[發明專利]一種動力定位鋪管船的管道控制方法

無效

• 申請號: 201310066752.3
• 申請日: 2013-03-04
• 公開（公告）號: CN104036057A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 高紅梅;俞孟蕻;袁偉;齊亮
• 申請（專利權）人: 高紅梅
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及鋪管船動力定位技術，特別涉及一種動力定位鋪管船的管道控制方法。

背景技術

自從1939年世界上第一條海底管道鋪設以來，鋪設長度急劇增加，管道鋪設逐漸向大直徑管道、深海區域發展。海底管道的鋪設目前多采用先進的鋪管船法進行，尤其是深水管道。而隨著石油工業發展快，海上尤其運輸頻繁，陸上油氣運輸需求穿越海域，具有動力定位系統的鋪管船發展的越來越快。

目前在鋪管作業的動力定位模型方面，Fossen提出了用于動力定位船舶仿真的非線性數學模型。童進軍等人給出了在工作點處展開的線性模型形式，但線性模型須針對多個工作點展開，模型形式也比較簡單。Jensen等人針對管道并結合船舶縱向運動建立了機械臂模型，但是模型中對于船體本身的水動力系數描述過于簡單，Jensen等人使用有限元方法建立了管道對船舶作用力模型，但模型又過于復雜，不適合實時計算。

在已有的具備動力定位系統的S型鋪管船中，國內2011年正式命名為“海洋石油201”的深水起重船用全電力推進DP3動力定位系統，設置七個全回轉推進器，使用自動鋪管作業線，主要用于深水油氣田海底管線鋪設和海上設施的吊裝作業。而像這樣的海上石油工業中，經常使用如海工軟件OFFPEPE，這是海上石油工業使用的強大設計計算分析軟件，用于管線在施工鋪設和管線對接的計算。軟件RIFLEX是海洋環境中進行非線性結構靜態和動態分析的特制、先進的工具。在管道模型方面，海工軟件內已經嵌入了這樣的模型模塊，而在國內的理論研究方面較少有通過建立管道作用力數學模型，得到鋪管船動力定位系統數學模型。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提出一種大型被拖船的拖航方案，并實現拖航過程中的多條拖船的推力分配控制與指揮。

本發明要解決的技術問題是一種動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下，鋪管船管道控制方程的求解方法。

本發明在S型鋪管船管道模型基礎下，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：

a)建立管道對船舶的水平作用力模型。

b)采用奇異攝動法(小參數法)中的合成漸進展開法求解管道控制方程。

c)結合連續條件可得管道對船舶的作用量，得出水平面的力即縱蕩、橫蕩、艏搖對鋪管船的作用力。

所述步驟a)中，建立管道對船舶的水平作用力模型。在S型管道上取微段，進行受力分析并得出平衡方程；同時對托管架部分進行受力分析。引入無量綱量，得到控制方程以及整個管道的水平內力。

所述步驟b)中，通過管道計算方法比較，采用奇異攝動法(小參數法)中的合成漸進展開法求解管道控制方程。結合附加的鋪管問題的邊界條件、邊界處的連續條件可求解管道控制方程的外場解(不包括邊界處的解)以及合成解。

所述步驟c)，結合連續條件可得管道對船舶的作用量，得出水平面的力即縱蕩、橫蕩、艏搖對鋪管船的作用力。

本發明的有益效果：

研究非線性問題的方法，攝動方法是求非線性問題近似解析解的有效方法。攝動法分為正則攝動法和奇異攝動法。本專利將管道視為非線性梁，用奇異攝動法中的合成漸近展開法來求解。對于定位鋪管問題，有兩個邊界層，一個是托管架的分離點附近，另一個是在管線的海底離地附近。正則攝動法在這兩個邊界處失效。而奇異攝動法即小參數法可解決這一問題，奇異攝動中的合成漸進展開法(錢偉長法)，其解為合成解，合成解由外場解、修正項組成。合成解滿足內層邊界條件。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用。

附圖說明

圖1S型鋪管作業示意圖

圖2S型管道微元受力圖

圖3托管架上管線受力圖

圖4管道對船體三個方向的作用力

具體實施方式

下面將結合附圖，對本發明的具體實現進行詳細的說明。

圖1為S型鋪管船作業圖，圖中已經標出鋪管船管道部分的詳細名稱。張緊器通過動力定位系統提供的力來夾持整個管道，托管架采用鉸接式，管道可以借助浮力來調整托管架鋪設。

1)建立管道對船舶的水平作用力模型

圖1為S型鋪管船作業圖，圖中已經標出鋪管船管道部分的詳細名稱。張緊器通過動力定位系統提供的力來夾持整個管道，托管架采用鉸接式，管道可以借助浮力來調整托管架鋪設。

圖2為在S型管道上取微段，其微元受力圖

其平衡方程為：