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全回转起重船泵压载系统压载水动态调拨优化及试验研究

2020-12-08阅读(601)

全回转起重船泵压载系统压载水动态调拨优化及试验研究

论文摘要

起重船是海上救助打捞工程、海洋石油开发、海上风电设备安装、深海工程等大型海上作业的关键保障装备。随着起重船向大型化、自动化和智能化发展,高效自动压载系统成为迫切需求。本文在分析了大型全回转起重船吊装作业过程的基础上,建立了基于泵压载系统的全回转起重船压载水动态调拨优化模型及其高效求解策略,并研制了全回转起重船自动压载系统试验平台。本文主要研究工作包括:(1)在分析起重船压载系统工作原理和操作流程的基础上,基于船舶静力学和优化理论,以压载水调拨时间作为优化目标,起重船各个压载水舱的水位高度变化量及初始装载量作为优化变量,船舶安全作业要求作为约束条件,建立了全回转起重船压载水高效调拨优化模型,为压载水高效调拨优化方案及计算机辅助设计奠定理论模型基础。(2)提出了基于动态规划的压载水调拨求解策略,基于起重船吊机运行过程和回转角度,将压载过程分为若干个阶段,给出了算法模型和流程,获得整个吊装过程的压载水最优调拨方案。300 t吊重压载案例计算分析表明,相比于工程师给出的经验方案,优化方案总调拨量和压载时间分别减少11.22%和11.19%;回转过程中,各个舱室水位高度呈三角函数变化。调拨影响因素的敏感性分析表明,选择合适的初始装载量可获得最优的总压载时间;在起吊前适当进行预压载,可以减少抬货过程的调拨量。(3)针对常规动态规划求解存在的计算效率过低、优化方案难以实用化问题,分别提出了基于改变动态规划优化变量阈值、改变阶段间隔和减少压载舱室数量的动态规划求解改进策略。案例分析表明,当阈值改变量小于0.4时,减小阈值可减小计算时间;当阶段间隔取值区间为(2,10)时,可大幅减少计算时间并获得较好的调拨方案;不同压载舱调载能力不同,选择对起吊货物最敏感的压载舱,可减少参与调拨的压载舱数量,使调拨方案更具实用性。(4)提出了基于可编程逻辑控制器的全回转起重船自动压载系统设计方案,研制了基于缩尺模型的起重船压载水调拨试验平台。试验结果分析表明,相比于未加压载水时船模最大横倾角度约15°,优化方案横倾角度在2°以内,验证了本文模型求解算法和压载系统设计方案的有效性和可行性。综上所述,本文可为全回转起重船的吊装过程选择合适的压载方案,构建高效自动压载系统,实现大型船舶计算机动态压载控制,提高起重船保障施工安全和效率、降低能耗,提供理论和技术支持。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  •   1.1 论文研究背景及意义
  •   1.2 国内外研究现状
  •     1.2.1 压载水调拨设计
  •     1.2.2 动态规划求解策略
  •     1.2.3 压载系统研究
  •   1.3 压载系统存在的问题及发展趋势
  •   1.4 本文研究内容
  • 2 全回转起重船压载水调拨优化建模
  •   2.1 起重船压载原理
  •     2.1.1 起重船工作模式
  •     2.1.2 压载水调拨方法
  •   2.2 优化建模
  •     2.2.1 优化变量
  •     2.2.2 优化目标
  •     2.2.3 约束条件
  •     2.2.4 压载水调拨优化模型
  •   2.3 本章小结
  • 3 基于动态规划的压载水调拨优化模型求解及分析
  •   3.1 动态规划求解策略
  •   3.2 压载水调拨的动态规划求解模型
  •   3.3 压载水调拨案例分析
  •     3.3.1 压载方案对比分析
  •     3.3.2 有效性分析
  •   3.4 敏感性分析
  •     3.4.1 初始装载量对压载方案的影响分析
  •     3.4.2 预压载对起吊过程的影响分析
  •   3.5 动态规划求解的改进策略
  •     3.5.1 优化变量阈值的改进策略
  •     3.5.2 阶段间隔的改进策略
  •     3.5.3 减少压载舱室数量的改进策略
  •   3.6 本章小结
  • 4 全回转起重船自动压载系统试验平台设计
  •   4.1 系统概述
  •   4.2 船体设计
  •     4.2.1 船舶重量与重心
  •     4.2.2 初稳性估算
  •     4.2.3 几何形状设计
  •   4.3 压载系统设计
  •     4.3.1 总体方案
  •     4.3.2 软件系统设计
  •     4.3.3 硬件系统方案设计
  •     4.3.4 人工控制面板设计
  •     4.3.5 传感器设计
  •     4.3.6 控制器设计
  •   4.4 本章小结
  • 5 压载水调拨验证试验
  •   5.1 试验内容
  •     5.1.1 试验概况
  •     5.1.2 试验前期准备
  •   5.2 试验流程
  •     5.2.1 试验工况
  •     5.2.2 试验步骤
  •     5.2.3 设备操作流程
  •   5.3 试验前期数据处理
  •   5.4 试验结果及分析
  •     5.4.1 重复试验
  •     5.4.2 优化压载方案与经验压载方案对比试验
  •     5.4.3 减少压载舱室对优化方案的影响试验
  •     5.4.4 变幅起吊方案的验证试验
  •     5.4.5 初始装载量对优化方案的影响试验
  •     5.4.6 压载时间的对比分析
  •   5.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 姜健宇

    导师: 刘志杰,毕远涛

    关键词: 全回转起重船,压载水调拨,压载优化,动态规划,自动压载

    来源: 大连海事大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 数学,船舶工业

    单位: 大连海事大学

    基金: 国家自然科学基金(批准号:51879026),中央高校基本科研业务费项目(批准号:3132016354,3132019209)

    分类号: U674.35;O221.3

    DOI: 10.26989/d.cnki.gdlhu.2019.001600

    总页数: 94

    文件大小: 9000K

    下载量: 31

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