一种浮式海洋平台吊机负荷试验的配载获取方法

摘要

本发明公开了一种浮式海洋平台吊机负荷试验的配载获取方法，首先测量或按照试验要求提供所需相关参数：吊臂长度；仰角参考点距基线高；仰角参考点距吊基座中心线距离；吊臂重量；吊臂初始位置重心坐标；吊机基座中心纵向坐标位置；吊机基座中心横向坐标位置；试验时平台重量；试验时平台重心坐标；试验吊物重量；吊臂旋转半径。然后获取参数吊臂仰角参考点距吊臂重心的距离；吊臂仰角，选取参数吊臂旋转角。通过以上参数得到第i个位置下对应的吊物位置坐标与吊臂重心位置坐标，进行装载计算，并校核浮态、稳性。根据每一步校核过的配载计算结果，得到整个吊机负荷试验的配载情况。

说明书

技术领域

本发明涉及海洋工程领域，更具体地说，涉及浮式海洋平台吊机负荷试验 的一种配载获取方法。

背景技术

配备将军吊的浮式海洋平台，需要在完工阶段对每一台吊机分别进行吊机 负荷试验以验证各吊机的起重能力。吊机负荷试验通常在靠近岸边执行试验， 以吊机吊臂能吊起岸上测试所用重物的位置为准。

试验的具体内容，是将吊机吊臂自存放位置，旋转至岸上重物位置吊起重 物，然后按照试验的具体要求吊举重物进行旋转。整个试验过程中不允许有任 何形式的调载。试验时，由于吊臂和所吊重物位置的不断变换，会使得平台在 整个试验过程中的浮态随之发生变化。而吊机的正常工作是需要在一定的横纵 倾范围内，方能进行。由于吊臂、重物位置的移动和码头阵风的影响而产生了 一个较大的倾覆力矩，需要对整个试验过程的稳性进行校核以满足相关规范要 求。

本发明，对一种浮式海洋平台吊机负荷试验的配载获取方法进行了阐述。 旨在为吊机负荷试验时的各工况(即吊机吊举某一重量重物以某一旋转半径在 某一旋转角对应位置)进行浮态和稳性校核。当浮态或稳性不满足要求情况下， 提供压载方案以同时满足试验浮态和稳性要求。配载获取时，需要得到某工况 (第i个位置)下对应的吊物位置坐标(X_Li，Y_Li，Z_Li)与吊臂重心位置坐标 (X_CBi，Y_CBi，Z_CBi)，作为输入参数。

因此，如何选取旋转角，计算对应吊物与吊臂重心位置，并进行浮态稳性 校核，是试验安全进行的基础。

发明内容

针对上述内容，本发明提出了一种浮式海洋平台吊机负荷试验的配载获取 方法。通过选取旋转角，得到对应吊物与吊臂重心位置，来进行配载计算。并 详细地给出了获取流程，清晰地表达了整个试验的配载获取方法。

