30000t 大件運(yùn)輸船總體設(shè)計(jì)分析

孫 麗 娜

（上海佳豪船舶工程設(shè)計(jì)股份有限公司，上海 201612）

0 引 言

大件運(yùn)輸船舶又稱重載船，是指用于運(yùn)輸不可分解的、常規(guī)船舶不能運(yùn)輸?shù)闹丶虼蠹拇啊ＴO(shè)計(jì)此類運(yùn)輸重大件貨物船舶的最大特點(diǎn)是沒有常規(guī)或者標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)作方案，必須針對(duì)運(yùn)輸對(duì)象的特點(diǎn)和貨主的要求，設(shè)計(jì)專門的運(yùn)輸方案[1]。

這類船舶的明顯特點(diǎn)是：1) 船型較肥胖，其船型系數(shù)較其他類型船大；2) 具有較大的載貨空間，便于裝載大型貨物；3) 設(shè)有高強(qiáng)度的裝載甲板，且甲板平坦、位置低、面積大、承重能力強(qiáng)；4) 為了減少裝卸操作過程中船舶的橫傾角和保持穩(wěn)性，重大件運(yùn)輸專用船在雙層底、舷側(cè)、甚至甲板附近設(shè)置大量壓載水艙。同時(shí)在船舶上配備裝載計(jì)算機(jī)，以便及時(shí)顯示注、排壓載水時(shí)對(duì)船舶橫傾角和穩(wěn)性的影響[2]。

以30000t大件運(yùn)輸船為例闡述了船舶總體設(shè)計(jì)思路和布置要點(diǎn)、難點(diǎn)，為同類型船舶設(shè)計(jì)提供參考。

1 概況

該船是一艘鋼質(zhì)、全電焊、球鼻艏、短艏樓、方型艉部、寬敞作業(yè)甲板、雙槳雙舵電力推進(jìn)的自航甲板船。主要用于海上油田導(dǎo)管架及平臺(tái)模塊、大型橋梁鋼結(jié)構(gòu)主體、大型船舶鋼結(jié)構(gòu)主體分段、核電設(shè)備、礦山機(jī)械集成模塊、港口設(shè)備、大型成套化工設(shè)備、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備等超大件的運(yùn)輸任務(wù)，并可兼顧運(yùn)輸海上石油平臺(tái)生產(chǎn)所需的帶包裝的危險(xiǎn)品。

船尾部配置兩套常規(guī)電力推進(jìn)裝置，另外艏部配置兩套側(cè)推裝置，艉部配置一套側(cè)推裝置，滿足DP-1作業(yè)要求，適用于無限航區(qū)。

1.1 船級(jí)符號(hào)

船級(jí)符號(hào)：

★CSA Barge Carrier, In-Water Survey, Ice Class B,PSPC(B), DP-1, BWMP, FTP, Loading Computer(S,I)

★CSM MCC, BRC，Electrical Propulsion System

船籍國(guó)：中國(guó)

掛旗：中國(guó)國(guó)旗

圖1 30000t大件運(yùn)輸船總圖

1.2 主尺度及主要參數(shù)（見表1）

表1 主尺度及主要參數(shù)

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 性能分析

根據(jù)耐波性、穩(wěn)性、操縱性、快速性、大件運(yùn)輸要求以及鋼材用量等要求，對(duì)主尺度和線型進(jìn)行合理優(yōu)化。

2.1.1 線型優(yōu)化分析

該船為自航大件運(yùn)輸船，需要對(duì)線型進(jìn)行合理的優(yōu)化和分析，找到合適的低阻力線型。因此，針對(duì)船首線型進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)（CFD）計(jì)算分析（見表2），通過有球艏線型和無球艏線型的阻力特性對(duì)比，并根據(jù)兩種線型的航向穩(wěn)定性等操縱性的比較，最終確定采用帶球鼻艏線型（見圖2）。

表2 CFD阻力計(jì)算結(jié)果

圖2 自由面波形對(duì)比

根據(jù)CFD計(jì)算分析確定的線型將進(jìn)一步進(jìn)行船模試驗(yàn)分析。

2.1.2 操縱性

1) 回轉(zhuǎn)能力。通過回轉(zhuǎn)能力計(jì)算結(jié)果表明（見圖3），12kn航速下，滿舵角的DT/L為2.45，Ad/L為2.52，滿足IMO操縱性標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 回轉(zhuǎn)能力計(jì)算分析

