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深海作业起重绞车主动波浪补偿系统载荷响应研究

王奎;刘火伟;冯正平;萧永明;陈伯扬

【摘要】文章对主动波浪补偿系统的补偿原理进行研究设计,并将货物和钢丝绳及

补偿器对主动波浪补偿系统的影响建立数学模型以及对货物的静态和动态的参数进

行计算分析.另外,应用Simster仿真软件对运动补偿性能进行了仿真和分析,仿真结

果表明:主动波浪补偿系统的精度满足系统的响应要求.

【期刊名称】《船舶》

【年(卷),期】2018(029)003

【总页数】5页(P80-84)

【关键词】绞车;主动波浪补偿;MRU;仿真

【作者】王奎;刘火伟;冯正平;萧永明;陈伯扬

【作者单位】上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240;上海博世力士

乐液压及自动化有限公司上海200335;上海博世力士乐液压及自动化有限公司上

海200335;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240;上海博世力士乐

液压及自动化有限公司上海200335;上海博世力士乐液压及自动化有限公司上海

200335

【正文语种】中文

【中图分类】U664.4+4

引言

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众所周知，船舶在深海作业时，由于受到风浪等复杂海况的影响，船体本身会出现

上下起伏的升沉运动，而船舶配套的深海作业起重绞车所吊放的货物也会随之产生

相应的运动，极易发生碰撞或崩脱，严重时甚至毁坏货物和造成人员伤亡，导致巨

大损失。主动波浪补偿系统通过恒张力控制回路［1］和位移控制回路使货物在吊

放作业过程中能够保持相对稳定，从而使海上吊放作业安全可靠。目前国外对主动

波浪补偿装置的研究和应用已比较成熟，而国内还处于起步阶段［2］。

1主动波浪补偿系统概述

深海作业起重绞车在提升或下放货物至水下深处的操作中，承载货物的绞车绳索通

过波浪补偿装置与牵引绞车相连［3］，可有效消除货物随着船体运动而产生的位

移变化，从而使吊装货物在复杂海况下能够保持相对稳定。

波浪补偿系统可以简单分为被动波浪补偿系统和主动波浪补偿系统。被动波浪补偿

系统可以认为是一种弹簧装置，通过其伸缩性能使钢丝绳张力或货物接触面的压力

几乎保持恒定，通常由直线式执行器或油缸、蓄能器和执行机构组成，是一种随动

［4］和滞后的补偿方式，对复杂多变的海况适应性差。主动波浪补偿系统由控制

绞车或油缸来实现［5］，其响应速度快、补偿精度高（最高可达95%或以上）、

具有能量回收功能（最高可达70%），对复杂多变的海况适应性强。

本文以主动波浪补偿系统为研究对象，主要研究和验证在目标海况（波高为3.6m、

波浪周期为9s）下，主动波浪补偿系统的补偿精度不低于90%。

1.1主动波浪补偿系统原理

主动波浪补偿系统原理框图，如图1所示，通过钢丝绳与绞车机构连接到一起，

主要包括二次驱动单元、动力单元、能量储存单元、控制系统、船体运动传感器

（MRU）［6］等。工作时MRU会实时监测船舶运动的六自由度信号［7］，并

上传到控制系统从而产生一个执行信号，执行机构将根据这些执行信号进行升沉补

偿动作。能量储存系统具有能量回收功能：当货物上升时释放能量，当货物下降时

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储存能量，大大降低整个系统的装机功率。

图1主动波浪补偿系统原理框图

1.2主动波浪补偿系统总体框图

主动波浪补偿系统的总体结构框架如下页