一种全回转起重船压载水调拨优化计算方法技术

本发明专利技术公开了一种全回转起重船压载水调拨优化计算方法，涉及船舶技术领域，该方法包括以下步骤：确定全回转起重船吊重物回转作业时，以压载舱注水时间、压载水舱的进排水阀的响应动作时间和压载水进入各个舱室时间的总时间为优化目标，以保持船体平衡、船舶压载水量及压载水舱水位要求为约束条件，建立全回转起重船压载水调拨优化模型，通过SQP算法优化计算，得到总时间最小的调拨方案；该方法考虑了阀门的动作时间以及压载水在管路中流动的时间，更加符合工程实际，采用优化求解方法，可以精确计算船舶压载过程所需时间，提升工程船舶的作业效率。

【技术实现步骤摘要】
一种全回转起重船压载水调拨优化计算方法
本专利技术涉及船舶
，尤其涉及一种全回转起重船压载水调拨优化计算方法。
技术介绍
CN107215437A一种全回转起重船压载水调配系统及其工作方法，此专利技术阐述了全回转起重船压载系统的子系统组成，以各个压载舱达到目标水位所需时间为优化目标进行相关算法设计，但未考虑阀门动作时间以及压载水在管路中流动的时间；CN1565926A好望角型散货船压载水排水-进水置换方法，此专利技术是一种根据实例工程经验所提出的压载水进排水方法。该方法并未对压载水的调拨进行优化，仅调整使船舶平衡；CN111874156A一种压载水系统及船舶，此专利技术设计了一种在管路上合理的布置阀门以及控制阀门开关，从而可实现任意两个压载舱相互连通的压载管路系统。该方法仅为一种实现任意两个压载舱之间压载水调拨的系统，不包含压载水优化分配与时间计算。目前起重船在作业过程中，压载水的调拨通常基于人工经验，其控制模式单一，压载系统存在调拨速度慢、决策响应时间长、控制精度差和自动化程度低等问题。随着起重船向大型化、自动化、复杂化趋势发展，起重船压载舱室增多、压载管系形式日趋复杂，依靠人工经验越来越难以满足海上安全、高效作业要求。海上作业不同于陆上作业，其受环境影响大，海况变化会直接影响作业的进程，适合作业的时间有限。若因环境抛锚等待，会极大地影响作业的进度，提高作业风险和成本。
技术实现思路
根据现有技术存在的问题，本专利技术公开了一种全回转起重船压载水调拨优化计算方法，包括以下步骤：r>确定全回转起重船吊重物回转作业方案时，以压载舱注水时间、压载水舱进排水阀的响应动作时间和压载水进入各个舱室时间的总时间为优化目标，以保持船体平衡、船舶压载水量及压载水舱水位高度为约束条件，建立全回转起重船的压载水调拨优化模型，通过算法优化计算，得到总时间最小的调拨方案。进一步地，所述压载舱的注水时间ti1的表达式如下：式中：mi为第i阶段调拨的压载水量，qp为泵流量。进一步地，所述舱室阀门响应动作时间ti2的表达式如下：ti2＝max(ti21,ti22,...,ti2j,...,ti2n)(6)式中：ti2j为第j个阀门开启所用时间，ti2j表示为：式中：tin为进水阀开启时间，tout为排水阀开启时间，hij为第i个阶段第j个压载水舱水位高度，h(i-1)j为第i-1个阶段第j个压载水舱水位高度。进一步地，所述压载水进入各个舱室的时间ti3的表达式如下：ti3＝max(ti31,ti32,...,ti3j,...,ti3n)(8)式中：ti3j为第i个阶段压载水进入第j个舱室的管路时间，表示为：式中：sk水流经过第k段管路的长度，vik为第i阶段第k段管内压载水流速，qik为第i阶段第k段管内压载水流量，d为压载水管路直径。进一步地，所述船体平衡的约束条件如下：MG+ΜB+MR+ME＝0(15)式中：MG为重物力矩，MB为压载力矩，MR为复原力矩，ME为环境载荷力矩。进一步地，所述船舶压载水量Q的约束条件如下：Qmin≤Q≤Qmax(21)式中：Qmin为船舶保持吃水所需要的最低压载水量，Qmax为船舶最大压载水装载量。进一步地，所述压载水舱水位h的约束条件如下：hmin≤h≤hmax(22)式中：hmin为压载水舱最低液位，hmax为压载水舱最高液位。进一步地，所述起重船压载水调拨优化模型表示为：由于采用了上述技术方案，本专利技术提供的一种全回转起重船压载水调拨优化计算方法，考虑了阀门的动作响应时间以及压载水在管路中流动的时间，更加贴近实际工程，该方法提出优化压载水调配，计算压载时间的模型，采用各个阶段寻优的优化算法，可以精确高效地计算起重船舶压载过程所需时间，提升工程船舶的作业效率。