一种FPSO船体型线设计方法技术

本发明专利技术涉及一种FPSO船体型线设计方法，包括以下步骤：1)船体外轮廓的确定：采用带有倒角的长方体形成船体外轮廓；2)船艉部分型线修正：取任一高度平面，分别以位于船体艉部平板边线上的点和位于船艉龙骨升高线上的点为两端，采用3次样条插值曲线沿船长方向插值，然后改变高度重复实施插值过程；3)船艏部分型线修正：取任一高度平面，分别以位于船体艏部平板边线上的点、位于关键站面线上的点和位于船艏龙骨升高线上的点作为三个端点，采用3次样条插值曲线沿船长方向插值，然后改变高度重复实施插值过程；4)不同半宽位置型线高度插值：对船体外形进行船宽方向插值，形成不同船宽下的船体长度与高度曲线，并完成型线图绘制。

【技术实现步骤摘要】
一种FPSO船体型线设计方法
本专利技术涉及一种FPSO船体型线设计方法，属于海上石油开采

技术介绍
FPSO(浮式生产储油卸油装置)是一种船型海工浮式结构物。由于具有油气开采、处理、储存、外输等多种功能，可以对油气田进行独立全海式开发，因而是深远海油气资源开发的首选装备。对于FPSO总体设计而言，型线设计技术是其中极为关键的一环，特别是其艏艉型线对船体浮态、模块布置及局部结构强度设计具重要影响，也在一定程度上决定了船体目标油气田的运动和定位性能。与航运船舶不同，FPSO由于不具备自航能力，而要求具有较大的甲板面积与舱容，便于各种模块布置。其线型相对简单，船艉无舵柱等复杂结构并以方尾为主，船艏无球鼻艏而以直立或前倾型为主，整体方形系数大于0.93，属于肥大型船舶。目前FPSO的船型开发主要分为两个部分，由能源公司完成上部工艺模块设计，而专业船舶设计公司负责完成FPSO船体部分的设计。在实际项目运行过程中，由于船型开发分为两个部分，导致在重控、稳性、模块布置等多个方面存在界面，经常产生沟通协调困难的情况，影响项目进度。因此能源公司也希望掌握FPSO船体设计技术，从而在油田开发方案制定前期，能够独立对方案整体的实施可行性和经济性进行综合评估。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种FPSO船体型线设计方法，该方法简单实用，能够为FPSO船体设计与快速评估提供基础。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种FPSO船体型线设计方法，包括以下步骤：1)船体外轮廓的确定：在给定船体船长、船宽、型深、倒角高度、倒角宽度的条件下，采用带有倒角的长方体形成船体外轮廓；2)船艉部分型线修正：首先给定船体艉部平板边线和船艉龙骨升高线，任取一高度，在该高度平面内分别以位于船体艉部平板边线上的点和位于船艉龙骨升高线上的点为曲线的两端，之间采用3次样条插值曲线沿船长方向插值，形成船艉部分在该平面内的船体长度与半宽曲线；然后改变高度，重复实施上述插值过程，直至形成船艉部分在全部高度下的船体长度与半宽曲线，完成船艉型线设计；3)船艏部分型线修正：首先给定船体艏部平板边线和船艏龙骨升高线，由于FPSO船艏部分型线变化较快，因此沿船长方向，在船体艏部平板边线和船艏龙骨升高线之间设置一条关键站面线，之后任取一高度，在该高度平面内分别以位于船体艏部平板边线上的点、位于关键站面线上的点和位于船艏龙骨升高线上的点作为曲线的左、中、右三个端点，采用3次样条插值曲线沿船长方向插值，形成船艏部分在该高度平面内的船体长度与半宽曲线；然后改变高度，重复实施上述插值过程，直至形成船艏部分在全部高度下的船体长度与半宽曲线，完成船艏型线设计；4)不同半宽位置型线高度插值：对船体外形进行船宽方向插值，形成不同船宽下的船体长度与高度曲线，并完成型线图绘制。