淺談大型船舶傾斜試驗的控制要點

班業平

( 上海外高橋造船有限公司 上海201204 )

淺談大型船舶傾斜試驗的控制要點

班業平

( 上海外高橋造船有限公司 上海201204 )

船舶傾斜試驗既關系到最終是否滿足合同約定的船舶載重量指標，也直接影響船舶的安全，是船舶設計和建造過程中的關鍵環節。文中主要介紹了船舶傾斜試驗的正常程序，以及大型船舶為獲得有效傾斜試驗結果的程序和控制要點，并對某些產生較大偏離的試驗結果進行仔細分析，以使傾斜試驗過程合理且結果準確。

傾斜試驗；穩性；偏差分析；控制要點

引 言

船舶設計之初，設計者將根據具體情況預估船舶的質量及質心位置，并在此基礎上計算出船舶的載重量，核算船舶的穩性。當船舶建造完工后，必須通過傾斜試驗來確定實船的空船質量和質心位置等穩性要素，以便使船長能在船舶各種營運狀態下快捷獲得船舶有關穩性的數據，確保船舶使用時的穩性安全［1］。

本文以某好望角型系列散貨船的傾斜試驗及空船質量的測定為例，闡述了大型船舶的傾斜試驗及空船質量的測定與控制。

1 船舶傾斜試驗的一般要求

船舶的傾斜試驗應滿足的條件、要求和對其結果的評定應符合IMO和船級社的要求及船旗國政府主管機關的要求。一般來說，傾斜試驗應依據下述條件和步驟進行：

1.1 氣候條件和試驗環境

試驗應在一個較好的天氣情況下進行，以確保在試驗過程中，船舶能始終保持自由浮動的狀態。如果遇大雨、大風天氣，試驗應延期或中止。

1.2 試驗前的組織和準備

船舶應在接近完工狀態和航行試驗前進行傾斜試驗。試驗時應為空船狀態，清除不屬于船上的工具和物件。如實在難以達到空船狀態, 可允許不超過空船排水量1%的質量。不過，試驗所需的移動物件質量及必要的壓載可不受上述多余質量的限制。

所有機械、鍋爐、管路及系統內的水和油應處于工作狀態, 并關好與本試驗無關的所有閥門（通海閥也應關閉）。

為保證試驗的準確性，所有的水艙及油艙應抽空并清除殘液，以盡量減少自由液面的影響。對試驗需用的壓載水艙及允許存在的少數油艙（油柜）應灌滿，并采取必要措施消除空間檔的氣泡。如難以灌滿，則應進行自由液面修正［2］。

1.3 傾斜試驗的進行

（1）乘坐小艇進行船艏、船舯、船艉兩舷的水尺讀數, 以準確計算試驗時船舶的排水量。測量出的水尺標志處吃水應修正到艏艉垂線處的吃水, 同時應測定試驗水域的水密度。

（2）觀察測量風向、風速、流速和周圍水面的情況，并確認符合試驗環境條件及系泊狀態。

（3）應保證船舶在試驗過程中處于自由浮動狀態，不致觸及任何障礙物。

（4）試驗的同時應進行試驗誤差檢查，以保證測量結果的準確性。

1.4 計算傾斜試驗的結果

（1）根據試驗時測量得到的標尺吃水計算出船艏、船舯、船艉的型吃水。

（2）計算試驗物質量每次移動時的橫傾力矩。

（3）按平均法或最小二乘法求出試驗狀態的初穩性高GM。

（4）計算傾斜試驗狀態下的排水量和船舶質心垂向坐標和縱向坐標。

（5）計算船舶的多余和不足的質量和需要重新定位質量的質心。

（6）計算空船排水量和質心坐標。

2 大型船舶傾斜試驗控制要點

中、小型船舶由于空船質量較輕，所需移動壓載較小并采用固體質量，因而試驗狀態較易控制。但對于大型船舶而言，所需移動壓載大并采用液體，故影響試驗結果的因素較多。以某好望角型散貨船（以下簡稱本船）為例，傾斜試驗狀態下的每厘米吃水排水量達100 t以上、排水量近50 000 t，移動質量3 000 t以上，試驗狀態不易控制，因此，對大型船舶的傾斜試驗應當給予足夠重視，并重點對一些關鍵處進行必要的控制，以期獲得較理想的結果。

2.1 嚴格的氣候條件和試驗環境

惡劣的氣候條件和試驗環境將影響傾斜試驗的結果，使試驗數據失真。例如：過大的風力將造成船舶橫傾角的過大或過小，從而導致船舶碰到其他物體；另外，纜繩沒有放松也將造成船舶橫傾角偏小。因此，良好的氣候條件和試驗環境是確保試驗獲得理想結果的前提。

