制約舟山特定航線江海通航20000DWT散貨船經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵技術(shù)

李建新 林勇

摘 要：改善船舶經(jīng)濟(jì)性最顯見(jiàn)效果的方法是減小船舶干舷。本文對(duì)影響舟山特定航線江海通航20000DWT散貨船最小干舷的幾個(gè)關(guān)鍵因素加以研究，給出了通過(guò)甲板上浪耐波性水池模型試驗(yàn)確定形狀干舷的方法，并對(duì)模型試驗(yàn)存在的問(wèn)題，提出了解決對(duì)策。

關(guān)鍵詞：船舶經(jīng)濟(jì)性；形狀干舷；江海通航

中圖分類號(hào)：U674.13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2016）08-0054-02

改善船舶經(jīng)濟(jì)性最顯見(jiàn)效果的方法是減小干舷增加吃水，繼而增加船舶載貨量。現(xiàn)行的船舶技術(shù)法規(guī)要求江海通航船舶按照較高級(jí)別的航區(qū)計(jì)算干舷，即按海船的要求計(jì)算船舶干舷，顯然不能令船東滿意。本文通過(guò)對(duì)舟山特定航線江海通航20000DWT散貨船干舷主要因素的研究，提出核定船舶干舷的新思路，有望顯著提升船舶經(jīng)濟(jì)性。

1 船型概況及江海干舷比較

本文研究的舟山至長(zhǎng)江江海通航驗(yàn)證船為20000DWT散貨船，主尺度為：兩柱間長(zhǎng)Lpp=149.80m、型深D=11.80m、型寬B=24.00m，設(shè)計(jì)吃水d=8.70m（B-60型干舷），設(shè)置三個(gè)貨艙。此船型按內(nèi)河A級(jí)航區(qū)B型船校核干舷為1.012m，按遮蔽航區(qū)B-60型船校核干舷為3.112m，兩者干舷差為2.10m，對(duì)應(yīng)載貨量差值為7271噸。

2 干舷影響因素分析

按現(xiàn)行船舶技術(shù)法規(guī)，船舶最小干舷由以下三方面決定：即強(qiáng)度干舷、穩(wěn)性干舷、形狀干舷，取三者要求的最大值作為最小干舷值。下面以驗(yàn)證船為例，就影響干舷的相關(guān)要素加以研究（初步論證干舷取為1.812m）。

2.1 強(qiáng)度干舷

總縱強(qiáng)度的計(jì)算工況包括了均勻滿載出港（d=10m）、到港工況，壓載出港、到港工況。各工況靜水剪力、彎矩均不超過(guò)許用靜水剪力、彎矩值。最大的靜水彎矩值出現(xiàn)在壓載出港工況FR109，占許用靜水彎矩值的81%。最大的靜水切力值出現(xiàn)在滿載到港工況FR37，占許用靜水切力值的89.9%。

實(shí)船可要求船舶配置裝載儀，掌控每一航程的實(shí)船總縱強(qiáng)度。

以上分析證明，強(qiáng)度干舷取至1.812m是可行的。

2.2 穩(wěn)性干舷

穩(wěn)性干舷由完整穩(wěn)性和破損穩(wěn)性兩方面組成。

2.2.1 完整穩(wěn)性

按《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（2011）近海航區(qū)滿載工況（d=10m）計(jì)算完整穩(wěn)性衡準(zhǔn)系數(shù)K=lq/lf=131，可富裕滿足。

2.2.2 破損穩(wěn)性

（1）按《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（2011）B型船概率法校核破損穩(wěn)性。經(jīng)計(jì)算，最深吃水10m時(shí)分艙指數(shù)實(shí)際值A(chǔ)（=0.5349）>分艙指數(shù)要求值R（=0.5198），可以滿足概率法破損穩(wěn)性衡準(zhǔn)要求。

