Excel宏编程在浮船坞最大沉深计算中的应用

周裕荣

(中国船级社福州分社， 福建 福州 350008)

Excel宏编程在浮船坞最大沉深计算中的应用

周裕荣

(中国船级社福州分社， 福建 福州 350008)

浮船坞的最大沉深吃水可由装设在安全甲板之下的空气管进行控制，空气管的预留长度是浮船坞最大沉深计算的重要指标。依据浮船坞浮沉原理，采用Excel宏编程方法能方便地解决浮船坞最大沉深反复计算的问题。研究结果可为船舶设计或建造工作者在进行相关计算时提供参考，具有较好的指导性和广泛的适用性。

浮船坞；最大沉深；Excel；空气管；预留长度

0 引 言

《浮船坞入级规范》明确要求液舱空气管的下端开口距安全甲板或浮箱甲板的距离(该值可在沉浮试验后给出)。对于如何计算与操作该液舱空气管的下端开口距安全甲板或浮箱甲板的距离，没有相应的算法，大部分设计单位采用沉浮试验后给出的数据，如能通过前期的估算得出相应数据，可为浮船坞安全性能提供更高的保障。如何预留液舱空气管的相应长度是浮船坞设计环节中的一项关键技术，不仅能确定各舱的进水量，而且还是浮船坞安全性能的重要指标。

1 浮沉平衡原理

根据物理学原理，分析外部最终水线、压载舱的液舱液位高度及空气管预留的关系，根据力学平衡原理，得出最终的力学平衡公式，并由此计算出相应的预留管长度。图1为浮船坞的最大沉深工况。

图2为最大沉深下的各物理量。

图1 浮船坞最大沉深工况

图2 最大沉深下的各物理量

由图2物理量可以得出相应的力学平衡公式为

式中：PP-air为压载舱内压缩空气的压力；Pair为1个标准大气压；Pd max-h为不同水位下的压力差。

原理：在浮船坞自沉过程中，外水位高于压载舱内的水位形成压差，水自动流入压载舱内，实现船舶的自沉。由于存在预留管子长度，当水没过管子时，压载舱内的空气得不到有效的释放，在其封闭的空气内，由于水不断地灌入，压载舱内的空气空间越来越小，根据理想气体状态方程，其相应空间内的压力变大，使其与水压平衡，达到阻止水流入压载舱以及最大沉深的目的。

理想气体状态方程为

式中：P为压强；V为体积；T为热力学温度；n为物质的量，mol；R为理想气体常数；C为常数。

2 利用Excel编制浮船坞最大沉深预留长度计算程序

在实践中利用Ecxel编制浮船坞最大沉深预留长度，能方便地计算不同配载条件下对应压载舱要求的预留长度，并根据实际情况给出最佳的预留长度，保证各舱的进水量不超过相应的要求，保证浮船坞的安全性能。现将利用Excel编制最大沉深的计算程序介绍如下。

2.1相关函数简介

(1) LOOKUP 函数。指定在给定的比较值中查找的值，函数语法为：LOOKUP(lookup-value, lookup-vector, result-vector)。

(2) IF 函数。比较2个数字、函数、公式、标签或逻辑值的等式，函数语法为：IF(logical-test, value-if-true, value-if-false)。

(3) FLOOR 函数。将数值向下舍入到最接近的significance的倍数，函数语法为：FLOOR(number, significance)。

(4) CEILING 函数。将参数 Number 向上舍入(沿绝对值增大的方向)到最接近的 significance 的倍数。例如，如果不愿意使用像“分”这样的零钱，而所要购买的商品价格为 ￥4.42，可以用公式=CEILING(4.42,0.05) 将价格向上舍入为以“角”表示。函数语法为：CEILING(number, significance)。

(5) TREND 函数。返回一条线性回归拟合的值，即找到适合已知数组know_y’s和known_x’s的直线(用最小二乘法，并返回指定数组new_x’s在直线上对应的y值。函数语法为：TREND(known_y's, [known_x's], [new_x's], [const])。

(6) ROUND 函数。ROUND 函数可将某个数字四舍五入为指定的位数。函数语法为：ROUND(number, num_digits)。

2.2具体编制的步骤与过程

创建压载工况及相应舱室的装载常数，如表1所示。

表1 压载工况及相应舱室的装载状态

装载量的大小，由第一列输入。由于舱室的数据可由舱容表中得出(见表2)，其相应的重心纵向位置、横向位置、垂向位置均可由表1中查找。可使用LOOKUP函数与FLOOR函数相结合，进行自动查询计算，查询表2中的数据，并填入表1的相应位置。由此得到最终的船舶状态。

