[发明专利]一种动力定位铺管船的管道控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及铺管船动力定位技术，特别涉及一种动力定位铺管船的管道控制方法。

背景技术

自从1939年世界上第一条海底管道铺设以来，铺设长度急剧增加，管道铺设逐渐向大直径管道、深海区域发展。海底管道的铺设目前多采用先进的铺管船法进行，尤其是深水管道。而随着石油工业发展快，海上尤其运输频繁，陆上油气运输需求穿越海域，具有动力定位系统的铺管船发展的越来越快。

目前在铺管作业的动力定位模型方面，Fossen提出了用于动力定位船舶仿真的非线性数学模型。童进军等人给出了在工作点处展开的线性模型形式，但线性模型须针对多个工作点展开，模型形式也比较简单。Jensen等人针对管道并结合船舶纵向运动建立了机械臂模型，但是模型中对于船体本身的水动力系数描述过于简单，Jensen等人使用有限元方法建立了管道对船舶作用力模型，但模型又过于复杂，不适合实时计算。

在已有的具备动力定位系统的S型铺管船中，国内2011年正式命名为“海洋石油201”的深水起重船用全电力推进DP3动力定位系统，设置七个全回转推进器，使用自动铺管作业线，主要用于深水油气田海底管线铺设和海上设施的吊装作业。而像这样的海上石油工业中，经常使用如海工软件OFFPEPE，这是海上石油工业使用的强大设计计算分析软件，用于管线在施工铺设和管线对接的计算。软件RIFLEX是海洋环境中进行非线性结构静态和动态分析的特制、先进的工具。在管道模型方面，海工软件内已经嵌入了这样的模型模块，而在国内的理论研究方面较少有通过建立管道作用力数学模型，得到铺管船动力定位系统数学模型。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种大型被拖船的拖航方案，并实现拖航过程中的多条拖船的推力分配控制与指挥。

本发明要解决的技术问题是一种动力定位铺管船的管道控制方法，提出一种在S型铺管船管道模型基础下，铺管船管道控制方程的求解方法。

本发明在S型铺管船管道模型基础下，铺管船管道控制方程的求解方法。其特征在于包含以下步骤：

a)建立管道对船舶的水平作用力模型。

b)采用奇异摄动法(小参数法)中的合成渐进展开法求解管道控制方程。

c)结合连续条件可得管道对船舶的作用量，得出水平面的力即纵荡、横荡、艏摇对铺管船的作用力。

所述步骤a)中，建立管道对船舶的水平作用力模型。在S型管道上取微段，进行受力分析并得出平衡方程；同时对托管架部分进行受力分析。引入无量纲量，得到控制方程以及整个管道的水平内力。

所述步骤b)中，通过管道计算方法比较，采用奇异摄动法(小参数法)中的合成渐进展开法求解管道控制方程。结合附加的铺管问题的边界条件、边界处的连续条件可求解管道控制方程的外场解(不包括边界处的解)以及合成解。

所述步骤c)，结合连续条件可得管道对船舶的作用量，得出水平面的力即纵荡、横荡、艏摇对铺管船的作用力。

本发明的有益效果：

研究非线性问题的方法，摄动方法是求非线性问题近似解析解的有效方法。摄动法分为正则摄动法和奇异摄动法。本专利将管道视为非线性梁，用奇异摄动法中的合成渐近展开法来求解。对于定位铺管问题，有两个边界层，一个是托管架的分离点附近，另一个是在管线的海底离地附近。正则摄动法在这两个边界处失效。而奇异摄动法即小参数法可解决这一问题，奇异摄动中的合成渐进展开法(钱伟长法)，其解为合成解，合成解由外场解、修正项组成。合成解满足内层边界条件。利用求解出的管道控制方程，得出管道作用量，利用该专利的管道作用力模型，从仿真图中可知，此方法能使铺管船达到良好的定位效果，S型铺管船管道的理论研究可以工程应用。

附图说明

图1S型铺管作业示意图

图2S型管道微元受力图

图3托管架上管线受力图

图4管道对船体三个方向的作用力

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的具体实现进行详细的说明。

图1为S型铺管船作业图，图中已经标出铺管船管道部分的详细名称。张紧器通过动力定位系统提供的力来夹持整个管道，托管架采用铰接式，管道可以借助浮力来调整托管架铺设。

1)建立管道对船舶的水平作用力模型

图1为S型铺管船作业图，图中已经标出铺管船管道部分的详细名称。张紧器通过动力定位系统提供的力来夹持整个管道，托管架采用铰接式，管道可以借助浮力来调整托管架铺设。

图2为在S型管道上取微段，其微元受力图

其平衡方程为：