本发明专利技术公开了一种近海工程船舶运动的减缓装置，包括两个穿过靠近船艉的船体两侧并插入海床的定位桩。每根定位桩包括桩腿、升降驱动机构和桩靴；桩腿为圆柱形且外表面上对称地固定两根齿条；桩腿的下端设有桩腿法兰；升降驱动机构包括一对反方向转动的驱动电机和一对一一对应地安装在一对驱动电机的输出轴上并与桩腿上的两根齿条啮合的齿轮；桩靴的顶部设有桩靴法兰且顶面中央开设一容纳桩腿法兰的颈部的安装槽，且在安装槽的壁面上均布地开设四个与桩腿法兰上的四条限位凸缘一一对应的限位槽，通过螺栓将桩靴法兰与桩腿法兰连接，使桩靴与桩腿连成一体。本发明专利技术还公开了一种近海工程船舶运动的减缓方法。本发明专利技术能更加有效地减缓工程船舶的运动。有效地减缓工程船舶的运动。有效地减缓工程船舶的运动。
【技术实现步骤摘要】
一种近海工程船舶运动的减缓装置和减缓方法
[0001]本专利技术涉及一种近海工程船舶运动的减缓装置和减缓方法。
技术介绍
[0002]随着我国水运行业以及海上风电的发展，港口、码头、防波堤以及海上风电场等工程建设需要逐渐走向外海，工程船舶在外海容易受到长周期涌浪的影响产生较大的六自由度运动，导致施工困难。针对船舶运动的减缓方法，船舶领域已开展了数十年的研究，但很多具体的措施主要以方形系数较小的船舶为应用对象，如减摇鳍、横摇调节水舱等，对于大方形系数的工程船舶来说并不适用。
[0003]针对工程船舶，通常采用在船体两侧加装垂荡板的方式进行减摇，垂荡板与水相互作用产生阻尼，耗散船舶运动的动能，从而减小船舶的运动响应。然而，由于水的密度和粘性较小，若要实现工程船舶的减摇，则所需垂荡板的尺度较大，且数量较多，此时垂荡板的安装和使用都会变得较为困难。与海水相比，海底淤泥具有较大的密度和粘性，若将现有的工程船舶的减摇装置插入淤泥中，通过减摇装置与淤泥的相互作用，可大大降低工程船舶的运动响应。然而目前并没有将插入海底淤泥进行船舶减摇的装置。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种近海工程船舶运动的减缓装置和减缓方法，它能更加有效地减缓工程船舶的运动，提升近海工程船舶的作业性能。
[0005]实现本专利技术的目的的一种技术方案是：一种近海工程船舶运动的动减缓装置，包括两个穿过靠近船艉的船体两侧并插入海床的定位桩，其中，
[0006]每根定位桩包括桩腿、升降驱动机构和桩靴；
[0007]所述桩腿为圆柱形且桩腿的外表面上对称地固定两根齿条；桩腿的下端设有桩腿法兰，该桩腿法兰为带颈法兰，且在颈部的外周面上均布地设置四条限位凸缘；
[0008]所述升降驱动机构安装在所述船体上并包括一对驱动电机和一对齿轮；一对驱动电机反方向转动且对称地安装在桩腿的前方两侧或后方两侧；一对齿轮一一对应地安装在一对驱动电机的输出轴上并一一对应地与所述桩腿上的两根齿条啮合；
[0009]所述桩靴的顶部设有桩靴法兰，该桩靴的顶面中央开设一容纳所述桩腿法兰的颈部的安装槽，且在安装槽的壁面上均布地开设四个与桩腿法兰上的四条限位凸缘一一对应的限位槽，通过螺栓将桩靴法兰与所述桩腿法兰连接，使桩靴与桩腿连成一体。
[0010]上述的近海工程船舶运动的减缓装置，其中，所述桩靴的一种结构包括上部呈圆柱形、下部呈圆锥形的桩靴本体和数量是三的倍数且最多为十二根的桩靴插棒；在桩靴本体的上部外周面上并在同一个水平面上均布地径向开设六个螺纹插孔；所述桩靴插棒包括一段与所述桩靴本体上的螺纹插孔啮合连接的螺纹杆和一段同轴连接在螺纹杆的后端且直径大于螺纹杆的圆柱体，该圆柱体的后端面上同轴地开设一个长度与所述螺纹杆的长度适配的螺纹盲孔；三根桩靴插棒间隔地插置在所述桩靴本体的三个螺纹插孔中；或者，六根
