 8- 1 1 90 0 8 83 - 8 6 2 电缆 6 0 0- 2 956 4 3 淡水 2 8 04 i42 3 4 柴油2 3 01 9 942 3 5 生活污水5 02 0 i一50 6 6 冷却用水1 0 04 11 1l 7 粮肉菜 2 53 7 i - 8 56 9 8 总计4 0 7 2 3- 1 5 30 4 4 0 3 5 0 8 0 5 9 平均吃水1 7 3 表4 9 敷缆空载作业状态重量重心计算 序号 项目重量g ( t ) x ( m )y ( m )z ( m ) 1 固定载荷2 8 0 9 8- 】j 9o 0 8 8 3 8 6 2 电缆o2 9 - 56 4 3 淡水2 84 1 4o 2 4 柴油2 3- 1 9 9 40 2 5 生活污水5 02 0 1 50 6 6 冷却用水1 0 04 1 1 i 1 7 粮肉菜2 5 3 7 1 8 56 9 8 总计3 0 1 3 3 m 7 3田2 0 8 8 5 1 6 5 2 9 平均吃水1 2 8 - 1 7 上海交通大学硕士论文 浅海铺管敷缆船总体性能设计 各个状态的重量重心汇总如下表： 表4 - - 1 0各状态重量重心计算结果汇总 序号状态重量( t )x ( m )y ( m )z ( m ) 1 铺管满载拖航状态 3 7 8 3 31 2 60 0 24 8 2 2 铺管空载拖航状态 3 0 4 0 30 9 50 2 15 1 8 3 铺管满载作业状态3 7 5 6 3 1 20 0 24 9 7 4 铺管空载作业状态3 0 1 3 3o 7 3- o 2 15 1 7 5 敷缆满载拖航状态4 0 8 0 31 6- 0 4 65 0 8 6 敷缆空载拖航状态3 0 2 1 3- 0 80 2 35 1 7 7 敷缆满载作业状态4 0 7 2 31 5 30 4 45 0 8 8 敷缆空载作业状态3 0 1 3 30 7 30 2 15 1 7 4 2 干舷的计算 海船载重线规范对国内航行船舶( a 型) 的最小夏季干舷值要求如下； f 2 f 0 + 6 + 丘+ 6 ( 4 - 2 ) 式中：f 为夏季最小干舷： f o 为基本干舷： f l 为方形系数对干舷的修正值； f 2 为有效上层建筑和围壁处所对干舷的修正值： f 3 为非标准舷弧对干舷的修正值。 夏季干舷还不应小于按下式计算得到的值： f = 1 9 0 + 3 5 l - + 0 0 3 5 l 2 ( m m ) ( 4 3 ) 式中：l 为计算船长，单位：m 。 以下进行具体计算： 1 、f n 的计算 f 0 2 k d l 式中：d l 为设计型深。d 1 _ 5 6 0 m 按规范附表：l = 8 4 2 m 时，k = 1 4 1 8 6 f 0 2 1 4 1 8 6 5 6 0 = 7 9 4 4 2 ( m m ) 2 、f l 的计算 - 1 8 些塑盔兰堡主堡塞一堂堂型型鲨型塑 f j = 0 6f o ( c b - - 0 6 8 、( 4 4 ) 式中：c b 为方形系数，c b = o 9 8 = 0 6 7 9 4 4 2 ( o 9 8 - o 6 8 ) 5 1 4 3 o ( m m ) 3 、f 2 的计算 f 2 = - - c ( 8 0 + 4 l ) ( 4 5 ) 式中： c = ( 1 + e l ) e l ( 4 1 6 ) e 为上层建筑和围壁结构的总有效长度。 因为e = o 所以f ：- - 0 4 、的计算 f 3 = 5 0 0 ( a - - a ) l ( 1 5 一l 几) ( 4 7 ) 式中：a 为标准舷弧面积： a 为实际舷弧面积； l 为封闭上层建筑总长度。 