一种LNG船系泊力的分析方法与流程

本发明涉及船舶设计技术领域，特别是涉及一种lng船系泊力的分析方法。

背景技术：

船舶系泊力是岸站泊位靠泊能力的一个重要因素。影响系泊力的因素有风、水流等，这些外力的影响通过缆绳传递给泊位及岸站自身。

长期以来，船舶系泊力计算有三个理论依据：船级社规范关于舾装数计算；ocimf(石油公司国际航运论坛)行业规范；国外专用的计算程序。

现有分析方法，存在如下不足：

第一、船级社规范关于舾装数计算中对风速限定为25m/s，对水流速度限定为2.5m/s，未考虑恶劣天气情况，对船舶的吃水状态限定为结构吃水，且未考虑每根缆绳受力角度的不同以及缆绳使用的安全系数。不符合实际使用情况。

第二、ocimf(石油公司国际航运论坛)行业规范虽然考虑了恶劣天气情况，风速设定为30.9m/s，也考虑了缆绳使用的安全系数。但计算过程中将所有缆绳受力角度假定为相同，不符合实际使用情况。

第三、国外专用的计算程序，计算周期较长，且费用昂贵。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有船舶系泊力计算过程复杂，计算成本高且不符合岸站系泊实际情况的不足，设计出一种大型lng船系泊力分析方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种lng船系泊力的分析方法，包括以下步骤：

步骤1：测量船舶吃水量，根据船舶吃水量计算船舶吃水线以上的受风面积；

步骤2：根据受风面积和ocimf规范提供的用于计算lng船系泊力的风速值，计算风对船舶产生的空气阻力；

步骤3：根据船舶吃水量和ocimf规范提供的用于计算lng船系泊力的水流速度值，计算水流对船舶产生的水流阻力；

步骤4：获取船舶的系泊位置图及岸站快速释放钩的位置；根据系泊位置图、岸站快速释放钩的位置计算每根缆绳的空间走向，所述缆绳包括横缆和倒缆；

步骤5：通过每根横缆的空间走向计算横缆张力的横向分力与横缆张力的第一比例系数；通过每根倒缆的空间走向计算倒缆张力的纵向分力与倒缆张力的第二比例系数；

步骤6：根据所有横缆的第一比例系数、所有倒缆的第二比例系数、空气阻力和水流阻力，计算横缆张力和倒缆张力。

所述步骤2中的空气阻力包括横向空气阻力和纵向空气阻力，所述步骤3中的水流阻力包括横向水流阻力和纵向水流阻力。

所述横向空气阻力的计算公式为其中fxw为横向空气阻力，cxw为横向风力计算系数，空气密度ρw为1.28kg/m³，风速vw＝30.9m/s，at为船舶吃水线以上横向受风面积；

纵向空气阻力的计算公式为其中fyw为纵向空气阻力，cyw为纵向风力计算系数，空气密度ρw为1.28kg/m³，风速vw＝30.9m/s，al为船舶吃水线以上纵向受风面积；

横向水流阻力的计算公式为其中fxc为横向水流阻力，cxc为横向水流计算系数，海水密度ρc为1025kg/m3，水流速度vc为2.5m/s，lbp为船舶首柱和尾柱之间的距离，t为船舶的吃水深度；

纵向水流阻力的计算公式为其中fyc为纵向水流阻力，cyc为纵向水流计算系数，海水密度ρc为1025kg/m3，水流速度vc为2.5m/s，lbp为船舶首柱和尾柱之间的距离，t为船舶的吃水深度。

所述步骤4中横缆的空间走向包括横缆在水平面的投影与码头岸线的夹角、横缆在横剖面内的投影与水平面的夹角；倒缆的空间走向为倒缆在纵剖面内的投影与水平面的夹角。

所述横缆的第一比例系数其中a为横缆在水平面的投影与码头岸线的夹角，b为横缆在横剖面内的投影与水平面的夹角；

所述倒缆的第二比例系数β＝cos(c)，其中c为倒缆在纵剖面内的投影与水平面的夹角。

步骤5中所述横缆张力的计算公式为f1＝fa/α’，其中，f1为横缆张力，α’为所有横缆的第一比例系数之和，fa为横向空气阻力和横向水流阻力之和；

倒缆张力的计算公式为f2＝fb/β’，其中，f2为倒缆张力，β’为所有倒缆的第二比例系数之和，fb为纵向空气阻力和纵向水流阻力之和。

述步骤1的船舶吃水量通过测深仪或读取船体水尺刻度线得到。

本发明的积极有益效果：

1、本发明的系泊力分析方法运算过程简单，缩短了计算周期，降低了计算成本。

2、根据不同系泊缆绳的空间走向，能够得到横缆的横向分力与横缆张力的第一比例系数和倒缆的纵向分力与倒缆张力的第二比例系数，从而根据船舶受到的空气阻力和水流阻力，得到大型lng船上的缆绳在岸站系泊的实际张力，计算的缆绳张力更加准确。