所述步骤1)中，船体外轮廓的不同船长位置处，不同高度下船体半宽值可由下式确定：上式中，ey表示船舯横剖面舭龙骨椭圆倒角的横轴长度；ez表示船舯横剖面舭龙骨椭圆倒角的纵轴长度；B表示船宽；Z表示某一点距离船底的垂直高度；Y表示该店的半宽值。所述步骤2)中，采用的样条插值函数为y＝fspline(x)＝ax3+bx2+cx+d(2)求解a，b，c，d四个系数所用的边界条件为：求解上述方程组即得到a，b，c，d四个系数。所述步骤3)中，采用的样条插值函数为求解a1，b1，c1，d1，a2，b2，c2，d2八个系数所采用的八个边界条件为：求解上述方程组即得到a1，b1，c1，d1，a2，b2，c2，d2八个系数。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本专利技术简单、实用，并且操作性强，能够为FPSO船体设计与快速评估提供基础。附图说明图1是船体外轮廓的示意图；图2是图1中A-A向的剖视示意图；图3是船艉部分型线修正示意图；图4是图3中B-B向的剖视示意图；图5是船艏部分型线修正示意图；图6是图5中B-B向的剖视示意图；图7是图5中C-C向的剖视示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。本专利技术一种FPSO船体型线设计方法，包括以下步骤：1)船体外轮廓的确定：在给定船体船长、船宽、型深、倒角高度、倒角宽度的条件下，采用带有倒角的长方体形成船体外轮廓(如图1、图2所示)。其中，不同船长位置处，不同高度下船体半宽值可由下式确定：上式中，ey表示船舯横剖面舭龙骨椭圆倒角的横轴长度；ez表示船舯横剖面舭龙骨椭圆倒角的纵轴长度；B表示船宽；Z表示某一点距离船底的垂直高度；Y表示该店的半宽值。2)船艉部分型线修正：如图3、图4所示，首先给定船体艉部平板边线和船艉龙骨升高线，任取一高度，在该高度平面内分别以位于船体艉部平板边线上的点D和位于船艉龙骨升高线上的点E为曲线的两端，之间采用3次样条插值曲线沿船长方向插值，形成船艉部分在该平面内的船体长度与半宽曲线；然后改变高度，重复实施上述插值过程，直至形成船艉部分在全部高度下的船体长度与半宽曲线，完成船艉型线设计。具体地，由于船体艉部平板边线在船体舷侧，其与船体中纵剖面的垂直距离为B/2，船艉龙骨升高线位于船体中纵剖面，其与船体中纵剖面的垂直距离为0，因此两条曲线均仅为高度和沿船长位置的函数，其中船体艉部平板边线为X＝fs-plk(Z)，龙骨升高线为X＝fs-elk(Z)，式中的X表示某点到船艉的距离在沿船长方向的分量。在同一高度平面内(Z相同)，分别以点D与点E作为曲线的两端点，记作P1(X1＝fs-elk(Z),0)和P2(X2＝fs-plk(Z),B/2)，其之间位置采用之间采用3次样条插值曲线沿船长方向插值，记样条插值函数为y＝fspline(x)＝ax3+bx2+cx+d(2)共包含a，b，c，d四个未知数，四个边界条件为：通过求解线性方程组即可确定a，b，c，d四个系数，进而确定不同高度下，沿船长方向不同位置的半宽值Y，完成船艉型线设计。3)船艏部分型线修正：如图5～7所示，首先给定船体艏部平板边线和船艏龙骨升高线，由于FPSO船艏部分型线变化较快，因此沿船长方向，在船体艏部平板边线和船艏龙骨升高线之间设置一条关键站面线，之后任取一高度，在该高度平面内分别以位于船体艏部平板边线上的点F、位于关键站面线上的点G和位于船艏龙骨升高线上的点H作为曲线的左、中、右三个端点，采用3次样条插值曲线沿船长方向插值，形成船艏部分在该高度平面内的船体长度与半宽曲线；然后改变高度，重复实施上述插值过程，直至形成船艏部分在全部高度下的船体长度与半宽曲线，完成船艏型线设计。