当i - - 8 4 2m 时，a = 4 2 2m 2 实际舷弧面积a = 0 ， 1 = 0 5 = 5 0 0 ( 4 2 2 8 0 ) 1 5 = 3 9 5 6 3 ( r a m ) 根据以上计算结果，得 f = f o + 6 + 丘+ 6 = 7 9 4 4 2 + 1 4 3 0 + 3 9 5 6 3 = 1 3 3 3 0 5 ( r a m ) 另外，f - 1 9 0 + 3 5 l + 0 0 3 5 l 2 = 1 9 0 - - t - 3 5 8 4 2 - t - 0 0 3 5 x 8 4 2 2 = 7 3 2 8 4 ( r a m ) 因此规范要求的最小夏季干舷值为1 3 3 3f i l m 。 今本船的最大拖航吃水为1 8m ，实有的最小夏季千舷为3 8m ，完全满足规范的要求。 4 3 稳性的计算 4 3 1 计算依据 依据中华人民共和国船舶检验局“海船法定检验技术规则”及其“修改通报”。 计算假设：各种状态下的稳性计算均假设本船为无航速。 本船主要尺寸：型深5 6 m ，型宽2 8 m ，水线长8 4 2 m 。重量重心根据各计算状态而定。 - 1 9 - 圭塑奎望奎兰堕主笙塞立壁堕墼塑塑塑坠型型墅堂! ! 生 4 3 2 坐标系的选择 本稳性计算采用图4 - 1 所示的坐标系。 4 3 3 稳性横截曲线计算 稳性横截曲线利用上海交大编制的稳性计算程序计算，计算时输入数据如下。 x lx 2x 3y l y 2y 3z l z 2 4 2 14 2 14 2 1 1 41 4- 1 40 4 - 4 2 14 2 14 2 1 1 41 4- 1 40 4 4 4 94 5 14 4 91 41 4 1 44 5 6 4 4 94 5 14 5 11 41 4- 1 4 45 6 经计算得稳性横截曲线数据见附录一。 根据以上数据绘制稳性横截曲线图如图4 2 4 3 4 各种状态下的稳性计算 共有4 1 所述的8 种状态，各状态计算如下： 4 3 4 1 铺管满载拖航状态 l 、基础数据 本船在铺管满载拖航状态下，平均吃水1 6 0 m ，计算水线长8 3 5 m ，宽2 8 m ，排水量3 7 8 3 t ， 其中燃油2 3 0 t ，淡水2 8 0 t ，冷却水1 0 0 t ，生活污水5 0 t ，重心高4 8 2 m 。 2 、静稳性计算 ( 1 ) 自由液面修正前横稳性高g m = k b - - i v k g 式中k b = 0 8 2 m ，i = 2 8 3 8 0 1 1 2 = 1 4 6 3 4 6 m 4 ，排水体积v = 3 6 9 6 m 3 ，k g = 4 8 2 m 。 计算得g m i = 3 5 6 m ( 2 ) 自由液面修正 燃油舱、淡水舱液面均为8 m 8 m ，其对中性轴的惯性矩为i i = 3 3 1 3 一， 冷却水舱液面为8 6 m ，其对中性轴的惯性矩为1 2 = i 4 4 m 4 ，污水舱液面为8 8 m ，其对中性轴 的惯性矩为= 3 3 1 3 m 4 ， 液面修正g m 2 = ( 1 1 + 1 2 + 1 3 ) v = o 2 i m 。 ( 3 ) 自由液面修正后横稳性高为 g m = g m i g m 2 = 3 5 4 m 3 、 动稳性计算 ( 1 ) 自由液面修正 淡水舱为8 m x8 m ，淡水为2 8 0 t ，横倾3 0 。时。其力矩为9 1 0 t m ，力臂为0 2 4 m ，其他角 2 0 圭塑奎望奎兰堡主笙奎些塑塑篁墼垄塑璺苎丝! ! ! ! 生 度为插值数值。 燃油舱为8 m x8 m ，燃油为2 3 0 t ，横倾3 0 。时，其力矩为8 3 3 t m ，力臂为0 2 2 m ，其他角度 为插值数值。 冷却水舱液面为8 x6 m ，冷却水为1 0 0 t ，横倾3 0 。时，其力矩为3