根据此状态计算船舶的浮态，如表3所示，验证是否满足要求，其中相应的查询与计算参数使用ROUND函数进行四舍五入指定位数取整。建议少用表格定义的数据位数，其会引起小数位计算误差。

表4中第1～7列参数，根据排水量数值，通过查询静水力表所得，如表4所示。表4第8～14列数据根据静力学原理，结合Excel函数计算最终的浮态。

表2 各舱室的舱容数据

表4 浮船坞静水力表

由表1的数据调整来自动计算表3船舶的最终浮态，以此来判断是否满足最大沉深，如果满足，读取相应的舱容，反推计算舱容的液位高度，如表5 第2列所示的舱内水位高度。 原理:P0V0=PV,P0h0=Ph；重力加速度g为9.8 N·kg-1；空气压强P0为101 300 N·m-2；液舱总高度H为10.7 m；平均吃水d为12.176 m；海水密度ρ为1 025 kg·m-3。

表5 空气管预留长度计算

由表5可计算出液舱空气高度h值，并根据艏艉吃水，利用TREND函数计算不同位置的水位，由此计算液舱与外水位的高度差hw，根据hw可计算出水的压强，即Pw=ρghw。可以进一步求得相应舱的水压强，再加上空气压强，即为液舱内的空气压强，计算过程中利用LOOKUP函数、CEILING函数、ROUND函数等。例如，计算No.1压载舱-左内的空气压强，其浮船坞的吃水为12.176 m，舱水位为9.10 m，其对应的水位差为

hw= 12.176 m -9.100 m = 3.076 m

水位差压强：

根据力学平衡原理，液舱内的压强等于水位差压强加上外部空气压强(即1个大气压):

根据理想气体状态方程PV=nRT,PV/T=nR=C；在恒温情况下，即PV= 常数。可得P0V0=PV,P0Ah0=PAh,P0h0=Ph。h0=Ph/P0= 132 198.42 N/m2× 1.6 m/ 101 300 N/m2= 2.088 m = 208.8 cm，即为最终的割管长度。

2.3工作表的保护

为防止误操作，需对表格进行进一步的修改，造成结果错误，应对工作表格进行保护。先将要输入的数据解锁，可用鼠标单击左路键，选择“设置单元格格式”，在“保护”标签“锁定”项取消选中；然后点击审阅中保护工作表，输入相应密码即可。使用时，即输入各压载舱的状态即可。编写此计算简单、易懂，具有很好的适用性。

3 结 语

利用本计算表格，验算了已建造完成的5 000 t举力浮船坞等，计算结果得到了肯定。

通过此表格的编制，了解了浮船坞自沉原理，可

[][]

通过此计算方法，在沉浮试验前就可估算出各空气管的预留长度，为浮船坞的这部分安全性能提前考虑，做到心中有数。也可通过此计算方法，来估算最大深沉吃水，通过调整预留空气管的长度来控制最大深沉吃水的变化。以往大多采用浮沉试验来确定该空气管的长度，浮沉试验基本在完工时做，时间较晚。或者依据本文提到的浮沉原理，采用手工计算方法也可得到相关数据，手工计算工作量大且容易出错。采用本文讨论的方法，既快速又不容易出现错误。

通过此表格的编制，并与实践相结合，为以后设计审核此类型船舶提供技术依据，为工作积累宝贵的经验。

[1] 中国船舶工业集团公司，中国船舶重工集团公司，中国造船工程学会.船舶设计实用手册——总体分册[M].3版.北京：国防工业出版社，2013.

[2] 叶伟国，余国祥.大学物理[M].北京：清华大学出版社，2012.

[3] 云舟工作室.Excel 2000 VBA一册通[M].北京：人民邮电出版社，2000.

ApplicationofExcelMacroProgramminginCalculationofMaximumSubmergenceDraftofFloatingDock

ZHOU Yurong

(Fuzhou Branch， China Classification Society， Fuzhou 350008， Fujian， China)

The maximum submergence draft of the floating dock can be controlled by an air pipe installed under the safety deck, and the reserved length of the air pipe is an important indicator of maximum submergence draft of floating dock. According to the principle of floating dock, the Excel macro programming method can be used to solve the problem of repeated calculation of the maximum submergence draft of floating dock. The results of the study can provide a reference for ship design and be of good guidance and wide applicability.

floating dock; maximum submergence draft; Excel; air pipe; reserved length

周裕荣(1978-)，男，工程师 ，研究方向为船舶工程

1000-3878(2017)05-0044-05

U673

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