溢油回收作業(yè)船作業(yè)率分析范文

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《船舶工程雜志》2016年第一期

摘要：

采用數(shù)值方法，結(jié)合作業(yè)海域波浪散布圖以及相關(guān)耐波性衡準(zhǔn)要求，針對不同尺度的船舶開展系列耐波性和作業(yè)率的計算，以此綜合分析不同海域和耐波性衡準(zhǔn)下主尺度對溢油回收作業(yè)船作業(yè)率的影響。計算結(jié)果顯示，在考慮人員作業(yè)、直升機(jī)起降作業(yè)及溢油回收機(jī)回收作業(yè)這三個作業(yè)率的情況下，船長與人員作業(yè)率、直升機(jī)起降作業(yè)率基本成正相關(guān)性，而溢油回收機(jī)回收作業(yè)率與船長成負(fù)相關(guān)性，吃水對上述三個作業(yè)率指標(biāo)影響較小。

關(guān)鍵詞：

溢油回收作業(yè)船；主尺度；耐波性；作業(yè)率

深水油田環(huán)保作業(yè)船作為一種在深水海域進(jìn)行作業(yè)的海洋工程輔助船，在海上風(fēng)、浪、流的作用下，船舶的搖擺和升沉等運(yùn)動會對人員活動、直升機(jī)起降以及收油機(jī)的收油作業(yè)帶來影響。若在零航速或低速航行時船舶的耐波性不好，會直接影響人員和收油設(shè)備的作業(yè)安全和作業(yè)效率。因此，船舶零航速或低航速下耐波性能的好壞直接決定了作業(yè)功能能否實現(xiàn)。鑒于此，本文研究主尺度對溢油回收作業(yè)率的影響，主要從船長和吃水兩方面加以分析。

1研究方法和計算模型

1.1研究方法采用數(shù)值方法研究主尺度對耐波性能的影響，具體方法是針對不同尺度的船舶開展系列耐波性計算，得到運(yùn)動響應(yīng)傳遞函數(shù)（RAO），同時結(jié)合作業(yè)海域波浪散布圖以及相關(guān)耐波性衡準(zhǔn)要求，進(jìn)行作業(yè)率計算，以此綜合分析不同海域和耐波性衡準(zhǔn)下主尺度對運(yùn)動性能的影響特性。耐波性計算采用成熟商業(yè)軟件HydroStar進(jìn)行，該軟件基于三維頻域勢流理論。考慮到環(huán)保作業(yè)船的作業(yè)特點(diǎn)，計算均在零航速下進(jìn)行。

1.2計算模型計算模型共兩組，一組為不同船舶長度模型，共6個，表1列出了不同計算模型的主尺度及參數(shù)，不同長度船舶均采用某環(huán)保作業(yè)船進(jìn)行母型變換得到；另一組為不同船舶吃水模型，共3個吃水，表2列出了其主尺度及參數(shù)。

1.3作業(yè)海域環(huán)境條件為了進(jìn)行作業(yè)率的計算，需要指定船舶的作業(yè)海域以及不同作業(yè)類型時的耐波性衡準(zhǔn)值。該船的主要作業(yè)海域為中國南海海域。根據(jù)文獻(xiàn)[1]，中國南海相關(guān)區(qū)域被劃分為10個區(qū)塊，如圖1所示。S1和S4海區(qū)聚集了較多的海洋油氣田及相關(guān)設(shè)施，其中，S4海區(qū)波浪條件在10個區(qū)塊中最為惡劣，因此，選取S1和S4海區(qū)作為該環(huán)保作業(yè)船的作業(yè)海域。此外，為了研究不同海域船型主尺度對耐波性的影響特性，本文還選取了國際船級社協(xié)會（IACS）推薦的一套標(biāo)準(zhǔn)波浪散布圖[2]，該波浪散布圖由北海若干海域綜合分析得到，通常代表全球最惡劣海況。

2溢油回收船作業(yè)率衡準(zhǔn)

