4 900 t散貨船總體及結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

蔣肇曦，項國飛

(1.揚州海翔船舶科技有限公司，江蘇 揚州 225009;2.江蘇大洋海洋工程裝備有限公司，江蘇 泰州 225300)

4 900 t散貨船總體及結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

蔣肇曦1，項國飛2

(1.揚州海翔船舶科技有限公司，江蘇 揚州 225009;2.江蘇大洋海洋工程裝備有限公司，江蘇 泰州 225300)

摘要：為提高船舶在航行運營過程中的安全性，增加船體強度，同時提高裝卸貨物時的便捷性，4 900 t散貨船采用了雙底雙殼結(jié)構(gòu)，貨艙區(qū)艙口蓋為液壓折疊式并在貨艙兩端開啟。介紹了主尺度和總體布置特點，分析了主要結(jié)構(gòu)特征。該散貨船根據(jù)中國船級社的規(guī)范進(jìn)行設(shè)計，能夠滿足其中所規(guī)定的各項相關(guān)要求。

關(guān)鍵詞：散貨船；雙底雙殼；裝載重貨；總體布置；結(jié)構(gòu)設(shè)計

0引言

散貨船為避免沉沒、海難事故的發(fā)生，通常采用雙底雙殼縱骨架式結(jié)構(gòu)，對貨艙結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的加強，以改善艙蓋的密閉性，提高船舶在航行時的安全性。本文以4 900 t散貨船為研究對象，介紹了該貨船的布置形式，并分析了雙底雙殼單甲板的結(jié)構(gòu)。

1船型及主要量度

1.1船型

4 900 t散貨船主要裝載重型鋼卷板，并兼裝煤炭、礦砂等不易燃的干散雜貨，航行區(qū)域主要為境內(nèi)近海航區(qū)及沿海各大港口。本船船體結(jié)構(gòu)為鋼質(zhì)全焊接式雙殼單層甲板，艏部為球鼻艏結(jié)構(gòu)，艉部為方尾結(jié)構(gòu)；動力系統(tǒng)為柴油機驅(qū)動，采用單槳單舵推進(jìn)與操縱方式。

1.2主要量度

總長

94.80 m

水線長

91.64 m

垂線間長

89.23 m

型寬

15.80 m

型深

7.30 m

設(shè)計吃水

5.90 m

肋距

0.6 m

滿載排水量

6 672 t

設(shè)計航速

12 kn

續(xù)航能力

2 800 n mile

船員

14人

航區(qū)

近海

主機型號及數(shù)量

G8300-20B×1臺

最大持續(xù)功率

1 765 kW

額定轉(zhuǎn)速

500 r/min

2主尺度和總體布置的特點

(1)本文所研究船型主尺度較小，屬于經(jīng)濟型船舶。整船的大小與普通4 000 t散貨船差不多，兩柱間長與船體的總長之間的比值較一般船型大，達(dá)到0.941。這樣設(shè)計一方面能夠降低船體的方形系數(shù)，使得船舶在航行運營時能有效地減少阻力，提高航行時的快速性，另一方面也能有效地減少船舶運營時的成本，增加經(jīng)濟性。

(2)該船體尾部艉樓上設(shè)有3層甲板室，同時設(shè)置了艏樓結(jié)構(gòu)。各層甲板均與船體基線相互平行，其設(shè)計水線以上的船體部分及上層建筑結(jié)構(gòu)側(cè)投影的面積只有399.7 m2。這樣布置的特點是減少了本船受橫向風(fēng)的面積，大大提高了船舶航行時的安全性，同時也減少了風(fēng)阻帶來的高能耗，增加了船舶的航速。

(3)該散貨船在保證機艙、機械、艏樓以及舾裝布置合理的前提下，盡可能地增大載貨貨艙的空間。貨艙底部長度為60.6 m。2個貨艙口的開口尺寸分別為22.2 m×11.8 m和25.2 m×11.8 m，其中艙口的寬度與型寬之比為0.747，2個貨艙口的長度與貨艙底部長度之比為0.782，容積達(dá)到5 500 m3(含艙口圍板)，均比同類型船高。貨艙的開口較大能使裝卸貨物方便，減少吊機起重時對船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞。

貨艙區(qū)艙口蓋為液壓折疊式，分別在每個貨艙兩端開啟。其優(yōu)點是在船體總長不長的情況下，能有比較大的載貨空間，裝載更多貨物。

(4)該船貨艙區(qū)雙層底中部設(shè)有管弄，其高度為1.0 m，寬度為1.8 m。管弄的兩端裝有可以內(nèi)外雙向出入的水密性艙口蓋，方便船員進(jìn)出檢查。這樣布置的特點是在滿足破艙穩(wěn)性計算的情況下，便于壓載管系集中布置及操作管理，延長了管系的使用壽命，且緩解了海水對管系的腐蝕。

(5)本船由于限制總噸位GT<3 000，特將尾樓甲板設(shè)成3層甲板室，船員定額為14人。每層甲板室都是1個生活區(qū)，每個船員都有獨立的工作生活艙室，普通船員(單人間)最小居住面積為5.6 m2，高級船員(單人間)最小居住面積為6.6 m2。每個船員室均配有單人床、衣柜、座椅、書桌及書架等相關(guān)設(shè)施，保證船員在長期航行途中有著良好的生活休息空間。