桩靴插棒一一对应地插置在所述桩靴本体的六个螺纹插孔中；或者，九根桩靴插棒中的六根桩靴插棒一一对应地插置在所述桩靴本体的六个螺纹插孔中，另外三根桩靴插棒间隔地插在已插在桩靴本体上的三根桩靴插棒后端的螺纹盲孔中；或者，十二根桩靴插棒中的六根桩靴插棒一一对应地插置在所述桩靴本体的六个螺纹插孔中，另外六根桩靴插棒一一对应地插在已插在桩靴本体上的六根桩靴插棒后端的螺纹盲孔中；
[0011]所述桩靴的另一种结构只有呈平底圆柱形的桩靴本体。
[0012]实现本专利技术的目的的另一种技术方案是：一种近海工程船舶运动的减缓方法，基于本专利技术的近海工程船舶运动的减缓装置，并包括以下步骤：
[0013]步骤一，对施工海域的环境条件进行收集，环境条件主要包括波浪数据、水深参数以及地质参数；所述地质参数包括淤泥层的厚度和土壤特性；
[0014]步骤二，先采用水动力性能计算软件对工程船舶进行建模，再根据收集得到的波浪数据，在水动力性能计算软件中计算得到工程船舶可能出现的最大运动响应；
[0015]步骤三，根据工程船舶可能出现的最大运动响应、施工水域的水深、淤泥层的厚度以及土壤特性，对两种结构的桩靴进行选择，并计算具有最佳桩靴的定位桩的插深；然后将最佳的桩靴组装到桩腿上，最后通过定位桩升降机构将定位桩的插深调节至计算所需的深度；
[0016]步骤四，在工程船舶上安装波浪数据采集装置、测深仪以及六自由度运动响应采集装置，实时采集波浪数据、水深以及船舶的六自由度运动响应数据；
[0017]步骤五，当采集到的波浪数据、水深以及船舶的六自由度运动响应数据与步骤一收集到的数据明显变化时，重复步骤三，再次对两种结构的桩靴进行选择，并计算具有最佳桩靴的定位桩的插深；接着将最佳的桩靴组装到桩腿上，再通过升降驱动机构将定位桩的插深调节至计算出的深度。
[0018]上述的近海工程船舶运动的减缓方法，其中，进行步骤三时，是基于有定位桩时船舶的横摇运动响应方程式(1)对两种结构的桩靴进行选择，并计算具有最佳桩靴的定位桩的插深：
[0019][0020]式(1)中，I
xx
为船舶的转动惯量和附连水转动惯量的叠加，与船舶的重心高度、船舶的排水量以及船舶的重量分布有关，采用以下公式(2)计算：
[0021][0022]公式(2)中，Δ为船舶的排水量；g为重力加速度；B为船舶的船宽；
[0023]式(1)中，为船舶横摇角；为船舶横摇角速度；为船舶横摇角加速度，采用以下公式(3)计算：
[0024][0025]公式(3)中，为船舶横摇的幅值；ω为船舶横摇的频率；
[0026]式(1)中，B1为船舶的横摇阻尼，与船体形状有关，采用以下经验公式(4)计算：
[0027][0028]式(1)中，B2为定位桩的阻尼系数，采用以下公式(5)计算：
[0029][0030]式(1)中，Δ为船舶的排水量，通过在水动力计算软件中建立船体模型，并确定船舶吃水之后通过计算得到；
[0031]式(1)中，GM为船舶的初稳性高度，通过在水动力计算软件中建立船体模型，并确定船舶吃水之后通过计算得到；
[0032]式(1)中，为由波浪载荷引起的横摇力矩，与波浪周期和波高有关，通过在水动力计算软件中建立船体模型，输入波浪周期和波高后计算得到；
[0033]将公式(2)、公式(3)、公式(4)和公式(5)代入式(1)得到船舶横摇的幅值和船舶横摇的频率ω；
[0034]定位桩插入海底淤泥后，定位桩的入泥部分与海底淤泥相互摩擦产生阻尼，海底淤泥对定位桩的阻力F
D
通过以下公式(6)计算：
[0035][0036]公式(6)中，C
D
为土体阻力对应的阻力系数，与海底淤泥的特性有关；ρ为土体的饱和密度；A