研究采用的衡準(zhǔn)包括人員運(yùn)動的極限衡準(zhǔn)和設(shè)備（直升機(jī)、內(nèi)置式收油機(jī)）正常使用的衡準(zhǔn)。表3列出了人員不同工作類型的運(yùn)動極限衡準(zhǔn)值，表4列出了直升飛機(jī)起降的運(yùn)動衡準(zhǔn)值，表中所列均為1/3單幅有義值。人員運(yùn)動考核點(diǎn)為駕駛甲板駕駛位置和尾部1站處，直升機(jī)起降作業(yè)運(yùn)動考核點(diǎn)為直升機(jī)甲板中心。舷側(cè)內(nèi)置式收油機(jī)進(jìn)行收油作業(yè)時，存在一個最佳工作水線區(qū)域以及可工作水線區(qū)域，如圖2所示。最佳工作水線區(qū)域為5900mm～6200mm，可工作水線區(qū)域為5340mm～7000mm。為了定量給出收油作業(yè)時的耐波性衡準(zhǔn)，做出如下假定：因為主要作業(yè)海域的波浪平均周期約為6.5s，則一小時內(nèi)遭遇的波浪次數(shù)約為553次，假設(shè)溢油回收門上邊緣入水或者下邊緣出水的次數(shù)總和占遭遇波浪次數(shù)的80%，即約442次，同時假設(shè)上邊緣入水或下邊緣出水次數(shù)相當(dāng)，則上邊緣入水或者下邊緣出水的耐波性衡準(zhǔn)值約為每小時221次。此外，溢油回收門的上邊緣和下邊緣中心的坐標(biāo)分別為（8.49,±10.0,7.0）和（8.49,±10.0,5.34），其中，x坐標(biāo)為船舯，z坐標(biāo)為基線，不同主尺度計算模型的溢油回收門坐標(biāo)值相同。

3計算結(jié)果

3.1不同船長作業(yè)率對比分析項目進(jìn)行了不同長度船舶給定海域作業(yè)率的計算和對比分析。計算分別在浪向0°～180°、每隔15°情況下進(jìn)行，作業(yè)率由各浪向加權(quán)得到，各浪向加權(quán)系數(shù)相等。不同作業(yè)類型的作業(yè)率比較如圖3～圖6所示。

3.1.1智力工作和重手工勞動從圖3和圖4可以看出，對于智力工作和重手工勞動而言，其作業(yè)率隨船長的變化趨勢基本相同，隨著船長的增加，作業(yè)率逐漸上升，在船長80m～85m附近達(dá)到一個局部峰值，隨后作業(yè)率開始下降，在船長90m附近達(dá)到局部谷值，隨著船長的繼續(xù)增加，作業(yè)率開始增加。對于產(chǎn)生這一變化趨勢的原因，筆者認(rèn)為可以從以下兩方面加以考慮：首先，隨著船長的增加，縱向運(yùn)動總體呈現(xiàn)減緩的趨勢，這對提高作業(yè)率是有利的；其次，從智力工作和重手工勞動的作業(yè)衡準(zhǔn)來看，其作業(yè)主要受作業(yè)位置的垂向/橫向加速度和橫搖的影響。本次研究中橫搖計算均采用相同的參數(shù)，因此橫搖的影響可以暫不考慮，而作業(yè)位置的加速度不僅與船體的運(yùn)動有關(guān)，還與該位置船體重心的離有關(guān)[5]。例如，對于駕駛室垂向加速度而言，其與縱搖、垂蕩和重心縱向離有關(guān)。由于溢油回收船型的駕駛室位置通常位于艏樓，因此隨著船長的增加，駕駛室與船舶重心的縱向距離也會隨之加大，這對增大作業(yè)率是不利的。因此，對于此類作業(yè)而言，隨著船長的增加，作業(yè)率出現(xiàn)了上述變化趨勢。