(6)本船的燃油艙、輕艙柴油艙及滑油艙等均布置于機艙內(nèi)，便于集中管理，減少燃油的加熱管過長帶來的熱能損耗，其中位于機艙舷側(cè)的油艙均設(shè)有隔離空艙與船外板隔離。這樣布置的優(yōu)點為：一方面可以有效地避免船體發(fā)生碰撞時產(chǎn)生燃油泄漏所造成的環(huán)境污染，另一方面設(shè)置一些加熱油艙能夠有效保溫。

4 900 t散貨船總布置圖如圖1所示。

圖1　4 900 t散貨船總布置圖

3結(jié)構(gòu)設(shè)計特征

3.1主要結(jié)構(gòu)形式與總縱強度

本文所研究的4 900 t散貨船的主要結(jié)構(gòu)形式為雙層底雙舷側(cè)的結(jié)構(gòu)形式，貨艙區(qū)域的雙層底與內(nèi)外舷側(cè)均為縱骨架式結(jié)構(gòu)。貨艙區(qū)域設(shè)置了頂邊艙且貨艙區(qū)開口較大，屬于大開口型船舶，所以船體的總縱強度要求較高。為保證其強度要求，采取以下具體措施：

(1)該船貨艙部分區(qū)域中的頂邊艙、雙層底、舷側(cè)邊艙等采用縱骨架式布置，甲板開口間上甲板采用橫骨架式布置。典型橫剖面圖如圖2所示。

(2)考慮剖面模數(shù)對總縱強度的影響，連續(xù)構(gòu)件需要增厚板材。

經(jīng)校核計算，4 900 t散貨船船體的總縱強度能夠符合規(guī)范中的安全要求。

3.2局部強度

(1)船體主要構(gòu)件按照中國船級社《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》(2012)(簡稱“規(guī)范”)進(jìn)行設(shè)計與制造。

(2)本船主要裝載重貨(如：鋼卷及鐵礦砂)，貨艙裝載率γ=0.28 m3/t，須考慮重貨加強。由于船東長期運載鋼卷，其鋼卷直徑約為2.0 m，高度約為2.2 m，單個鋼卷重量約為28 t，為此貨艙部分區(qū)域的雙底之間最大桁材之間的距離為2.2 m，最大實肋板之間的距離為1.8 m，內(nèi)底板厚度及內(nèi)底縱骨等構(gòu)件的計算取值均滿足“規(guī)范”第2章第22節(jié)對重貨加強的相關(guān)要求。根據(jù)“規(guī)范”第8章第2節(jié)要求對貨艙區(qū)雙層進(jìn)行了有限元直接計算，計算結(jié)果滿足裝載重貨要求。

(3)冰區(qū)加強。為了滿足CCS B級冰區(qū)航行的要求，船舶縱向范圍從艏柱向后至滿載水線最大寬處，但不超0.2L(船長)。夏季淡水載重線吃水以上500 mm至船首最小吃水以下500 mm范圍內(nèi)進(jìn)行冰帶區(qū)外板的加強。在艏尖艙內(nèi)設(shè)置中間肋骨，垂直范圍為壓載水水線下1 000 mm處一直到滿載水線向上1 000 mm處的范圍內(nèi)。

(4)艏部船底砰擊加強。通過在船艏底部增設(shè)實肋板，同時對艏部船底板、平板龍骨板厚的加大，這樣可以有效抵抗船舶在航行中海水對船首底部的砰擊。

(5)艉部局部加強。該船艉部為橫骨架式，考慮到螺旋槳旋轉(zhuǎn)對上方區(qū)域的結(jié)構(gòu)帶來的砰擊，所以將船底每個肋位設(shè)置成實肋板，并在螺旋槳上方的3個肋位做阻尼材料填充，這樣可以有效降低船舶航行時螺旋槳產(chǎn)生的振動。

圖2　典型橫剖面圖

4結(jié)論

4 900 t散貨船為雙底雙殼帶頂邊艙設(shè)置的裝載重貨散貨船，裝卸貨物時方便快捷，雙底雙殼的設(shè)計在結(jié)構(gòu)受力上也可以提高船體自身橫向強度，同時也提高了破艙穩(wěn)性要求。最終的試航與實驗的結(jié)果也驗證了該散貨船具有良好的便捷性和穩(wěn)定性。

在設(shè)計貨艙區(qū)域結(jié)構(gòu)形式時，不光要考慮保證貨艙的裝卸便捷性與貨艙區(qū)的強度，還需考慮船舶的整體安全性以及船舶運營時的經(jīng)濟性能。

參考文獻(xiàn)：

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[2]中國船級社.鋼質(zhì)海船入級規(guī)則[M].北京：人民交通出版社，2012.

[3]中國船級社.國內(nèi)航行海船建造規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2012.

[4]中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計實用手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，2000.

收稿日期：2016-01-06

作者簡介：蔣肇曦(1978—)，男，助理工程師，主要從事船舶設(shè)計工作；項國飛(1968—)，男，工程師，從事船舶與海洋工程設(shè)計建造工作。

中圖分類號：U662.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A