为了达到上述目的，本发明浮式海洋平台吊机负荷试验的配载获取方法， 包括如下步骤，

S1、测量或由吊机厂商提供试验吊机的如下参数：

L--吊臂长度，单位m；

H--吊臂仰角参考点距基线高，单位m；

A--吊臂仰角参考点距吊基座中心线距离，单位m；

X_CP--吊机基座中心纵向坐标位置，单位m；

Y_CP--吊机基座中心横向坐标位置，单位m；

W_CB--吊臂重量，单位T；

S2、根据平台实际情况和试验要求，测量或给定如下参数：

W_LU--试验时平台重量，含吊臂，单位T；

(X_LU，Y_LU，Z_LU)--试验时平台重心坐标，单位m；

(X_CB0，Y_CB0，Z_CB0)--吊臂初始位置重心坐标，单位m；

W_L--试验吊物重量，单位T；

R--重物旋转半径，单位m；

α--吊臂旋转角，逆时针为正，单位deg；

j--整个吊机负荷试验中，吊臂按照某一给定R和W_L旋转一周所对应的试验 次数，称为一次试验，共计k次；

i--第j次试验中，一个α所对应的试验步骤，称为一次工况，满足如下原则：

-i＝1--α取初始位置；

-i＝i+1--第i个位置逆时针的下一个α角；

-i＝i_n--最后一个位置，即从i＝1开始，完成360°的位置；

S3、装载时，计入如下重量重心：

-使用空船重：重量W_LU，重心(X_LU，Y_LU，Z_LU)；

-扣除初始位置吊臂：重量-W_CB重心(X_CB0，Y_CD0，Z_CB0)；

-添加对应位置吊臂：重量W_CB，重心(X_CBi，Y_CBi，Z_CBi)；

-添加对应位置吊物：重量W_L，重心(X_Li，Y_Li，Z_Li)；

根据如下公式，获得第j次试验过程中，第i个位置下对应的吊物位置坐 标(X_Li，Y_Li，Z_Li)与吊臂重心位置坐标(X_CBi，Y_CBi，Z_CBi)：

吊物位置：

$\left(\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{Li}}=X_{\mathrm{CP}}+R\times \sin \alpha \\ Y_{\mathrm{Li}}=Y_{\mathrm{CP}}+R\times \cos \alpha \\ Z_{\mathrm{Li}}=H\end{array}\right)$    (式1)

吊臂重心位置：

$\left(\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{CBi}}=X_{\mathrm{CP}}+(D\times \cos \beta +A)\times \sin \alpha \\ Y_{\mathrm{CBi}}=Y_{\mathrm{CP}}+(D\times \cos \beta +A)\times \cos \alpha \\ Z_{\mathrm{CBi}}=H+D\times \sin \beta \end{array}\right)$    (式2)

其中，β--吊臂仰角，即吊臂与XY平面的夹角，逆时针为正，单位deg，按 照如下公式获得：

β＝arccos((R-A)/L)    (式3)

D--吊臂仰角参考点距吊臂重心的距离，单位m，按照如下公式获得：

$D=\sqrt{{(\sqrt{{(X_{\mathrm{CB}0}-X_{\mathrm{Cp}})}^2+{(Y_{\mathrm{CB}0}-Y_{\mathrm{Cp}})}^2}-A)}^2+{(Z_{\mathrm{CB}0}-H)}^2}$

                                                        (式4)

S4、浮态校核：首先在无额外压载水的情况下进行浮态校核，若浮态满足要求， 则进行下一步骤；若不满足，则调整压载水，从本次试验的第一个工况i＝1开始 重新计算浮态，直至浮态满足要求；

S5、稳性校核：若稳性满足要求，则进行S6；若不满足，则调整压载水，从本 次试验的第一个工况i＝1开始重新计算S4、S5，直至浮态、稳性均满足要求；

S6、按照S3-S5计算下一工况i＝i+1，直至本次试验的最后一个工况i＝in，计算完 成；

S7、按照以上步骤计算下一次试验j＝j+1，直至试验完成j＝jk；

其中，

涉及坐标系均为右手坐标系：

纵向：自船舯，向艏为正；

横向：自平台中心线，左舷为正；

垂向：自平台基线，向上为正。

一般情况下，步骤S2中，α取以下位置：

①α＝α₀，α₀为吊臂初始吊起重物时与YZ平面的夹角；

②α＝45°，吊臂与左舷、船艉呈45°；

③α＝90°,吊臂指向船艉；

④α＝135°，吊臂与船艉、右舷呈45°；

⑤α＝180°，吊臂指向右舷；

⑥α＝-135°，吊臂与右舷、船艏呈45°；

⑦α＝-90°，吊臂指向船艏；

⑧α＝-45°，吊臂与船艏、左舷呈45°；

⑨α＝0，吊臂指向左舷。

而且如果位置②-⑨与①角度相差在5°范围内，则予以排除。

试验中不进行调载，出现浮态或稳性不满足要求，均需从第一个工况开始 重新计算。

本发明浮式海洋平台吊机负荷试验的配载获取方法，首先测量或按照试验 要求提供所需相关参数：吊臂长度；仰角参考点距基线高；仰角参考点距吊基 座中心线距离；吊臂重量；吊臂初始位置重心坐标；吊机基座中心纵向坐标位 置；吊机基座中心横向坐标位置；试验时平台重量；试验时平台重心坐标；试 验吊物重量；吊臂旋转半径。然后获取参数吊臂仰角参考点距吊臂重心的距离 (m)；吊臂仰角，选取参数吊臂旋转角。通过以上参数计算得到第i个位置下对 应的吊物位置坐标与吊臂重心位置坐标，进行装载计算，并校核浮态、稳性。 根据每一步校核过的配载计算结果，得到整个吊机负荷试验的配载情况。