（2）貨艙區(qū)域采用了雙底雙舷側(cè)結(jié)構(gòu)。按貨艙區(qū)域單獨(dú)的底部破損及舷側(cè)破損確定法計(jì)算破損穩(wěn)性，均能滿足衡準(zhǔn)要求。盡管現(xiàn)行技術(shù)法規(guī)無(wú)此要求，但從另一側(cè)面證明此船型具有足夠的抵御破損能力。

如上分析，穩(wěn)性干舷取至1.812m是可行的。

2.3 形狀干舷

形狀干舷是本船型干舷問(wèn)題的焦點(diǎn)，形狀干舷的確定主要考慮以下因素：

（1）貨艙蓋風(fēng)雨密性；

（2）人員保護(hù)；

（3）甲板上浪。

2.3.1 貨艙蓋風(fēng)雨密性

貨艙蓋風(fēng)雨密性主要取決以下三方面因素：

（1）船體貨艙口的扭轉(zhuǎn)變形；

（2）貨艙蓋撓度變形；

（3）貨艙蓋與船體的有效固定。

2.3.1.1 船體貨艙口的扭轉(zhuǎn)變形

通過(guò)對(duì)驗(yàn)證船按遠(yuǎn)海航區(qū)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下：

開(kāi)口范圍..................... 從站號(hào)2到站號(hào)8

平均扭轉(zhuǎn)角................... 0.0004118deg/m

開(kāi)口對(duì)角線伸長(zhǎng)............... 0.7 mm

《國(guó)內(nèi)航行海船建造規(guī)范》（2015）要求：強(qiáng)力甲板艙口的平均扭轉(zhuǎn)角一般不超過(guò)0.006度/m，強(qiáng)力甲板艙口為對(duì)角線伸長(zhǎng)一般不超過(guò)35mm。扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算表明，貨艙口變形量在《國(guó)內(nèi)航行海船建造規(guī)范》（2015）允許范圍內(nèi)，且船體貨艙口的扭轉(zhuǎn)變形遠(yuǎn)小于允許值。

2.3.1.2 貨艙蓋撓度變形

《國(guó)內(nèi)航行海船建造規(guī)范》（2015）對(duì)甲板上浪均布載荷引起的艙蓋撓度變形不作要求，認(rèn)為變形是可忽略的。為安全起見(jiàn)，可進(jìn)一步通過(guò)有限元建模計(jì)算艙口蓋的撓度變形。

2.3.1.3 貨艙蓋與船體的有效固定

散貨船艙口蓋可按國(guó)際航行無(wú)限航區(qū)散貨船艙口蓋要求設(shè)置橫向限位裝置、縱向限位裝置、下壓式壓緊器裝置，此套裝置為成熟技術(shù)，已為實(shí)船廣泛驗(yàn)證，可確保惡劣海況下能承受由于船體變形所引起的艙口蓋與艙口圍板間的相對(duì)位移。

為安全起見(jiàn)，可進(jìn)一步參照船長(zhǎng)150m以上國(guó)際航行散貨船要求，設(shè)置貨艙進(jìn)水報(bào)警裝置。

如上分析，貨艙蓋的風(fēng)雨密性可以得到有效保證。

2.3.2 人員保護(hù)

可在貨艙區(qū)域舷側(cè)頂邊艙設(shè)置船員通道解決人員保護(hù)問(wèn)題，并在頂邊艙水密艙壁處設(shè)置水密門，駕駛室顯示水密門的開(kāi)閉狀態(tài)。可保證惡劣海況下船員可安全到達(dá)船首部進(jìn)行作業(yè)。

2.3.3 甲板上浪

甲板上浪排除的及時(shí)性和有效性可通過(guò)耐波性水池模型試驗(yàn)加以確定。

2.3.3.1 船型優(yōu)化

對(duì)20000DWT驗(yàn)證船船型進(jìn)一步優(yōu)化。去除尾部主甲板外走道，改為尾樓結(jié)構(gòu)型式，可減小45度尾斜浪工況下甲板上浪。首樓在滿足駕駛可視范圍條件下盡可能升高，并使首樓線型作外飄處理，以減小迎浪及45度首斜浪工況下甲板上浪。必要時(shí)，可將尾駕駛設(shè)置改為首駕駛室，進(jìn)一步改善首部上浪狀況。