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的起重船压载舱布置右舷视图；图2为本专利技术的起重船压载舱布置俯视图；图3(a)为本专利技术的左舷舱室优化压载方案的水位高度变化曲线图；图3(b)为本专利技术的中间舱室优化压载方案的水位高度变化曲线图；图3(c)为本专利技术的右舷舱室优化压载方案的水位高度变化曲线图；图4为左右舷舱室调拨管路简化图；图5为经验方案舱室使用示意图。具体实施方式为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：一种全回转起重船压载水调拨优化计算方法，包括以下步骤：确定全回转起重船吊重物回转作业方案时，以压载舱注水时间、压载水舱的进排水阀的响应动作时间和压载水进入各个舱室时间的总时间为优化目标，以保持船体平衡、船舶压载水量及压载水舱水位高度为约束条件，建立全回转起重船的压载水调拨优化模型，通过算法优化计算，得到总时间最小的调拨方案。吊机在运动的过程中，船体一直保持平衡状态，船体平衡方程也就是平衡约束。本专利技术以压载水各舱室水位高度为优化变量，通过调整各个压载水舱的压载水高度，使船舶保持一个良好的稳性与浮态，各个舱室的水位高度改变量Δhj(t)随吊机吊物回转而变化，当Δhj(t)变化则表明第j个压载水舱的水位变化，即该舱室参与调拨作业。由于海上工况的不确定性，在海上施工作业应尽量减少时间，提高效率。为此，本文以压载舱注水时间、阀的响应动作时间和压载水在管路中流动的时间的总时间T作为优化目标，目标函数可表示为：式中:ti为各个阶段的时间，计算的时候为了便于求解，将整个过程分为若干阶段，求出每一阶段的最优解，组合即可得到整体最优解。当各个阶段时间均为最短时，即可得到最短的总时间T，即：每一阶段的ti可以表示为ti＝ti1+ti2+ti3(3)式中：ti1是第i个阶段压载舱的注水时间，ti2为第i个阶段阀的响应动作时间，ti3为第i个阶段压载水进入各个舱室时间；其中，压载舱的注水时间ti1可表示为：式中：mi为第i阶段调拨的压载水量，qp为泵流量。对于吊物回转作业，需要考虑当前阶段和下一阶段的压载水舱水位高度，则mi可表示为：式中：ρ为压载水密度，Sj为第j个舱室的底面积，当压载水只在船舶内部舱室互相调拨时，为第i个阶段第j个压载水舱水位变化高度，n为压载水舱总数。舱室阀门响应时间ti2可表示为：ti2＝max(ti21,ti22,...,ti2j,...,ti2n)(6)式中：ti21为第i个阶段1个阀门开启所用时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全回转起重船压载水调拨优化计算方法，其特征在于：包括以下步骤：/n全回转起重船吊重物回转作业时，以压载舱注水时间、压载水舱的进排水阀的响应动作时间和压载水进入各个舱室时间的总时间为优化目标，以保持船体平衡、船舶压载水量及压载水舱水位高度为约束条件，建立全回转起重船压载水调拨优化模型，通过SQP算法优化计算，得到总时间最小的调拨方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种全回转起重船压载水调拨优化计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
全回转起重船吊重物回转作业时，以压载舱注水时间、压载水舱的进排水阀的响应动作时间和压载水进入各个舱室时间的总时间为优化目标，以保持船体平衡、船舶压载水量及压载水舱水位高度为约束条件，建立全回转起重船压载水调拨优化模型，通过SQP算法优化计算，得到总时间最小的调拨方案。


2.根据权利要求1所述的一种全回转起重船压载水调拨优化计算方法，其特征还在于：所述压载舱的注水时间ti1的表达式如下：



式中：mi为第i阶段调拨的压载水量，qp为泵流量。


3.根据权利要求1所述的一种全回转起重船压载水调拨优化计算方法，其特征还在于：所述舱室阀门响应动作时间ti2的表达式如下：
ti2＝max(ti21,ti22,...,ti2j,...,ti2n)(6)
式中：ti2j为第i个阶段第j个阀门开启所用时间，ti2j表示为：



式中：tin为进水阀开启时间，tout为排水阀开启时间，hij为第i个阶段第j个压载水舱水位高度，h(i-1)j为第i-1个阶段第j个压载水舱水位高度。


4.根据权利要求1所述的一种全回转起重船压载水调拨优化计算方法，其特征还在于：所述压载水进入各个舱室的时间ti3的表达式如下：
t...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志杰，梁辰，王晓邦，林鹏，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21