一種動(dòng)力定位鋪管船的管道控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公布一種動(dòng)力定位鋪管船的管道控制方法，即提出一種在S型鋪管船管道模型基礎(chǔ)下，鋪管船管道控制方程的求解方法。其特征在于包含以下步驟：建立管道對(duì)船舶的水平作用力模型；采用奇異攝動(dòng)法(小參數(shù)法)中的合成漸近展開法求解管道控制方程；結(jié)合連續(xù)條件可得管道對(duì)船舶的作用量，得出水平面的力即縱蕩、橫蕩、艏搖對(duì)鋪管船的作用力。本發(fā)明能夠有效地解決定位鋪管時(shí)的水平作用力問題，從而可知縱蕩、橫蕩和艏向三個(gè)方向上定位效果良好。
【專利說明】一種動(dòng)力定位鋪管船的管道控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋪管船動(dòng)力定位技術(shù)，特別涉及一種動(dòng)力定位鋪管船的管道控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自從1939年世界上第一條海底管道鋪設(shè)以來，鋪設(shè)長(zhǎng)度急劇增加，管道鋪設(shè)逐漸向大直徑管道、深海區(qū)域發(fā)展。海底管道的鋪設(shè)目前多采用先進(jìn)的鋪管船法進(jìn)行，尤其是深水管道。而隨著石油工業(yè)發(fā)展快，海上尤其運(yùn)輸頻繁，陸上油氣運(yùn)輸需求穿越海域，具有動(dòng)力定位系統(tǒng)的鋪管船發(fā)展的越來越快。
[0003]目前在鋪管作業(yè)的動(dòng)力定位模型方面，F(xiàn)ossen提出了用于動(dòng)力定位船舶仿真的非線性數(shù)學(xué)模型。童進(jìn)軍等人給出了在工作點(diǎn)處展開的線性模型形式，但線性模型須針對(duì)多個(gè)工作點(diǎn)展開，模型形式也比較簡(jiǎn)單。Jensen等人針對(duì)管道并結(jié)合船舶縱向運(yùn)動(dòng)建立了機(jī)械臂模型，但是模型中對(duì)于船體本身的水動(dòng)力系數(shù)描述過于簡(jiǎn)單，Jensen等人使用有限元方法建立了管道對(duì)船舶作用力模型，但模型又過于復(fù)雜，不適合實(shí)時(shí)計(jì)算。
[0004]在已有的具備動(dòng)力定位系統(tǒng)的S型鋪管船中，國內(nèi)2011年正式命名為“海洋石油201”的深水起重船用全電力推進(jìn)DP3動(dòng)力定位系統(tǒng)，設(shè)置七個(gè)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，使用自動(dòng)鋪管作業(yè)線，主要用于深水油氣田海底管線鋪設(shè)和海上設(shè)施的吊裝作業(yè)。而像這樣的海上石油工業(yè)中，經(jīng)常使用如海工軟件0FFPEPE，這是海上石油工業(yè)使用的強(qiáng)大設(shè)計(jì)計(jì)算分析軟件，用于管線在施工鋪設(shè)和管線對(duì)接的計(jì)算。軟件RIFLEX是海洋環(huán)境中進(jìn)行非線性結(jié)構(gòu)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析的特制、先進(jìn)的工具。在管道模型方面，海工軟件內(nèi)已經(jīng)嵌入了這樣的模型模塊，而在國內(nèi)的理論研究方面較少有通過建立管道作用力數(shù)學(xué)模型，得到鋪管船動(dòng)力定位系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種大型被拖船的拖航方案，并實(shí)現(xiàn)拖航過程中的多條拖船的推力分配控制與指揮。
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是一種動(dòng)力定位鋪管船的管道控制方法，提出一種在S型鋪管船管道模型基礎(chǔ)下，鋪管船管道控制方程的求解方法。
[0007]本發(fā)明在S型鋪管船管道模型基礎(chǔ)下，鋪管船管道控制方程的求解方法。其特征在于包含以下步驟:
[0008]a)建立管道對(duì)船舶的水平作用力模型。
[0009]b)采用奇異攝動(dòng)法(小參數(shù)法)中的合成漸進(jìn)展開法求解管道控制方程。
[0010]c)結(jié)合連續(xù)條件可得管道對(duì)船舶的作用量，得出水平面的力即縱蕩、橫蕩、艏搖對(duì)鋪管船的作用力。
[0011]所述步驟a)中，建立管道對(duì)船舶的水平作用力模型。在S型管道上取微段，進(jìn)行受力分析并得出平衡方程；同時(shí)對(duì)托管架部分進(jìn)行受力分析。引入無量綱量，得到控制方程以及整個(gè)管道的水平內(nèi)力。