附图说明

图1为本发明lng船系泊力分析方法的流程图。

图2为横缆空间走向及其受力分析示意图。

图3为纵缆空间走向及其受力分析示意图。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明做进一步的详细说明，但不应以此来限制本发明的保护范围。

参见图1，本发明的lng船系泊力的分析方法，具体实施过程如下：

步骤一、根据船舶吃水量计算船舶的吃水线以上受风面积，具体过程如下：

1)通过测深仪或读取船体水尺刻度线来获得船舶吃水量，根据船舶吃水量计算船舶吃水线以上横向受风面积at；

2)根据船舶吃水量计算船舶吃水线以上纵向受风面积al。

步骤二、根据受风面积及风速计算风对船舶产生的力，具体过程如下：

1)根据ocimf规范提供的推荐图表查找相应的风力计算系数，包括横向风力计算系数cxw和纵向风力计算系数cyw；

2)根据ocimf规范要求将风速vw假定为30.9m/s；

3)由公式计算横向空气阻力fxw，其中ρw是空气密度，ρw＝1.28kg/m³；at为船舶吃水线以上横向受风面积；

4)由公式计算纵向空气阻力fyw，其中ρw是空气密度，ρw＝1.28kg/m³；al为船舶吃水线以上纵向受风面积。

步骤三、根据船舶吃水量及水流速度计算水流对船舶产生的力，具体过程如下：

1)根据ocimf规范提供的推荐图表查找相应的水流计算系数，包括横向水流计算系数cxc和纵向水流计算系数cyc；

2)通过测深仪测量得到船舶的吃水深度t，根据ocimf规范要求将水流速度vc假定为2.5m/s；

3)由公式计算水流对船舶产生的横向阻力fxc，其中ρc是海水密度，ρc＝1025kg/m3；lbp为船舶首柱和尾柱之间的距离。

4)由公式计算水流对船舶产生的纵向阻力fyc，其中ρc是海水密度，ρc＝1025kg/m3；lbp为船舶首柱和尾柱之间的距离。

步骤四、根据船舶的系泊布置图及岸站快速释放钩的位置计算船上所有系泊缆绳的空间走向，以其中一根系泊缆绳为例，该系泊缆绳空间走向的具体计算过程如下：

1)将该缆绳在船上的系泊点与在岸站的系泊点连成一线；

2)假设该缆绳为横缆，如图2所示，测量横缆在水平面的投影与码头岸线的夹角a，；测量横缆在横剖面内的投影与水平面的夹角b，夹角a和夹角b即可表示横缆的空间走向。

由夹角a和夹角b，得到横缆的横向分力与横缆张力的比例大小，令该比例大小为第一比例系数α。横缆的横向分力与横缆张力的比例关系为：其中表示横缆实际受力方向的张力，表示横缆的横向分力，通过该公式，可以得到横缆的横向分力与横缆张力的比例系数；

3)假设该缆绳为倒缆，如图3所示，测量倒缆在纵剖面内的投影与水平面的夹角c，夹角c即可表示倒缆的空间走向。

由夹角c可得到倒缆张力的纵向分力与倒缆张力的比例大小，令该比例大小为第二比例系数β。倒缆的纵向分力与倒缆张力的比例关系为其中表示倒缆实际受力方向的张力，表示倒缆的纵向分力。

4)按照步骤1-3，依次计算其他缆绳的空间走向。

步骤五、根据每根系泊缆绳的空间走向计算缆绳的实际受力，具体过程如下：

1)假设该缆绳为横缆，风对船舶的横向风力和水流对船舶的横向阻力之和为船舶的横向作用合力，船舶的横向作用合力等于所有缆绳张力的横向分力之和，通过船舶的横向作用合力除以船舶上所有横缆的第一比例系数之和，得出每根横缆的平均受力。

横缆张力的计算公式为f1＝fa/α’，其中，f1为横缆张力，α’为所有横缆的第一比例系数之和，fa为横向空气阻力和横向水流阻力之和。

2)假设该缆绳为倒缆，风对船舶的纵向风力和水流对船舶的纵向阻力之和为船舶的纵向作用合力，船舶的纵向作用合力等于倒缆张力的纵向分力之和，通过船舶的纵向作用合力除以船舶上所有倒缆的第二比例系数之和，即可得出每根倒缆的平均受力。

倒缆张力的计算公式为f2＝fb/β’，其中，f2为倒缆张力，β’为所有倒缆的第二比例系数之和，fb为纵向空气阻力和纵向水流阻力之和。

经试用表明，本发明方法满足船级社规范及ocimf(石油公司国际航运论坛)行业规范，符合大型lng船在岸站系泊的实际情况，还简化了计算过程，缩短了计算周期，降低了计算费用。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。