2.3.3.2 上浪試驗(yàn)的多方案比選

通常甲板上浪耐波性水池模型試驗(yàn)可考慮以下多方案比較，選優(yōu)確定最佳方案。

<方案1>參考液貨船在干舷甲板兩側(cè)設(shè)置欄桿，可使上浪快速?gòu)膬上吓懦以谪浥搮^(qū)干舷甲板兩側(cè)設(shè)置甲板排水管，對(duì)應(yīng)排水口設(shè)置獨(dú)立的自動(dòng)止回閥。由于液貨船甲板上浪已經(jīng)過(guò)了實(shí)船驗(yàn)證，因而從類推角度出發(fā)，達(dá)到液貨船（A型）2.5m干舷是完全可期的，可比現(xiàn)驗(yàn)證船（B-60干舷）增加2056噸載貨量。

<方案2>在干舷甲板兩舷設(shè)置下半部分欄桿，上半部分舷墻的混合結(jié)構(gòu)，舷墻的高度可高出主甲板1.2m左右，欄桿與舷墻的高度比例可另作多方案比較。并在貨艙區(qū)干舷甲板兩舷設(shè)置甲板排水管，對(duì)應(yīng)排水口設(shè)置獨(dú)立自動(dòng)止回閥。在尾樓和第三貨艙間的FR36- FR37主甲板區(qū)設(shè)置兩個(gè)5立方左右的排水阱，將干舷甲板出現(xiàn)的冗余積水用泵動(dòng)力排出舷外。

若通過(guò)上浪耐波性試驗(yàn)證明驗(yàn)證船形狀干舷取至1.80m可行，可比現(xiàn)B-60干舷時(shí)增加4478噸載貨量，即增加21.5%載貨量。

2.3.3.3 存在的問(wèn)題

現(xiàn)階段存在的突出問(wèn)題是：目前國(guó)內(nèi)外沒(méi)有甲板上浪耐波性試驗(yàn)衡準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，諸如甲板上浪允許的船舶升沉數(shù)據(jù)，甲板上浪允許的頻率及上浪允許的排除時(shí)間等，這方面的試驗(yàn)衡準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)是個(gè)空白，需要作進(jìn)一步的研究。

2.3.3.4 解決措施

一種較為可行的辦法是：首先將按B-60校核干舷（干舷取為3.112m對(duì)應(yīng)船模縮小比例的數(shù)據(jù)）的驗(yàn)證船船模，按遠(yuǎn)海航區(qū)30年一遇波浪進(jìn)行加載，做甲板上浪耐波性試驗(yàn)，得到上浪試驗(yàn)的相應(yīng)數(shù)據(jù)，作為后續(xù)江海通航船的試驗(yàn)衡準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。再將已掌握的舟山至長(zhǎng)江口波浪加載至目標(biāo)船模（干舷取為1.812、2.112、2.412m等一組對(duì)應(yīng)船模縮小比例的數(shù)據(jù)）， 做甲板上浪耐波性試驗(yàn)，得到上浪的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。因前者已為實(shí)船廣泛證明是安全的，將后者船舶升沉、甲板上浪頻率及上浪排除時(shí)間等試驗(yàn)數(shù)據(jù)與前者進(jìn)行比對(duì)，確定兩組試驗(yàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)相近時(shí)的干舷值作為此江海通航船型的形狀干舷值。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，最小干舷是影響船舶經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素。通過(guò)分析論證，證明形狀干舷是本船型最小干舷的決定因素。形狀干舷可以通過(guò)甲板上浪耐波性水池模型試驗(yàn)加以確定，試驗(yàn)衡準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)可通過(guò)將遠(yuǎn)海航區(qū)同型船與特定航線江海通航船舶上浪耐波性水池試驗(yàn)類比方法加以解決，從而打通船舶經(jīng)濟(jì)性遭遇的技術(shù)瓶頸，使江海通航散貨船的經(jīng)濟(jì)性取得突破性提升。

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