[0012]所述步驟b)中，通過管道計(jì)算方法比較，采用奇異攝動(dòng)法(小參數(shù)法)中的合成漸進(jìn)展開法求解管道控制方程。結(jié)合附加的鋪管問題的邊界條件、邊界處的連續(xù)條件可求解管道控制方程的外場(chǎng)解(不包括邊界處的解)以及合成解。
[0013]所述步驟c)，結(jié)合連續(xù)條件可得管道對(duì)船舶的作用量，得出水平面的力即縱蕩、橫蕩、艏搖對(duì)鋪管船的作用力。
[0014]本發(fā)明的有益效果:
[0015]研究非線性問題的方法，攝動(dòng)方法是求非線性問題近似解析解的有效方法。攝動(dòng)法分為正則攝動(dòng)法和奇異攝動(dòng)法。本專利將管道視為非線性梁，用奇異攝動(dòng)法中的合成漸近展開法來求解。對(duì)于定位鋪管問題，有兩個(gè)邊界層，一個(gè)是托管架的分離點(diǎn)附近，另一個(gè)是在管線的海底離地附近。正則攝動(dòng)法在這兩個(gè)邊界處失效。而奇異攝動(dòng)法即小參數(shù)法可解決這一問題，奇異攝動(dòng)中的合成漸進(jìn)展開法(錢偉長(zhǎng)法)，其解為合成解，合成解由外場(chǎng)解、修正項(xiàng)組成。合成解滿足內(nèi)層邊界條件。利用求解出的管道控制方程，得出管道作用量，利用該專利的管道作用力模型，從仿真圖中可知，此方法能使鋪管船達(dá)到良好的定位效果，S型鋪管船管道的理論研究可以工程應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1S型鋪管作業(yè)示意圖
[0017]圖2S型管道微元受力圖
[0018]圖3托管架上管線受力圖
[0019]圖4管道對(duì)船體三個(gè)方向的作用力
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0021]圖1為S型鋪管船作業(yè)圖，圖中已經(jīng)標(biāo)出鋪管船管道部分的詳細(xì)名稱。張緊器通過動(dòng)力定位系統(tǒng)提供的力來夾持整個(gè)管道，托管架采用鉸接式，管道可以借助浮力來調(diào)整托管架鋪設(shè)。
[0022]I)建立管道對(duì)船舶的水平作用力模型
[0023]圖1為S型鋪管船作業(yè)圖，圖中已經(jīng)標(biāo)出鋪管船管道部分的詳細(xì)名稱。張緊器通過動(dòng)力定位系統(tǒng)提供的力來夾持整個(gè)管道，托管架采用鉸接式，管道可以借助浮力來調(diào)整托管架鋪設(shè)。
[0024]圖2為在S型管道上取微段，其微元受力圖
[0025]其平衡方程為:
【權(quán)利要求】
1.一種動(dòng)力定位鋪管船的管道控制方法，其特征在于包含以下步驟: a)建立管道對(duì)船舶的水平作用力模型； b)采用奇異攝動(dòng)法(小參數(shù)法)中的合成漸進(jìn)展開法求解管道控制方程； c)結(jié)合連續(xù)條件可得管道對(duì)船舶的作用量，得出水平面的力即縱蕩、橫蕩、艏搖對(duì)鋪管船的作用力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)力定位鋪管船的管道控制方法，其特征在于所述步驟a)中，建立管道對(duì)船舶的水平作用力模型；在S型管道上取微段，進(jìn)行受力分析并得出平衡方程；同時(shí)對(duì)托管架部分進(jìn)行受力分析；引入無量綱量，得到控制方程以及整個(gè)管道的水平內(nèi)力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)力定位鋪管船的管道控制方法，其特征在于所述步驟b)中，通過管道計(jì)算方法比較，采用奇異攝動(dòng)法(小參數(shù)法)中的合成漸進(jìn)展開法求解管道控制方程；結(jié)合附加的鋪管問題的邊界條件、邊界處的連續(xù)條件可求解管道控制方程的外場(chǎng)解(不包括邊界處的解)以及合成解。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)力定位鋪管船的管道控制方法，其特征在于所述步驟c)中，結(jié)合連續(xù)條件可得管道對(duì)船舶的作用量，得出水平面的力即縱蕩、橫蕩、艏搖對(duì)鋪管船的作用力。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104036057SQ201310066752
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月4日
【發(fā)明者】高紅梅, 俞孟蕻, 袁偉, 齊亮 申請(qǐng)人:高紅梅