铺管起重船动力定位推进器配置研究

论文摘要

铺管起重船是当前海洋石油技术领域中非常重要的设备之一,担负着海底油气管道的铺设任务,其工作性能直接影响着石油产业的发展。而铺管起重船要实现在环境多变的海面上的船位和艏向的保持能力,动力定位系统则必不可少。本文以一艘深水铺管起重船为研究对象,对满足动力定位系统要求的推进器布置方法进行了研究,通过对影响推进器系统性能的各个要素进行分析,最终完成了该船推进器的布置工作。在论文研究过程中,首先对船舶的外载荷进行了分析,这其中包括最大设计海洋环境的选取、船舶设计工况的选取、船舶环境载荷的计算以及船舶工作载荷的计算等。关于海洋环境以及船舶工作载荷均是选择对船舶动力定位效果影响最大的情形。在计算船舶的环境载荷时,使用该船的缩尺度船模风洞实验得到的无量纲系数进行计算。之后对动力定位船舶推进器的选择、影响推进器工作效率的干扰因素进行了探讨。这其中包括不同种类和控制形式的推进器之间性能的比较分析、动力定位系统规范对推进器系统布置的要求、影响推进器性能的环境干扰因素等几方面。为接下来设计推进器系统奠定了基础。在动力定位船舶推进器系统的设计过程中需要对推进器的推力以及整个推进系统的动力定位能力进行仿真分析。因此在本论文的研究过程中根据推力分配以及动力定位能力计算的基本原理,分别设计了动力定位推进器的推力校核程序以及动力定位能力计算程序,前者主要使用于推进器的布置过程中,后者则用于对船舶定位能力进行360°的环境影响校核。在对动力定位系统推进器布置的研究过程中,首先对船舶的基本运动状态进行分析,从中找到动力定位推进器布置的相关规律,并且总结出了一套较为实用的关于动力定位推进器系统布置的基本流程。在此基础之上对本文的研究对象——深水铺管起重船完成了推进器的布置工作,经过动力定位能力曲线验证可知,该推进器系统完全满足动力定位标志DP-2的冗余度要求。本文的工作可作为实际工程中动力定位推力系统设计的参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 动力定位系统简介
• 1.2.1 动力定位系统的发展现状
• 1.2.2 动力定位系统的结构
• 1.2.3 动力定位系统工作流程
• 1.3 铺管起重船简介
• 1.4 本论文研究内容
• 第2章 铺管起重船主要参数及其环境外载荷
• 2.1 铺管起重船主要参数
• 2.2 铺管起重船作业载荷分析
• 2.2.1 铺管起重船不同工况受力分析
• 2.2.2 铺管起重船铺管作业力计算
• 2.3 环境外载荷的计算
• 2.3.1 风载荷
• 2.3.2 流载荷
• 2.3.3 波浪慢漂力载荷
• 2.4 本章小结
• 第3章 推进器选型
• 3.1 定螺距螺旋桨与变螺距螺旋桨
• 3.1.1 定螺距螺旋桨
• 3.1.2 变螺距螺旋桨
• 3.1.3 两种形式螺旋桨的比较
• 3.2 几种常用的动力定位推进装置
• 3.2.1 敞式推进器
• 3.2.2 槽道式推进器
• 3.2.3 全方位推进器
• 3.2.4 三种类型推进器的对比
• 3.3 动力定位系统规范
• 3.3.1 动力定位规范
• 3.3.2 推进器系统冗余度选择
• 3.4 本章小结
• 第4章 推进器水动力性能分析
• 4.1 影响推进器工作的环境因素
• 4.1.1 影响推进效果的环境因素
• 4.1.2 影响推进器寿命的因素
• 4.2 推进器与船体间的相互干扰
• 4.3 推进器之间的相互干扰
• 4.4 本章小结
• 第5章 DP-2推进器系统的布置
• 5.1 动力定位推进器的布置方法
• 5.1.1 动力定位推进器布置规律分析
• 5.1.2 动力定位推进器布置流程
• 5.2 铺管起重船推进器系统设计
• 5.2.1 铺管起重船主推进器的选定
• 5.2.2 铺管起重船动力定位推进器系统设计
• 5.3 推进器系统设计中的冗余度考虑
• 5.4 本章小结
• 第6章 铺管起重船动力定位能力分析
• 6.1 动力定位能力分析算法
• 6.1.1 动力定位能力分析算法原理
• 6.1.2 推进器系统推力分配算法
• 6.2 铺管起重船动力定位能力计算校核
• 6.2.1 无冗余推进器系统定位能力校核
• 6.2.2 冗余推进器系统定位能力校核
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