本发明由于采用以上技术方案，具有如下有益效果：

1、本发明提出的计算方法，公式简单、意义明确，易于掌握；

2、本发明简化了吊机负荷试验配载计算时，吊臂位置的选取，在实际 配合施工计算中，提高了计算效率；

3、本发明覆盖了在一般情况下，吊机负荷试验最危险的几个状态(所产 生的倾斜最大，稳性最弱)，可以有效保证试验的安全进行。

附图说明

图1是参数示意图；

图2是为图1的辅助示意图。

图3是旋转角选取示意图；

图4是本发明获取方法的流程图。

具体实施方式

如图1和2所示，标号1为平台上甲板；标号2为吊臂；标号3为吊臂重 心；标号4为仰角参考点；标号5为重物；标号6为吊机基座。图中示出了相 关参数。具体结合本发明方法，说明如下：

海洋平台吊机负荷试验配载的获取方法，包括如下步骤，计算流程如图4 所示：

S1、测量或由吊机厂商提供试验吊机的如下参数：

L--吊臂长度(m)；

H--吊臂仰角参考点距基线高，即吊臂与吊机铰接点距基线高(m)；

A--吊臂仰角参考点距吊基座中心线距离，即吊臂与吊机铰接点至吊基座中 心线的水平距离(m)；

X_CP--吊机基座中心纵向坐标位置(m)；

Y_CP--吊机基座中心横向坐标位置(m)；

W_CB--吊臂重量(T)；

S2、根据平台实际情况和试验要求，提供或给定如下参数：

W_LU--试验时平台重量，含吊臂(T)；

(X_LU，Y_LU，Z_LU)--试验时平台重心坐标(m)；

(X_CB0，Y_CB0，Z_CB0)--吊臂初始位置重心坐标，此时吊臂置于存放位置 (m)；

W_L--试验吊物重量(T)。

R--重物旋转半径，即吊臂在XY平面的投影长度(m)；

α--吊臂旋转角，即吊臂与YZ平面的夹角，逆时针为正(deg)。如无明确 要求，α一般选取以下位置，如图3所示：

①α＝α₀，α₀为吊臂吊起重物时与YZ平面的夹角(图中，标号9表 示初始位置)；

②α＝45°，吊臂与左舷、船艉呈45°；

③α＝90°，吊臂指向船艉；

④α＝135°，吊臂与船艉、右舷呈45°；

⑤α＝180°，吊臂指向右舷；

⑥α＝-135°，吊臂与右舷、船艏呈45°；

⑦α＝-90°，吊臂指向船艏；

⑧α＝-45°，吊臂与船艏、左舷呈45°；

⑨α＝0，吊臂指向左舷；

如果位置②-⑨与①角度相差在5°范围内，可不计。

j--整个吊机负荷试验中，吊臂按照某一给定R和W_L旋转一周所对应的试验 次数，称为一次试验，共计k次。一次试验中不能进行任何形式的调载。

i--第j次试验中，一个α所对应的试验步骤，称为一次工况，满足如下原则：

-i＝1--α取位置①；

-i＝i+1--第i个位置逆时针的下一个α角，如：第i个位置α＝45°， 则第i+1个位置α＝90°；

-i＝i_n--最后一个位置，即从i＝1开始，完成360°的位置。如果α所取 位置②-⑨与①角度相差在5°范围内，n＝8；否则n＝9。

S3、装载时，计入如下重量重心：

-使用空船重：重量W_LU，重心(X_LU，Y_LU，Z_LU)；

-扣除初始位置吊臂：重量-W_CB，重心(X_CB0，Y_CB0，Z_CB0)；

-添加对应位置吊臂：重量W_CB，重心(X_CBi，Y_CBi，Z_CBi)；

-添加对应位置吊物：重量W_L，重心(X_Li，Y_Li，Z_Li)。

根据如下公式，获得第j次试验过程中，第i个位置下对应的吊物位置坐 标(X_Li，Y_Li，Z_Li)与吊臂重心位置坐标(X_CBi，Y_CBi，Z_CBi)：

吊物位置：

$\left(\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{Li}}=X_{\mathrm{CP}}+R\times \sin \alpha \\ Y_{\mathrm{Li}}=Y_{\mathrm{CP}}+R\times \cos \alpha \\ Z_{\mathrm{Li}}=H\end{array}\right)$    (式1)

