破損部位裝載方式對破艙穩性的影響*

郝寨柳　劉祖源　程細得　詹成勝

(武漢理工大學交通學院　武漢　430063)

破損部位裝載方式對破艙穩性的影響*

郝寨柳劉祖源程細得詹成勝

(武漢理工大學交通學院武漢430063)

摘要：船舶破損后，大部分不會馬上傾覆，但其穩性卻會惡化.為了得到破損部位及裝載方式對破艙穩性的影響，按照自由縱傾方式，采用增加重量法，應用NAPA軟件計算完整船舶和不同破損位置的破損船舶在不同載況和裝載方式下的浮態、穩性及破艙穩性，對典型破損船舶進行調平處理，計算調平后的浮態和破艙穩性.結果表明，可以通過避開不利的破損部位或者選取合理的調平方式來改善破艙穩性.

關鍵詞：破損船舶；NAPA；破艙穩性；調平

郝寨柳(1984- )：男，博士生，主要研究領域為船舶水動力性能計算

0引言

隨著世界航運量的擴大，單船噸位越來越大，航運越來越擁擠，船舶碰撞、擱淺等事故時有發生，導致人民生命和財產的重大損失.船舶事故發生后，大部分破損船舶不會馬上傾覆，但其穩性卻由于受損而惡化，在同樣航行環境下，完整船舶可以正常航行，受損船舶卻可能會沉沒.本文應用NAPA軟件建立29 000 t油船模型，在滿載和3種壓載載況下，針對首部破損、中部破損、尾部破損分別進行計算比較，并選擇其中3種典型狀態進行調平處理.本文目的在于得到破損部位、裝載方式對破艙穩性的影響.

1計算原理

利用NAPA軟件進行計算，按照“自由縱傾”方式，考慮縱傾對穩性的影響，采用三維方法來確定船舶的浮態和總復原力臂[1-2].

1.1完整船舶穩性計算

浮態計算要求重心和浮心在同一垂直線上[3].

(1)

1.2破損船舶穩性計算

破損穩性的計算主要有損失浮力法和增加重量法.本文采用增加重量法進行計算，即把破艙后進入艙內的水看成是增加的液體重量，然后計算相應浮態及破艙穩性.

2計算模型建立

計算模型為29 000 t油船，主尺度及船型系數見表1.

表1　計算船舶主尺度及船型系數

船舶總布置見圖1.

圖1　船舶總布置

計算過程中使用4種不同載況，分別為滿載出港(下文簡稱滿載)、壓載出港(下文簡稱壓載)、壓載1載況和壓載2載況.其中，壓載1和壓載2浮態基本相同，為極限情況下的載況.按照《鋼質海船入級規范2006》[8]，具體裝載方式為：滿載時全部貨艙達到最大裝載容積；壓載裝滿全部舷邊壓載艙和部分裝載首壓載艙；壓載1裝滿全部舷邊壓載艙和部分裝載第1貨艙(左)(右)；壓載2裝滿全部舷邊壓載艙和部分裝載第2貨艙(左)(右).

計算船舶破損狀態分為3種，分別為：(1)首部進水，第1貨艙(右)、第1壓載艙(右)；(2)中部進水，第4貨艙(右)、第4壓載艙(右)；(3)尾部進水，第7貨艙(右)、第7壓載艙(右).在計算過程中，3種不同狀態的破損進行如下處理：破損艙室為第三類艙室；假定所載液體從破損艙室完全流失，并由海水替代至最后平衡時的水線面；破損艙室共用同一自由液面.

3計算結果及分析

3.1計算結果

穩性、破艙穩性的計算結果見表2～3.

表2　穩性破艙穩性計算結果

注：滿載(壓載)表示完整船舶的滿載(壓載)狀態，滿載(壓載)首部(中部、尾部)表示滿載(壓載)載況下船舶的首部(中部、尾部)破損狀態.

表3　穩性破艙穩性計算結果

3.2計算結果分析

1) 4種不同載況穩性和破艙穩性比較對于滿載狀況，首中尾破損后破艙穩性差別較小，但對于小角度傾斜，尾部破損時穩性損失要多一些；對于壓載狀況，小角度傾斜時，尾部破損穩性損失比較明顯；對于壓載1狀況，首部破損后破艙穩性較差；對于壓載2狀況，當傾斜角度較大時，尾部破損復原力臂較小.

因此，載況不同時，不同位置破損后破艙穩性各不相同，對船體保護的側重點要相應改變，就計算船舶而言，壓載航行時，需重點保護船體的尾部.在破損不可避免的情況下，應選擇合理操作方式以盡可能獲得較為合理的破損部位，來減小穩性損失.