3.1.2直升飛機(jī)起降作業(yè)從圖5來看，對于直升飛機(jī)起降作業(yè)，其作業(yè)率變化趨勢與上述智力工作和重手工勞動不同，并未出現(xiàn)波動現(xiàn)象，而是隨船長增加逐漸增大，但增加的速度不盡相同。例如，對于S1和S4海區(qū)而言，船長在60m～80m之間變化時，作業(yè)率增加速度相對較快，而在80m～90m之間變化時，其增加速度則放緩；但對于IACS推薦海區(qū)而言，船長在80m～90m之間變化時，作業(yè)率則有相對較快的增加速度。由此可見，不同作業(yè)海區(qū)的作業(yè)率變化形式不盡相同。

3.1.3浮油回收作業(yè)對于浮油回收作業(yè)而言，其作業(yè)率隨船長增加的變化趨勢與上述三種作業(yè)形式截然不同。從圖6中可以看出，隨著船長的增加，浮油回收作業(yè)率逐漸降低。出現(xiàn)這一變化趨勢主要是因為浮油回收作業(yè)主要受收油門的出水或入水所限制，而船體結(jié)構(gòu)的出水或入水是由船體和波浪的相對運(yùn)動決定的。對假定的船舶零航速計算而言，當(dāng)船長相對波長較小時，船舶運(yùn)動形式更接近于“隨波逐流”的狀態(tài)。因此，雖然船體的絕對運(yùn)動可能較大，但船體結(jié)構(gòu)與波面的相對運(yùn)動卻較小，這也使得收油門出水或入水更不容易發(fā)生，有利于浮油回收作業(yè)的進(jìn)行。此外，從圖6中還可看出，船長在80m～90m之間變化時，作業(yè)率的下降趨勢略有增加，IACS海區(qū)更是如此，對于S1和S4海區(qū)，當(dāng)船長位于90m～100m時，其作業(yè)率幾乎不受影響。

3.2不同吃水作業(yè)率對比分析項目同時進(jìn)行了不同吃水船舶在給定海域作業(yè)率的計算和對比，計算分別在浪向0°～180°、每隔15°下進(jìn)行，作業(yè)率由各浪向加權(quán)得到，各浪向加權(quán)系數(shù)相等。不同作業(yè)類型的作業(yè)率比較如圖7～圖9所示。從圖中結(jié)果來看，總體而言，吃水對作業(yè)率影響不大。對于智力工作和重手工勞動而言，隨著吃水的增加，作業(yè)率略有下降趨勢，IACS海域較S1和S4海區(qū)明顯。對于直升飛機(jī)起降作業(yè)，隨著吃水增加，S1和S4海區(qū)作業(yè)率有下降趨勢，而IACS海區(qū)則不明顯。

4結(jié)論

綜上所述，作業(yè)率隨船長的變化趨勢因作業(yè)類型的不同而不同，作業(yè)海域?qū)ψ鳂I(yè)率變化的緩急程度也有一定影響。在考慮人員作業(yè)、直升機(jī)起降作業(yè)及溢油回收機(jī)回收作業(yè)這三個作業(yè)率的情況下，船長與人員作業(yè)率、直升機(jī)起降作業(yè)率基本成正相關(guān)性，而溢油回收機(jī)回收作業(yè)率與船長成負(fù)相關(guān)性，吃水對上述三個作業(yè)率指標(biāo)影響較小。本研究中，對于智力工作和重手工勞動，船長位于80m～85m之間時，作業(yè)率有一個局部峰值；對于直升飛機(jī)起降，船長位于80m～90m時的作業(yè)率較60m和70m時的作業(yè)率明顯增大，且在該范圍內(nèi)作業(yè)率變化平穩(wěn)；浮油回收作業(yè)時，作業(yè)率隨船長增加而逐漸下降，當(dāng)船長在80m～90m之間變化時，作業(yè)率的下降趨勢略有增加。由此可見，當(dāng)船長在80m～85m附近時，各種作業(yè)形式均能獲得較為合理的作業(yè)率。

參考文獻(xiàn)：

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[5]馮鐵城,朱文蔚,顧樹華.船舶操縱與搖蕩[M].北京:國防工業(yè)出版社,1989.

作者：邰宜峰 單位：上海船舶研究設(shè)計院