s
为定位桩与海底淤泥的接触面积，即为桩靴竖直向下的投影面积，与定位桩的桩靴的结构形状、定位桩的桩靴插棒的数量有关；在船舶坐标系中，以船舶的重心位置为原点，沿船长方向指向船艏为x轴的正方向，沿船宽方向指向左舷为本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种近海工程船舶运动的动减缓装置，包括两个穿过靠近船艉的船体两侧并插入海床的定位桩，其特征在于，每根定位桩包括桩腿、升降驱动机构和桩靴；所述桩腿为圆柱形且桩腿的外表面上对称地固定两根齿条；桩腿的下端设有桩腿法兰，该桩腿法兰为带颈法兰，且在颈部的外周面上均布地设置四条限位凸缘；所述升降驱动机构安装在所述船体上并包括一对驱动电机和一对齿轮；一对驱动电机反方向转动且对称地安装在桩腿的前方两侧或后方两侧；一对齿轮一一对应地安装在一对驱动电机的输出轴上并一一对应地与所述桩腿上的两根齿条啮合；所述桩靴的顶部设有桩靴法兰，该桩靴的顶面中央开设一容纳所述桩腿法兰的颈部的安装槽，且在安装槽的壁面上均布地开设四个与桩腿法兰上的四条限位凸缘一一对应的限位槽，通过螺栓将桩靴法兰与所述桩腿法兰连接，使桩靴与桩腿连成一体。2.根据权利要求1所述的近海工程船舶运动的减缓装置，其特征在于，所述桩靴的一种结构包括上部呈圆柱形、下部呈圆锥形的桩靴本体和数量是三的倍数且最多为十二根的桩靴插棒；在桩靴本体的上部外周面上并在同一个水平面上均布地径向开设六个螺纹插孔；所述桩靴插棒包括一段与所述桩靴本体上的螺纹插孔啮合连接的螺纹杆和一段同轴连接在螺纹杆的后端且直径大于螺纹杆的圆柱体，该圆柱体的后端面上同轴地开设一个长度与所述螺纹杆的长度适配的螺纹盲孔；三根桩靴插棒间隔地插置在所述桩靴本体的三个螺纹插孔中；或者，六根桩靴插棒一一对应地插置在所述桩靴本体的六个螺纹插孔中；或者，九根桩靴插棒中的六根桩靴插棒一一对应地插置在所述桩靴本体的六个螺纹插孔中，另外三根桩靴插棒间隔地插在已插在桩靴本体上的三根桩靴插棒后端的螺纹盲孔中；或者，十二根桩靴插棒中的六根桩靴插棒一一对应地插置在所述桩靴本体的六个螺纹插孔中，另外六根桩靴插棒一一对应地插在已插在桩靴本体上的六根桩靴插棒后端的螺纹盲孔中；所述桩靴的另一种结构只有呈平底圆柱形的桩靴本体。3.一种近海工程船舶运动的减缓方法，基于如权利要求1所述的近海工程船舶运动的减缓装置，其特征在于，所述减缓方法包括以下步骤：步骤一，对施工海域的环境条件进行收集，环境条件主要包括波浪数据、水深参数以及地质参数；所述地质参数包括淤泥层的厚度和土壤特性；步骤二，先采用水动力性能计算软件对工程船舶进行建模，再根据收集得到的波浪数据，在水动力性能计算软件中计算得到工程船舶可能出现的最大运动响应；步骤三，根据工程船舶可能出现的最大运动响应、施工水域的水深、淤泥层的厚度以及土壤特性，对两种结构的桩靴进行选择，并计算具有最佳桩靴的定位桩的插深；然后将最佳的桩靴组装到桩腿上，最后通过定位桩升降机构将定位桩的插深调节至计算所需的深度；步骤四，在工程船舶上安装波浪数据采集装置、测深仪以及六自由度运动响应采集装置，实时采集波浪数据、水深以及船舶的六自由度运动响应数据；步骤五，当采集到的波浪数据、水深以及船舶的六自由...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜宇，高子予，
申请(专利权)人：中交第三航务工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：
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