吊臂重心位置：

$\left(\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{CBi}}=X_{\mathrm{CP}}+(D\times \cos \beta +A)\times \sin \alpha \\ Y_{\mathrm{CBi}}=Y_{\mathrm{CP}}+(D\times \cos \beta +A)\times \cos \alpha \\ Z_{\mathrm{CBi}}=H+D\times \sin \beta \end{array}\right)$    (式2)

其中，β--吊臂仰角，即吊臂与XY平面的夹角，逆时针为正(deg)，按照如 下公式获得：

β＝arccos((R-A)/L)    (式3)

D--吊臂仰角参考点距吊臂重心的距离(m)，按照如下公式获得：

$D=\sqrt{{(\sqrt{{(X_{\mathrm{CB}0}-X_{\mathrm{Cp}})}^2+{(Y_{\mathrm{CB}0}-Y_{\mathrm{Cp}})}^2}-A)}^2+{(Z_{\mathrm{CB}0}-H)}^2}$

                                                  (式4)

S4、浮态校核。首先在无额外压载水的情况下进行浮态校核，若浮态满足 要求，则进行下一步骤；若不满足，则调整压载水，从本次试验的第一个工况 (i＝1)开始重新计算浮态，直至浮态满足要求。

S5、稳性校核。若稳性满足要求，则进行S6；若不满足，则调整压载水， 从本次试验的第一个工况(i＝1)开始重新计算S4、S5，直至浮态、稳性均满足 要求。

S6、按照S3-S5计算下一工况(i＝i+1)，直至本次试验的最后一个工况(i＝in) 计算完成。

S7、按照以上步骤计算下一次试验(j＝j+1)，直至试验完成(j＝jk)。

需要说明的是：

1)本发明所涉及坐标系均为船体坐标系(右手坐标系)：

纵向：自船舯，向艏为正；

横向：自平台中心线，左舷为正；

垂向：自平台基线，向上为正。

2)由于一次试验中不能进行任何形式的调载，因而一旦任何工况出现浮态 或稳性不满足要求，均需从第一个工况开始重新计算。

3)本发明不限制具体的浮态与稳性校核的计算方式，可运用总体性能计算 软件或手动计算。

附图4是浮式海洋平台吊机负荷试验配载计算的流程图，下面结合具体实 施例说明本发明。

以半潜式平台吊机负荷试验为例，已知：吊臂长度L＝64m，吊臂仰角参考点 距基线高H＝50m，吊臂仰角参考点距吊机基座中心线距离A＝2m；吊机基座中心纵 向坐标位置X_CP＝-35，横向坐标位置Y_CP＝-25；吊臂重量W_CB＝100T，初始位置重 心位置(X_CB0，Y_CB0，Z_CB0)＝(-2,-25,48)；试验时平台重量(含吊臂) W_LU＝15000T，重心位置(X_LU，Y_LU，Z_LU)＝(-0.5,0,24)；试验要求进行2次试 验(即k＝2)，分别以R₁＝40m为半径调取重物W_L1＝180T和以R2＝60m为半径调取重物 W_L2＝100T；吊物初始位置α₀＝20°，计算方法如下：

1)根据以下原则选取旋转角α：

自0°起，每隔45°选取作为旋转角，至360°，作为旋转标准角；吊物 初始位置时的旋转角，但若此角与任一标准角相差在5°范围内，此角可 不计。第一个旋转角应为初始位置时的旋转角或与其相差在5°范围内的 标准角，下一个旋转角应为上一个旋转角逆时针+45°。

选取得到：α₁＝20°，α₂＝45°，α₃＝90°，α₄＝135°，α₅＝180°， α₆＝-135°，α₇＝-90°，α₈＝-45°，α₉＝0°。

2)根据如下公式，计算D--吊臂仰角参考点距吊臂重心的距离(m):

$D=\sqrt{{(\sqrt{{(X_{\mathrm{CB}0}-X_{\mathrm{CP}})}^2+{(Y_{\mathrm{CB}0}-Y_{\mathrm{CP}})}^2}-A)}^2+{(Z_{\mathrm{CB}0}-H)}^2}$