2.2 準確測量；精準讀數

應準確讀取船艏、船舯和船艉兩舷的水尺讀數,以及試驗水域水的密度，以便準確計算試驗時船舶的排水量。

本船每厘米吃水排水量超過100 t，因此水尺讀數的誤差對船舶的排水量影響較大。按傾斜試驗所要求的條件，理想的試驗場所應是在船塢內，以最大限度地減少風浪流等環境因素給試驗可能帶來的影響。但事實上，由于目前船塢非常緊張，不允許傾斜試驗在船塢內進行，多數只是在船廠碼頭邊進行，因此，吃水的準確讀取難免受到影響。僅憑借肉眼在起伏的波浪中讀數，其準確性可想而知。解決這一問題的方法，可采用帶刻度的玻璃軟管靠近水尺標志處連續多次讀數，取其平均值，以消除波浪對讀數的影響。測量試驗水域的水密度時，應選取船艏、船舯和船艉區域足夠深度的水取樣測定，取其平均值，確保所測數據的真實可靠。

2.3 試驗初始狀態的調整和移動壓載的選取

對試驗初始狀態的調整。所有的水艙及油艙應抽空，并清除殘液，以盡量減少自由液面的影響［2］。水艙及油艙以外的船體空間（包括空艙）如有積存的水或油，不僅要予以清除，對大型船舶，還應使試驗狀態可控，盡量減小船舶的中拱或中垂，即在調整船舶試驗浮態時，盡量使用均勻間隔壓載，避免在艏艉或船舯區域集中壓載；此外，還應重點考慮采取措施消除液艙因縱傾及空氣管的位置而產生空間檔的氣泡。

固體移動壓載因其可靠易控，是試驗的最佳選擇。但對大型船舶的傾斜試驗所需移動質量巨大（本船移動質量超過3 000 t），選用固體移動壓載顯然不現實。那么液體移動壓載就成了可能的選擇。需要注意的是，一般不推薦壓載水作為傾斜試驗的移動質量，但在使用固體壓載確實有困難的情況下，壓載水才能作為傾斜試驗的移動質量，前提條件是作為試驗移動壓載水艙應是光壁（即沒有大的梁或內部構件以免產生空氣層），同時還應保持船舶的浮態以及測量試驗移動壓載水艙水的密度。在壓載水橫向移動過程中，應防止水滲漏，在每一次壓載水移動的前后，都應手工測量壓載水艙的液位。上述內容應列為詳細的試驗程序由船級社認可［3］。

本船試驗采用移動壓載水的方法來完成，壓載水要用船上的壓載泵直接從一舷移到另一舷。

2.4 多余或不足質量的檢查

現階段，由于先進造船工藝的廣泛應用，到傾斜試驗時，船舶的完工狀態普遍較好，其多余或不足質量，皆不會超過空船排水量的1%，此時的重點應該是對多余或不足質量的檢查。相對于中、小型船舶，大型船舶更為復雜，檢查則需花費更多時間和精力。要事先準備好多余和不足質量及質心的明細表交驗船師確認；試驗前船廠還應與驗船師一起進行全船檢查，以確保各項目經過準確估算，沒有遺漏（尤其要注意壓載艙的檢查、測量）。本船的第一次試驗結果不理想，事后分析得知是由于前部壓載艙測量不準確，從而導致試驗結果產生偏差。因此，當進行再次試驗時，經嚴格控制前部壓載艙的測量工作，最終獲得了理想的結果。

2.5 橫傾角的測量

一般來說，橫傾角測量可分別采用擺錘、U型管及傾斜儀加一擺錘或U型管的方法。本船分別在船艏、船舯和船艉布置了三只長約20 m的擺錘，使用注有一定粘度液體的水槽和刻度尺讀擺幅值。每次移動壓載水時，都應待船舶穩定下來并在船舶處于完全自由浮動狀態時開始連續讀數，取其平均值。

2.6 試驗誤差的檢查

大型船舶傾斜試驗的準備工作比中、小型船舶要復雜得多，因此，試驗過程中，應同時進行試驗誤差檢查，以保證測量結果的準確性，以避免重做試驗就顯得尤其重要。在確定了準備工作和試驗條件滿足要求后，影響試驗結果的正確性的可能有：