具体地，记关键站面线距离船艉X，且记其曲线表达式为作Y＝fkey(Z)，之后在同一高度平面内，分别以点F、点G、点H为左、中、右三个端点，记作P1(X1＝fb-plk(Z),B/2)，P2(X2,Y2＝fkey(Z))，P3(X3＝fb-elk(Z),0)，采用3次样条插值曲线沿船长方向插值，即假设样条插值函数为：需要求出a1，b1，c1，d1，a2，b2，c2，d2八个未知数，采用的八个边界条件为：通过求解线性方程组即可确定a1，b1，c1，d1，a2，b2，c2，d2八个系数，进而确定不同高度下，沿船长方向不同位置的半宽值Y，完成船艉型线设计。4)不同半宽位置型线高度插值：对船本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种FPSO船体型线设计方法，包括以下步骤：1)船体外轮廓的确定：在给定船体船长、船宽、型深、倒角高度、倒角宽度的条件下，采用带有倒角的长方体形成船体外轮廓；2)船艉部分型线修正：首先给定船体艉部平板边线和船艉龙骨升高线，任取一高度，在该高度平面内分别以位于船体艉部平板边线上的点和位于船艉龙骨升高线上的点为曲线的两端，之间采用3次样条插值曲线沿船长方向插值，形成船艉部分在该平面内的船体长度与半宽曲线；然后改变高度，重复实施上述插值过程，直至形成船艉部分在全部高度下的船体长度与半宽曲线，完成船艉型线设计；3)船艏部分型线修正：首先给定船体艏部平板边线和船艏龙骨升高线，由于FPSO船艏部分型线变化较快，因此沿船长方向，在船体艏部平板边线和船艏龙骨升高线之间设置一条关键站面线，之后任取一高度，在该高度平面内分别以位于船体艏部平板边线上的点、位于关键站面线上的点和位于船艏龙骨升高线上的点作为曲线的左、中、右三个端点，采用3次样条插值曲线沿船长方向插值，形成船艏部分在该高度平面内的船体长度与半宽曲线；然后改变高度，重复实施上述插值过程，直至形成船艏部分在全部高度下的船体长度与半宽曲线，完成船艏型线设计；4)不同半宽位置型线高度插值：对船体外形进行船宽方向插值，形成不同船宽下的船体长度与高度曲线，并完成型线图绘制。...

【技术特征摘要】
1.一种FPSO船体型线设计方法，包括以下步骤：1)船体外轮廓的确定：在给定船体船长、船宽、型深、倒角高度、倒角宽度的条件下，采用带有倒角的长方体形成船体外轮廓；2)船艉部分型线修正：首先给定船体艉部平板边线和船艉龙骨升高线，任取一高度，在该高度平面内分别以位于船体艉部平板边线上的点和位于船艉龙骨升高线上的点为曲线的两端，之间采用3次样条插值曲线沿船长方向插值，形成船艉部分在该平面内的船体长度与半宽曲线；然后改变高度，重复实施上述插值过程，直至形成船艉部分在全部高度下的船体长度与半宽曲线，完成船艉型线设计；3)船艏部分型线修正：首先给定船体艏部平板边线和船艏龙骨升高线，由于FPSO船艏部分型线变化较快，因此沿船长方向，在船体艏部平板边线和船艏龙骨升高线之间设置一条关键站面线，之后任取一高度，在该高度平面内分别以位于船体艏部平板边线上的点、位于关键站面线上的点和位于船艏龙骨升高线上的点作为曲线的左、中、右三个端点，采用3次样条插值曲线沿船长方向插值，形成船艏部分在该高度平面内的船体长度与半宽曲线；然后改变高度，重复实施上述插值过程，直至形成船艏部分在全部高度下的船体长度与半宽曲线，完成船艏型线设计；4)不同半宽位置型线高度插值：对船体外形进行船宽方向插值，形成不同船宽下的船体长度与高度曲线，并完成型线图绘制。2.如权利要求1所述的一种FPSO船体型线设计方法，其特征在于：所述步骤1)中，船体外轮廓的不同船长位置处，不同高度下船体半宽值可由下式确定：上式中，ey表示船舯横剖面舭龙骨椭圆倒角的横轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晶瑞，谢彬，
申请(专利权)人：中国海洋石油总公司，中海油研究总院，
类型：发明
国别省市：北京,11