T型驳运载超大型组块运动特性分析

杨小龙，高定全，董宝辉，董晓曼，周 燕

(海洋石油工程股份有限公司，天津300451)

海洋平台作为海上油气资源开采的载体，其上部模块正向着综合化，大型化的方向发展。平台在陆上建造完工后，一般由驳船运载至油田场址进行海上安装。组块浮托安装有一定的优势，可以节省组块海上调试时间及安装费用。但驳船的选型受到平台下部基础开口的限制，有时需要将驳船改造成T形以保证运输的稳性。本文以采用浮托安装的某大型组块的拖航为例，对设计过程中需注意的问题进行讨论。

1 T型驳简介

艏和艉的半宽存在较大差异。它一般由传统船舶改造而成，也有直接由船厂初次建造的，例如国内为三星重工建造的1.8万t的“三星2号”。大部分T型驳的改造源于浮托安装的需要。所谓浮托安装是指通过调整安装船上组块高度将组块置于预先安装的水下基础顶部的一种安装方法。当海上起重船能力不足或者不具备起重船作业条件时，可采用浮托法进行安装作业。由于浮托安装船的宽度需要受到水下基础开口的限制，有时不得不对船体进行削窄处理。同时为了保证拖航过程中的稳性，增加船体的储备浮力，通常又将未削窄的部分加宽，形成所谓的T型。国际上著名的T型驳包括Heerema公司的H-851，Mcdermott公司的intermac-650以及海油工程的HYSY229等。典型T型驳的浮托安装于海上拖航作业见图1、2。

图1 Intermac-650海上拖航

图2 H-851浮托安装

2 算例

2.1 计算软件

Moses是一款通用的浮式计算软件，可进行大部分海上施工的数值模拟。SESAM是一款商用浮式计算软件包，主要包括用于结构分析的Genie模块，用于水动力分析的HydroD模块和用于系泊分析的DeepC模块。同时集成了前处理与后处理功能。两款软件在国际上应用广泛，有着很高的计算精度。本文以上述两款软件进行拖航的数值模拟并将计算结果与上海交通大学国家重点实验室进行的模型试验进行对比，验证设计成果的可靠性。

2.2 设计参数

坐标系定义见图3，X轴原点位于船艏，正向由船艏指向船艉，Y轴原点位于船体中线，向右为正，Z轴原点位于船体基线上，向上为正，坐标系定义服从右手定则。

图3 船体坐标系

文中计算的T型驳设计参数见表1、图4。

表1 T型驳设计参数

图4 驳船主尺度

拖航组块设计参数见表2。

表2 运载结构物的设计参数

组块在驳船上的位置见图5。

图5 组块在驳船上位置

2.3 响应幅值算子(RAO)

运动响应幅值算子显示浮体在不同频率单位波幅规则波下的运动，它与系统所受到的激励，系统的阻尼和质量分布直接相关。结合特定的海浪谱，可以方便地进行浮体的短期运动响应预报。RAO可以看做是浮体运动特性的直接量度。在Moses中应用三维势流理论得到系统重心处6自由度的RAO，见图6。

图6 船体重心处6自由度RAO

拖航过程中最关心的是船体的横摇运动。横摇RAO幅值在很大程度上取决于横摇阻尼的大小［1］。将实验中得到的横摇线性阻尼系数μ代入数值模型中，得到的90°的横摇和垂荡的RAO曲线与实验结果对比。实验中得到的横摇，纵摇两自由度的自由衰减曲线见图7，数值模拟结果与实验结果的对比见图8。

图7 横摇及纵摇自由衰减曲线

图8 Moses，Sesam与模型试验结果对比

由图8可见Sesam与Moses两款数值计算软件计算结果几乎完全吻合，与实验中白噪声测得的RAO结果吻合较好，对于横摇RAO幅值，实验结果要略大于数值计算的结果［2］。

3 结论

1)驳船运载超大型组块后由于总的重心较高，横稳性高较小，横摇固有周期较大，实验中测得的阻尼较小，在波频的范围内容易产生较大的横摇运动。在拖航设计工程中应充分考虑固有周期的影响，通过调整吃水，降低系统重心等操作使系统固有周期避开波浪能量集中的频率。

2)以纵摇运动为例，通过静水衰减得到的结果与数值计算结果对比发现，试验测得的固有周期和频域计算的RAO曲线峰值位置并不一致。主要的原因可能是由于T型驳前后宽窄不一，纵摇运动时船体浮心位置不断改变，纵摇运动时始终伴随着垂荡运动的耦合，导致纵摇自由衰减受垂荡运动的影响，固有周期未必一定对应RAO最大峰值位置。由此可见对于特殊船型通过RAO曲线的最大峰值位置来确定固有周期的方法不一定可靠。

除此之外，由于船体的特殊性T型驳在遭遇横浪工况时更容易产生艏摇，在船体加宽处更容易产生甲板上浪，不利于船体航向的稳定性。最后，不同于常规驳船，T型驳在运载超大型组块时船体的总横强度也应是拖航设计的重点。

［1］肖龙飞，杨建民，盛振邦.海洋工程水动力学模型试验研究［M］.上海:上海交通大学出版社，2008.

［2］吕海宁，李 欣.荔湾3-1 CEP组块浮托安装模型试验报告［R］.上海:上海交通大学海洋工程国家重点实验室，2011.