（1）艙內剩余水過多，引起自由液面太大。解決辦法為復查所有液艙及空艙，必要時將艙排空。

（2）船舶觸底或被系纜阻礙，其解決辦法為測量水深并檢查纜繩。

（3）側面定常風的干擾，其解決辦法為全部重做試驗。

（4）側面陣風的干擾，其解決辦法為部分重做試驗。

3 對試驗結果出現偏離的分析處理

如果發現試驗結果發生較大偏離時，應仔細分析相關試驗信息，找出造成偏離的原因，以便重新試驗時避免同樣的錯誤。

（1）在某好望角型散貨船首制船的傾斜試驗時，根據試驗所記錄的數據計算后發現，其空船質量大大小于預估值，而質量質心垂向值卻又大大超過預估值，由此可斷定原試驗結果有偏差。經分析，我們認為可能是用來調整船舶浮態要求滿艙的第一壓載艙（船前部）試驗時未注滿（見圖1）。為此，在重新進行試驗時，特別注意使包括該艙在內的壓載艙壓載到位，最終得到了較準確的試驗結果。這一結果也得到其后的20多艘同系列船舶的試驗結果佐證。

圖1 未注滿水的壓載艙

（2）同屬好望角型散貨船的另一艘船的傾斜試驗計算結果表明，其所得空船質量及質量質心縱向值均超過預估值較多。我們仔細分析試驗記錄數據，結果發現所記錄的吃水值呈現艏艉大、中間小，即有較明顯的中拱，而再分析試驗時船舶的壓載狀態，絕不可能產生上述如此大的中拱結果，因此認為艏部吃水測量值偏大是導致上述結果的主要原因。因為上述偏離結果尚在規范可接受的范圍內，更何況交船緊急，試驗才沒有重做。盡管如此，從其后的多艘幾乎相同試驗壓載狀態的試驗結果來看，證實了我們的上述分析。

4 姐妹船傾斜試驗的處理

對姐妹船中的后續船，經船級社批準，可免做傾斜試驗，而只做空船質量測定試驗，測出空船排水量和質心縱向位置，首制船傾斜試驗所得的基本穩性數據將應用于后續船。但前提條件是，與同類型船舶的空船排水量偏差不超過2%, 及質心縱向位置偏差不超過1%船舶垂線間長，否則仍應進行傾斜試驗。IMO新規對船長≥160 m的船舶要求與首制船的空船排水量偏差不超過1%, 及質心縱向位置偏差超過0.5%船舶垂線間長［4］。由此可以看出，對大型船舶試驗精度的要求已明顯提高。

對于大型船舶，后續船空船質量測定試驗應該保持與首制船傾斜一致的試驗狀態，以便于與首制船的結果進行比較；此外，由于船型大，影響試驗結果的因素較多，因此空船質量測定對于試驗狀態下船舶吃水的測定，以及多余質量和不足質量的檢查等關鍵步驟應務必準確，避免因試驗結果超出限定偏差而重新進行傾斜試驗。

5 結 論

總之，船舶的傾斜試驗及空船質量測定試驗是船舶建造過程中十分關鍵的一項試驗。雖然試驗的原理和方法都較傳統，但由于船舶是個復雜的系統工程，影響試驗結果的因素很多，對于大型船舶尤其如此。為使試驗結果準確，嚴格的試驗條件和試驗程序，準確地讀取船艏、船舯與船艉兩舷的水尺讀數,選取適合的移動壓載和試驗初始狀態，重視多余或不足質量的檢查，及時檢查試驗誤差，精心組織并實施嚴格的步驟則是十分必要的。

［1］ 王彩蓮，魯云章. 2 500 TEU集裝箱船的總體設計［J］.船舶，2007（4）：9-12.

［2］ 楊存國，虞偉. CB/T 3035-2005.船舶傾斜試驗［S］.國防科學技術工業委員會.

［3］ B V. Rules for the Classification of Steel Ships［S］. 2013. PART B，CH 3，APP 1：56-57.

［4］ 國際海事組織.國際海上人命安全公約（SOLAS）2009年 綜合文本［S］.北京：人民交通出版社.

Control points of inclining experiment for large vessels

BAN Ye-ping
(Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding Co., Ltd., Shanghai 201204, China)

Inclining experiment affects the vessel not only on meeting the deadweight requirements in the contract but also on its safety, which is a key link during ship design and construction. This paper presents the normal procedures of inclining experiment, and procedures and control points for obtaining valid inclining experimental results for large vessels. It also carefully analyzes the experimental results with larger deviation in order to ensure the reasonable procedures and accurate results.

inclining experiment; stability; deviation analysis; control points

U661.7

A

1001-9855（2014）02-0022-04

2013-08-05；

2013-09-03

班業平（1967-），男，高級工程師，主要從事船舶總體和結構的開發設計。