2) 緊急制動(dòng)能力。通常以全功率倒車緊急制動(dòng)運(yùn)動(dòng)的無因次停船跡程RL T/來衡量船舶制動(dòng)能力，L RT/越小制動(dòng)能力越強(qiáng)。緊急制動(dòng)能力計(jì)算結(jié)果表明，全功率倒車緊急制動(dòng)RL T/ 為5.41，滿足IMO操縱性標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.3 性能相關(guān)參數(shù)

1) 干舷：干舷滿足《國(guó)際船舶載重線公約》對(duì)B型船的要求（見表3）。對(duì)于港內(nèi)作業(yè)吃水工況T=10.5m，滿足《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》[3]第5分冊(cè)第8篇對(duì)于大件運(yùn)輸船的補(bǔ)充規(guī)定。

表3 干舷核算數(shù)據(jù)

表4 超壓載作業(yè)工況的核定標(biāo)準(zhǔn)

2) 完整穩(wěn)性：完整穩(wěn)性滿足《國(guó)際航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》和IMO 2008 IS CODE極限穩(wěn)性衡準(zhǔn)的要求。該船典型裝載工況（見圖4）是運(yùn)輸兩組7000噸級(jí)安裝模塊，經(jīng)核算滿足規(guī)范要求（見表5）。

圖4 典型裝載工況

表5 典型裝載工況穩(wěn)性校核

3) 破損穩(wěn)性：破損穩(wěn)性滿足《國(guó)際海上人命安全公約》SOLAS[4]第II-1章中對(duì)貨船的破損穩(wěn)性要求（見表 6）。

表6 破損穩(wěn)性核算數(shù)據(jù)

2.2 總體布置

共設(shè)主甲板、艏樓甲板、船員甲板、船長(zhǎng)甲板、駕駛甲板和羅經(jīng)甲板，其中主甲板為連續(xù)甲板，其余均位于短艏樓和甲板室內(nèi)。

在雙層底之上設(shè)置縱貫全船的管隧（分左右兩道），除提供壓載水管系、電纜等布置外，同時(shí)還作為全船首尾連接的通道。

主甲板以下設(shè)有8道水密橫艙壁、3道水密縱艙壁以及延伸至船舷和自防撞艙壁延伸至推進(jìn)器艙的雙層底。將船舶主體分割成多個(gè)水密艙室。雙層底、縱壁與舷側(cè)之間的艙室主要為壓載水艙、淡水艙和燃油艙。壓載水艙可在裝載作業(yè)時(shí)作為動(dòng)態(tài)壓載調(diào)平系統(tǒng)，滿足吃水要求；縱艙壁之間的艙室，從艏至艉依次被分割為艏側(cè)推兼應(yīng)急消防泵艙、艏部機(jī)艙、壓載艙、中部絞車艙、推進(jìn)器艙、艉側(cè)推艙、舵機(jī)艙、艉絞車艙等；雙層底高約2.0m，雙層底由艉部推進(jìn)器艙一直延伸至艏部防撞艙壁，主要為壓載水艙、推進(jìn)器艙和機(jī)艙；雙層底下主要為燃油溢油艙、燃油泄放艙、污滑油艙、污燃油艙、油渣艙、生活污水艙、艙底水艙、艏底壓載水艙以及各種功能艙室等。

2.3 外舾裝設(shè)計(jì)

鑒于該船的特殊功能，要求主甲板面要有足夠大的作業(yè)空間，便于貨物的運(yùn)輸及裝卸。因此，在做外舾裝設(shè)計(jì)時(shí)諸多方面需要考慮。

2.3.1 系泊系統(tǒng)

考慮到甲板面上不能設(shè)置固定設(shè)備，艉部系泊系統(tǒng)布置在主甲板以下的艉絞車艙里（見圖5），艉部和舷側(cè)出繩，航行時(shí)出繩口設(shè)置風(fēng)雨密風(fēng)暴蓋，滿足系泊和破損穩(wěn)性的要求。

