浅析系船浮筒锚链的静力计算问题

锚链分布方式对悬链式单点系泊浮筒系泊力的影响姜季江【期刊名称】《《机电设备》》【年(卷),期】2019(036)006【总页数】8页(P1-7,18)【关键词】悬链式; 单点系泊; 浮筒; 锚链分布; 系泊力; 水动力【作者】姜季江【作者单位】上海中远船务工程有限公司上海 200231【正文语种】中文【中图分类】U661.32+40 引言悬链式锚固系泊（Catenary Anchor Leg Mooring，CALM）是一种应用广泛的单点系泊（Single Point Mooring，SPM）系统，在海洋油气装卸工程中常常用作油田输油至穿梭油轮或FPSO的载体。

CALM具有形式简单可靠、成本经济、方便维护等特点，在自身抛锚系固的情况下还能稳定系固油轮，利用风标效应进行全回转运动，以减少系泊点、降低系泊拉力，同时保证油气传输效率[1]。

CALM通常由1个圆柱形浮筒、1个全回转平台、数根锚链以及相应的油气传输系统组成。

浮筒是CALM的主体部分，一般在中央开有月池（Moon Pool）以容纳海底输油管路；全回转平台是CALM的主要的功能性部分，由轴承和管路接头实现旋转功能，平台上设置有系船连接件和输油接口；锚链是CALM的锚固系统，通常来说是CALM系统设计的最主要和最关键的部分，也是本文研究的主体。

CALM锚链数量通常为4根到9根不等，根据海域和服役工况的不同进行不同的选择。

综合来看，六锚链系统最常见，因为6根锚链能适应绝大多数海况，同时能较好地兼顾经济性和安全性，例如单根破断之后仍能保证较强的生存能力。

本文通过使用水动力和系泊分析软件建模和计算，研究了六锚链CALM系统的锚链在不同分布方式下的系泊力及浮筒位移的区别，探讨了抛锚位置对系泊系统的位移和拉力可能的影响。

1 浮筒水动力分析1.1 主尺度及模型研究的CALM浮筒主尺度见表1。

表1 CALM浮筒主尺度?该浮筒有侧裙，侧裙上开有导流孔。

水动力模型如图1所示。

船舶与海洋工程静力学研究的是船舶、海洋平台及其他海洋浮式结构在静水中的浮性、稳性和抗沉性等流体静力学特性。

若不考虑结构的变形，无论是船舶或海洋平台，都可作为一个浮于水面的刚体来对待。

浮体在静水中的流体静力学特性是船舶和海洋平台静力学的共性问题，也是本章所要讨论的问题。

1.1 浮体的坐标系为了讨论浮体的流体静力学特性，首先需要建立一个坐标系。

为了研究方便，通常建立两个坐标系：一个是大地坐标系，该坐标系设定为右手坐标系，xoy 坐标平面取为静水面，z 轴铅垂向上为正。

另一个是联体坐标系，联体坐标系固结于浮体，坐标原点的位置视具体研究问题而定，对于船舶或海洋平台等海洋结构物，联体坐标系的坐标平面通常取为结构的对称面。

图1.1 浮体的坐标系示意图1.2 坐标变换平面或空间中的任意一点都可以用某个平面或空间坐标系下的坐标来描述。

空间点的位置在不同坐标系下具有不同的表达形式，空间点在两个不同坐标系间坐标值的转换关系称为坐标变换。

直角坐标系中的坐标变换可分为平移变换和旋转变换两种类型。

平移变换：在直角坐标系下，若两个坐标系对应的坐标轴是同向的，空间任意一点在两个坐标系1111z y x O -和2222z y x O -中下的坐标值可以用平移变换来实现。

假设空间点在在第一个坐标系中的坐标值为()1111,,z y x P O =，在第二个坐标系中的坐标值为()2222,,z y x P O ，第二个坐标系的坐标原点在第一个坐标系中的坐标值为()c b a O O ,,21=P O O O P O 2211+=（1.1）1.1）z 1x 1y 1z 2x 2y 2o 1o 2 P图1.2 平移变换展开后为：cz z b y y a x x +-+=+=212121 （7.2）旋转变换：当两个坐标系的坐标原点相同，但是对应的坐标轴不重合，则空间任意一点在两个坐标系中的坐标值可以用旋转变换来实现。

旋转变换的一般形式为：()()()()⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛222332331232221131211222232221111z y x e e e e e e e e e z y x z y x e e e（7.3）上式中，)1(i e 是时坐标系1111z y x O -中第i 个坐标轴的单位列矢量，)2(j e 时坐标系2222z y x O -中第j 个坐标轴的单位矢量，()()21j i ij e e e ⋅=，在正交坐标系下，坐标转换矩阵是单位正交矩阵。

正常靠泊下趸船位移及锚链张力的简单估算徐俊杰;俞武华【摘要】浮码头趸船靠泊位移和锚链张力的确定十分困难,目前尚无行之有效的方法.结合悬链线经典理论,运用物理及力学方法,通过分析浮码头正常靠泊情况下能量的传递途径推算趸船的运动幅度和锚链张力,以供类似工程参考.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P102-105)【关键词】靠泊能量;趸船位移;锚链张力【作者】徐俊杰;俞武华【作者单位】中交第二航务工程勘察设计院有限公司,湖北武汉430071;中交第二航务工程勘察设计院有限公司,湖北武汉430071【正文语种】中文【中图分类】U653.2浮码头是我国内河广泛使用的一种简易的码头形式，其基本结构由趸船、锚系及接岸引桥等组成。

趸船的锚系通常由4～8根锚链组成，分为外八锚、内八锚、领水锚和艉锚，而近岸布置的趸船内八锚则常常采用岸边块体系缆代替，见图1、2。

随着经济发展和航运市场的变化，船舶大型化趋势日益显著。

三峡蓄水后，长江干线航道条件得到极大改善，深水航道向上延伸，3 000吨级以上船舶可由宜昌上溯至重庆。

而内河浮式码头设计吨位普遍小于3 000吨级，大型船只靠泊浮式码头是否安全主要取决于趸船的运动幅度和锚系结构的受力。

为此，本文拟运用物理和力学方法对正常靠泊下趸船的位移及锚链张力进行计算和分析。

船舶碰撞过程十分复杂，精确分析船舶的碰撞效应需要进行复杂的数值仿真。

鉴于正常靠泊情况下，船体运动方向明确且速度较小，为满足工程设计需要，本文对靠泊过程进行简化，提出如下假定：1)靠泊过程中，靠泊船只和趸船均只作横向平移运动。

2)趸船处于平静水流，且水流方向与趸船长度方向平行，碰撞过程中水流力不做功。

3)锚链长度足够，趸船运动中锚链保持部分躺底，锚不产生上拔力。

4)碰撞过程中缆绳位能变化忽略不计。

根据经典悬链线理论，在图3所示坐标系中，有以下方程：当锚链保持躺底时，α=0，上式简化为：式中：a=Rw，w为锚链单位重力。