T型駁運載超大型組塊運動特性分析

楊小龍，高定全，董寶輝，董曉曼，周 燕

(海洋石油工程股份有限公司，天津300451)

海洋平臺作為海上油氣資源開采的載體，其上部模塊正向著綜合化，大型化的方向發展。平臺在陸上建造完工后，一般由駁船運載至油田場址進行海上安裝。組塊浮托安裝有一定的優勢，可以節省組塊海上調試時間及安裝費用。但駁船的選型受到平臺下部基礎開口的限制，有時需要將駁船改造成T形以保證運輸的穩性。本文以采用浮托安裝的某大型組塊的拖航為例，對設計過程中需注意的問題進行討論。

1 T型駁簡介

艏和艉的半寬存在較大差異。它一般由傳統船舶改造而成，也有直接由船廠初次建造的，例如國內為三星重工建造的1.8萬t的“三星2號”。大部分T型駁的改造源于浮托安裝的需要。所謂浮托安裝是指通過調整安裝船上組塊高度將組塊置于預先安裝的水下基礎頂部的一種安裝方法。當海上起重船能力不足或者不具備起重船作業條件時，可采用浮托法進行安裝作業。由于浮托安裝船的寬度需要受到水下基礎開口的限制，有時不得不對船體進行削窄處理。同時為了保證拖航過程中的穩性，增加船體的儲備浮力，通常又將未削窄的部分加寬，形成所謂的T型。國際上著名的T型駁包括Heerema公司的H-851，Mcdermott公司的intermac-650以及海油工程的HYSY229等。典型T型駁的浮托安裝于海上拖航作業見圖1、2。

圖1 Intermac-650海上拖航

圖2 H-851浮托安裝

2 算例

2.1 計算軟件

Moses是一款通用的浮式計算軟件，可進行大部分海上施工的數值模擬。SESAM是一款商用浮式計算軟件包，主要包括用于結構分析的Genie模塊，用于水動力分析的HydroD模塊和用于系泊分析的DeepC模塊。同時集成了前處理與后處理功能。兩款軟件在國際上應用廣泛，有著很高的計算精度。本文以上述兩款軟件進行拖航的數值模擬并將計算結果與上海交通大學國家重點實驗室進行的模型試驗進行對比，驗證設計成果的可靠性。

2.2 設計參數

坐標系定義見圖3，X軸原點位于船艏，正向由船艏指向船艉，Y軸原點位于船體中線，向右為正，Z軸原點位于船體基線上，向上為正，坐標系定義服從右手定則。

圖3 船體坐標系

文中計算的T型駁設計參數見表1、圖4。

表1 T型駁設計參數

圖4 駁船主尺度

拖航組塊設計參數見表2。

表2 運載結構物的設計參數

組塊在駁船上的位置見圖5。

圖5 組塊在駁船上位置

2.3 響應幅值算子(RAO)

運動響應幅值算子顯示浮體在不同頻率單位波幅規則波下的運動，它與系統所受到的激勵，系統的阻尼和質量分布直接相關。結合特定的海浪譜，可以方便地進行浮體的短期運動響應預報。RAO可以看做是浮體運動特性的直接量度。在Moses中應用三維勢流理論得到系統重心處6自由度的RAO，見圖6。

圖6 船體重心處6自由度RAO

拖航過程中最關心的是船體的橫搖運動。橫搖RAO幅值在很大程度上取決于橫搖阻尼的大?。?］。將實驗中得到的橫搖線性阻尼系數μ代入數值模型中，得到的90°的橫搖和垂蕩的RAO曲線與實驗結果對比。實驗中得到的橫搖，縱搖兩自由度的自由衰減曲線見圖7，數值模擬結果與實驗結果的對比見圖8。

圖7 橫搖及縱搖自由衰減曲線

圖8 Moses，Sesam與模型試驗結果對比

由圖8可見Sesam與Moses兩款數值計算軟件計算結果幾乎完全吻合，與實驗中白噪聲測得的RAO結果吻合較好，對于橫搖RAO幅值，實驗結果要略大于數值計算的結果［2］。

3 結論

1)駁船運載超大型組塊后由于總的重心較高，橫穩性高較小，橫搖固有周期較大，實驗中測得的阻尼較小，在波頻的范圍內容易產生較大的橫搖運動。在拖航設計工程中應充分考慮固有周期的影響，通過調整吃水，降低系統重心等操作使系統固有周期避開波浪能量集中的頻率。

2)以縱搖運動為例，通過靜水衰減得到的結果與數值計算結果對比發現，試驗測得的固有周期和頻域計算的RAO曲線峰值位置并不一致。主要的原因可能是由于T型駁前后寬窄不一，縱搖運動時船體浮心位置不斷改變，縱搖運動時始終伴隨著垂蕩運動的耦合，導致縱搖自由衰減受垂蕩運動的影響，固有周期未必一定對應RAO最大峰值位置。由此可見對于特殊船型通過RAO曲線的最大峰值位置來確定固有周期的方法不一定可靠。

除此之外，由于船體的特殊性T型駁在遭遇橫浪工況時更容易產生艏搖，在船體加寬處更容易產生甲板上浪，不利于船體航向的穩定性。最后，不同于常規駁船，T型駁在運載超大型組塊時船體的總橫強度也應是拖航設計的重點。

［1］肖龍飛，楊建民，盛振邦.海洋工程水動力學模型試驗研究［M］.上海:上海交通大學出版社，2008.

［2］呂海寧，李 欣.荔灣3-1 CEP組塊浮托安裝模型試驗報告［R］.上海:上海交通大學海洋工程國家重點實驗室，2011.