主甲板兩舷設(shè)置4對(duì)帶纜樁（見圖6），主要布置在甲板舷邊深度為1.5m的凹陷結(jié)構(gòu)內(nèi)，帶纜樁旁設(shè)置直梯，便于人員出入進(jìn)行操作。當(dāng)運(yùn)輸大件貨物時(shí)，此結(jié)構(gòu)上方設(shè)置帶支撐的蓋板，以解決貨物支承點(diǎn)落在此凹陷結(jié)構(gòu)上的問題。

2.3.2 舵系統(tǒng)

由于需要具有較好的低速操縱性、回轉(zhuǎn)性及航向穩(wěn)定性，常規(guī)舵不能滿足實(shí)際航行要求。因此，考慮選擇襟翼舵或者吊艙式推進(jìn)器。

襟翼舵在相同操縱性要求下，所需要的舵面積小、回轉(zhuǎn)直徑較小、在低速和小角度下具有較好的舵效、應(yīng)舵速度較快、航向穩(wěn)定性好且性價(jià)比較高。

所以在艉部設(shè)置2套襟翼舵，布置在螺旋槳后面艉流內(nèi)。與艏、艉側(cè)推、主推進(jìn)器共同滿足船舶航行及DP-1定位要求。

2.3.3 螺旋槳

螺旋槳采用的理論設(shè)計(jì)方法是基于美國(guó)麻省理工學(xué)院Kerwin教授的螺旋槳數(shù)值升力面理論，稱之為數(shù)值升力面方法或窩格法。應(yīng)用自行開發(fā)、并經(jīng)多年實(shí)踐考驗(yàn)的螺旋槳設(shè)計(jì)程序包設(shè)計(jì)的適伴流螺旋槳（見圖7），可對(duì)包括槳葉效率、空泡和強(qiáng)度等作全面的設(shè)計(jì)質(zhì)量分析。

該適伴流螺旋槳的效率相比于MAU圖譜槳的效率大約可提高2%。

圖5 艉絞車艙布置

圖6 舷側(cè)帶纜設(shè)備

圖7 適伴流螺旋槳

2.3.4 聲光信號(hào)

該船上層建筑設(shè)置在艏部艏樓甲板上，雷達(dá)桅布置在上層建筑頂部，羅經(jīng)甲板上，前桅布置在羅經(jīng)甲板前端。前桅燈與后桅燈間間距不能滿足《國(guó)際海上避碰規(guī)則》所要求的大于L/2的要求，需要豁免。艉旗桿布置在主甲板艉部靠舷側(cè)的部分，設(shè)計(jì)為可倒、可拆卸式以適應(yīng)裝貨、運(yùn)輸?shù)男枰?/p>

2.3.5 側(cè)推布置

艏部設(shè)置兩臺(tái)2000kW管隧式側(cè)推器，艉部呆木處設(shè)置一臺(tái)2500kW管隧式側(cè)推器，能夠在環(huán)境條件：浪高2m，流速2kn，風(fēng)速16.8m/s下自動(dòng)保持船舶的位置和艏向，滿足DP-1定位要求。

3 結(jié) 語

近年來，隨著重型大件運(yùn)輸業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，大件運(yùn)輸業(yè)務(wù)的增加，需要對(duì)大件運(yùn)輸船的穩(wěn)性衡準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、局部強(qiáng)度、裝卸條件、綁扎技術(shù)等進(jìn)行系統(tǒng)研究；以特殊裝備運(yùn)輸需求為導(dǎo)向，進(jìn)一步探索開發(fā)適應(yīng)性更強(qiáng)的大件運(yùn)輸新船型，以適應(yīng)不斷大型化、特殊化和不斷增加的大件運(yùn)輸業(yè)務(wù)[5]。

[1] 蘇晨. 大件運(yùn)輸船舶發(fā)展現(xiàn)狀與動(dòng)態(tài)[J]. 船舶工程，2012 (3): 1-2.

[2] 衛(wèi)家駿. 重大件運(yùn)輸專用船舶及其貨運(yùn)技術(shù)[J]. 世界海運(yùn)，2002 (4): 11-12.

[3] 《鋼制海船入級(jí)規(guī)范》[S]. 2012.

[4] 《國(guó)際海上人命安全公約》SOLAS[S]. 2009.

[5] 賀才偉. 我國(guó)大件運(yùn)輸現(xiàn)狀[J]. 大科技，2013 (19): 145 -146.