计算得到：D＝31.06m。

根据如下公式，计算β--吊臂仰角(吊臂与XY平面的夹角)(deg):

β＝arccos((R-A)/L)

计算得到：β₁＝53.58°，β₂＝25.01°。

根据如下公式，获得第j次试验过程中，第i个位置下对应的吊物位置坐 标(X_Li，Y_Li，Z_Li)与吊臂重心位置坐标(X_CBi，Y_CBi，Z_CBi)：

吊物位置：

$\left(\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{Li}}=X_{\mathrm{CP}}+R\times \sin \alpha \\ Y_{\mathrm{Li}}=Y_{\mathrm{CP}}+R\times \cos \alpha \\ Z_{\mathrm{Li}}=H+L\times \sin \beta \end{array}\right)$

吊臂重心位置：

$\left(\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{CBi}}=X_{\mathrm{CP}}+(D\times \cos \beta +A)\times \sin \alpha \\ Y_{\mathrm{CBi}}=Y_{\mathrm{CP}}+(D\times \cos \beta +A)\times \cos \alpha \\ Z_{\mathrm{CBi}}=H+D\times \sin \beta \end{array}\right)$

试验1(j＝1)计算结果，见下表：

位置i 旋转角α X_CBiY_CBiZ_CBiX_LiY_LiZ_Li1 20 -28.01 -5.79 75.00 -21.32 12.59 50.00 2 45 -20.54 -10.54 75.00 -6.72 3.28 50.00 3 90 -14.56 -25.00 75.00 5.00 -25.00 50.00 4 135 -20.54 -39.46 75.00 -6.72 -53.28 50.00 5 180 -35.00 -45.44 75.00 -35.00 -65.00 50.00 6 -135 -49.46 -39.46 75.00 -63.28 -53.28 50.00 7 -90 -55.44 -25.00 75.00 -75.00 -25.00 50.00 8 -45 -49.46 -10.54 75.00 -63.28 3.28 50.00 9 0 -35.00 -4.56 75.00 -35.00 15.00 50.00

试验2(j＝2)计算结果，见下表：

位置i 旋转角α X_CBiY_CBiZ_CBiX_LiY_LiZ_Li1 20 -24.69 3.33 63.13 -14.48 31.38 50.00 2 45 -13.68 -3.68 63.13 7.43 17.43 50.00 3 90 -4.85 -25.00 63.13 25.00 -25.00 50.00 4 135 -13.68 -46.32 63.13 7.43 -67.43 50.00 5 180 -35.00 -55.15 63.13 -35.00 -85.00 50.00 6 -135 -56.32 -46.32 63.13 -77.43 -67.43 50.00 7 -90 -65.15 -25.00 63.13 -95.00 -25.00 50.00 8 -45 -56.32 -3.68 63.13 -77.43 17.43 50.00 9 0 -35.00 5.15 63.13 -35.00 35.00 50.00

3)取j＝1。

4)不打入额外压载水。

5)取i＝1。

6)将以下重量重心数据带入总体性能计算软件计算装载工况。

项目 重量，T LCG，m TCG，m VCG，m 平台 15000.0 -0.50 0.00 24.00

项目 重量，T LCG，m TCG，m VCG，m 吊臂(初始位置) -100.0 -2.00 -25.00 48.00 吊臂(位置i) 100.0 X_CBiY_CBiZ_CBi重物(位置i) 180.0 X_LiY_LiZ_Li

7)校核浮态，若浮态满足要求，进行8)；否则，进行9)。

8)校核稳性，若稳性满足要求，进行10)；否则，进行9)。

9)调整压载水，返回5)重新按步骤计算。

10)取i＝i+1，若i>i_n，进行11)；否则，进行6)。

11)取j＝j+1，若j>j_k，计算完成；否则，进行4)。

本发明给出的浮式海洋平台吊机负荷试验的配载计算方法，公式简单，意 义明确，为浮式海洋平台吊机负荷试验的配载计算提供了理论方法，并能保证 试验的安全进行。本发明可以比较简单、准确地确定吊物与吊臂在试验过程中 的重心位置，提供简易的试验配载计算流程，对浮式海洋平台吊机负荷试验的 配载计算起到了指导作用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本 发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护 范围之内。