2) 不同裝載方式、相同浮態的計算結果比較壓載1和壓載2首部破損后的破艙穩性不同；壓載1和壓載2尾部破損后的破艙穩性也不同.因此：船舶上不同位置的結構強度有所不同，其破損概率也存在差異，針對具體載況，要選取相應的裝載方式.就計算船舶而言，首部破損后壓載2的破艙穩性明顯優于壓載1狀態，在首部破損概率較大情況下選用壓載2狀態比較合適.同理，尾部破損概率較大情況下，壓載1狀態比較合適.

將壓載1和壓載2的完整穩性進行比較，同時將他們在中部破損(進出水情況相同)條件下的破艙穩性進行比較，可以得出：對于浮態相同進出水相同的2種裝載方式，在忽略自由液面修正的情況下，破損前后的浮態完整穩性破艙穩性都相同；在正常情況下，破損前后的浮態完整穩性破艙穩性會由于自由液面修正不同而產生一定差異.因此，在相同浮態下，能夠保證進出水相同時，應采用自由液面較小的裝載方式.對于船舶調平，進出水發生在調平之前，因此，浮態相同的調平方式之間，進出水相同，自由液面修正較小的調平方式其破艙穩性較小；在自由液面影響可以忽略的條件下，可以考慮采用對船舶其他性能、結構等更為有利的調平.

3.3調平對破艙穩性的影響

本文分別對滿載尾部破損、壓載尾部破損、壓載1首部破損進行調平.調平方法為在艙室中注入一定量的壓載水.注入壓載水的艙室分別為：滿載尾部調平為第4壓載艙(左)，壓載尾部調平為第1貨艙(左)，壓載1首部調平為第2貨艙(右).

3種載況調平前后破艙穩性計算結果比較見圖2～4.

圖2　滿載尾部破損調平比較

對于壓載尾部和壓載1首部調平，以甲板邊線為邊界計算，2種浮態的進水角都在30°附近，可認為調平后的破艙穩性要優于調平前.在小傾角情況下，3種調平結果都比較理想.雖然調平會增加平均吃水，但是得到了較好的橫傾和縱傾狀態，破艙穩性也得到了提高，尤其是滿載尾部調平，調平后破艙穩性有了較大的改善.

圖3　壓載尾部破損調平比較

圖4　壓載1首部破損調平比較

4結論

1) 載況固定，在破損不可避免的情況下，應選擇合理操縱方式以盡可能避開最不利的破損部位，來減小穩性損失.

2) 船舶破損后采用一定的調平措施可以有效改善船舶的穩性.

3) 調平時，在自由液面影響較小的情況下，浮態相同的調平方式對破艙穩性沒有影響，可以考慮采用對船舶其他性能、結構等更為有利的調平方式.

參 考 文 獻

[1]Napa Oy Ltd.Introduction to NAPA second edition[M].Helsinki:Yleisj?ljenn?s,2002.

[2]趙曉非,蔡偉科.船舶穩性計算優化方法研究[J].中國造船,1987(2):30-41.

[3]盛振邦,劉應中.船舶原理上冊[M].上海:上海交通大學出版社,2003.

[4]IMO.SLF 53/wp.7.Guidelines for verification of damage stability requirements for tankers and bulk carrier[S].IMO， 2011.

[5]IMO.SLF 53/INF.9.Revised Guidelines for scope of damage stability verification on new oil tankers,chemical tankers and gas carriers[S].IMO，2011.

[6]孫曉東,姜廣煜,嚴傳續.液貨船實際營運工況的破艙穩性研究[J].船舶工程,2013,35(6):24-26, 39.

[7]楊澤宇,喬紅宇.基于InTouch的船舶壓載水監控系統[J].中國造船,2010,51(3):185-190.

[8]中國船級社.鋼質海船入級規范:2006[S].北京:人民交通出版社,2006.

中圖法分類號：U661.2+3

doi:10.3963/j.issn.2095-3844.2015.01.010

收稿日期：2014-11-18

Influence of the Damage Position and
Loading Conditions on Damage Stability

HAO Zhailiu LIU Zuyuan CHENG Xide ZHAN Chengsheng

(SchoolofTransportantion,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430063,China)

Abstract：Most of the ships do not capsize at once after damage,but their stability will deteriorate.In order to get the influence of the damage positions and loading conditions on damage stability,according to the free trim and the added weight method,applying NAPA,the floating state,stability and damage stability of the intact ships and damage ships with different damage positions in different loading conditions have been calculated.After that,some typical damage ships have been leveled, and the floating state and damage stability of the leveled ships have been calculated. The results indicate that avoiding the disadvantage damage positions or selecting reasonable leveling is able to improve the damage stability.

Key words：damage ship；NAPA；damage stability；leveling

*國家自然科學基金項目資助(批準號：100772139)