30米級(jí)洪澤湖搜救艇設(shè)計(jì)

李小葉，張 燏

(1.江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江212003；2.江蘇省新時(shí)代船舶有限公司 船研所，江蘇 泰州 225300)

0 引言

洪澤湖為我國五大淡水湖之一, 位于江蘇省西部淮河下游,淮安、宿遷兩市境內(nèi),是淮河流域的大型水庫、航運(yùn)樞紐。洪澤湖水域每年都有不同程度的結(jié)冰,當(dāng)北方強(qiáng)冷空氣過境時(shí),湖面會(huì)出現(xiàn)封凍,在寒冷的1月～2月會(huì)發(fā)生全湖性封凍現(xiàn)象。另外,受氣象、水文等諸多條件影響,湖區(qū)易遭遇大風(fēng)大霧等極端天氣。洪澤湖水域原有的海事救助艇由于自身性能的限制,不能在惡劣天氣下及時(shí)出航,船舶事故中的船員得不到及時(shí)救助,生命和財(cái)產(chǎn)安全得不到保障，為此某地方海事局需要設(shè)計(jì)一艘能在惡劣天氣下出航施救的搜救艇,要求抗風(fēng)能力達(dá)到蒲氏10級(jí),用于洪澤湖水域惡劣天氣條件下的搶險(xiǎn)救助。

研制30米級(jí)洪澤湖搜救艇總體布置設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮在滿足使用功能的前提下減少船舶受風(fēng)面積，降低船舶重心；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足冰期航行的需要，各項(xiàng)船舶性能需要在滿足規(guī)范的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)用戶的使用需求。

1 主要技術(shù)參數(shù)

通過調(diào)研并認(rèn)真聽取海事部門的意見,明確了30米級(jí)洪澤湖搜救艇的設(shè)計(jì)要求,確定了本船主要技術(shù)參數(shù)。

總長

30.60 m

水線長

29.00 m

型寬

6.60 m

型深

2.05 m

設(shè)計(jì)吃水

1.30 m

主機(jī)功率×轉(zhuǎn)速

368 kW×1 800r/min(2臺(tái))

航速

≥25 km/h

設(shè)計(jì)航區(qū)

A級(jí)

抗風(fēng)等級(jí)(平均風(fēng)壓)

蒲氏10級(jí)

續(xù)航力

60 h

2 總體布置

30米級(jí)洪澤湖搜救艇總體布置見圖1。

2.1 主甲板以下布置

該艇主甲板以下設(shè)置5道水密橫艙壁，以橫艙壁為界共分6個(gè)區(qū)域，從艏開始依次為艏尖艙、纜索艙、半升高的船員生活區(qū)、機(jī)艙、空艙、舵機(jī)艙。機(jī)艙前部設(shè)燃油艙，裝載燃油約13 t,滿足搜救艇60 h的工作需要。纜索艙和艉空艙內(nèi)各設(shè)1個(gè)清水箱,總共裝載清水約5 t，供全船日常使用。

2.2 甲板室布置

該艇主要用于搶險(xiǎn)救助。洪澤湖區(qū)水域廣闊，常有惡劣氣候發(fā)生，因此，在滿足工作和生活需要的前提下，盡可能縮小上層甲板室，以減小受風(fēng)面積并降低重心高度。

主甲板上為一層半高的島式甲板室，依次為半升高船員室、休息室、半升高機(jī)艙棚。船員室遠(yuǎn)離機(jī)艙設(shè)置，以減弱機(jī)艙噪聲與振動(dòng)對(duì)船員室的影響。半升高的機(jī)艙棚，便于工作人員檢修維護(hù)。駕駛室設(shè)于艏部,最大限度地減少駕駛盲區(qū),保證駕駛?cè)藛T在惡劣天氣駕駛航行時(shí)具有良好的駕駛視線,提高船舶駕駛的安全性能。主甲板設(shè)有1 m寬的外走道,通往艏艉甲板區(qū)域。甲板室外壁設(shè)風(fēng)暴扶手, 方便救助人員在風(fēng)浪航行時(shí)在船側(cè)行走。艏艉設(shè)0.5 m高的舷墻,保護(hù)搜救人員的自身安全。搜救艇要具備一定的甲板操作面積,以便于救助人員在實(shí)施救助過程中安全操作。艏艉甲板區(qū)面積分別為19 m2和44 m2，主要為工作區(qū)域[1]。

圖1 30米級(jí)洪澤湖搜救艇總布置圖

2.3 護(hù)舷設(shè)置

艏部和艉部設(shè)Φ300 mm的圓筒型橡膠護(hù)舷，中部設(shè)150 mm×150 mm半圓形鋼質(zhì)護(hù)舷。鋼質(zhì)護(hù)舷間間斷各設(shè)6只D型橡膠護(hù)舷,代替常規(guī)船舶所采用的在兩側(cè)懸掛橡膠輪胎防撞的方法。這樣可以減少船舶在風(fēng)浪航行時(shí)的阻力,保證航速。

3 船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 主船體結(jié)構(gòu)

該艇結(jié)構(gòu)按照《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》(以下簡稱《內(nèi)規(guī)》)對(duì)A級(jí)航區(qū)船舶的要求設(shè)計(jì)。主船體為單底、單甲板、橫骨架式鋼結(jié)構(gòu),肋距為500 mm。全船在Fr6、Fr14、Fr34、Fr50、Fr54設(shè)5道水密橫艙壁,船底每個(gè)肋位處均設(shè)置實(shí)肋板。另外，為了增強(qiáng)船舶的航向穩(wěn)定性，在艉部船中處設(shè)置分水踵。

考慮該艇在惡劣天氣條件下?lián)岆U(xiǎn)、救助等功能需求，以及洪澤湖水域每年不同程度的結(jié)冰現(xiàn)象,搜救艇船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度除了滿足《內(nèi)規(guī)》對(duì)A級(jí)航區(qū)船舶的要求外，還需參照航行冰區(qū)船舶的要求對(duì)局部區(qū)域特別是艏部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)。

根據(jù)規(guī)范規(guī)定,航行冰區(qū)船舶船長范圍內(nèi),垂向自滿載水線上250 mm至空載水線下300 mm的舷側(cè)范圍為冰帶區(qū)。冰帶區(qū)域自船艏垂線向后1/4船長范圍內(nèi)的舷側(cè)設(shè)置中間肋骨,中間肋骨上下端分別超出冰帶區(qū)的上下緣,兩端用短縱骨固定。根據(jù)計(jì)算,本船在艏部Fr41～Fr58區(qū)域設(shè)置中間肋骨及短縱骨。冰帶區(qū)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)見圖2。

3.2 甲板室結(jié)構(gòu)

為減輕船舶重量,降低船舶重心,甲板室選用中國船級(jí)社CCS認(rèn)可的鋁合金材料,結(jié)構(gòu)形式為橫骨架式。鋼質(zhì)主船體與鋁質(zhì)上層建筑間采用經(jīng)過CCS認(rèn)可的鋁-鈦-鋼復(fù)合材料作為過渡接頭形成焊接結(jié)構(gòu)。本船選用的鋁-鈦-鋼復(fù)合材料的材料組合為3A21+TA2+CCSB,厚度組合為(8+2+14) mm,寬度為25 mm。甲板室甲板及外圍壁設(shè)縱向加強(qiáng)扁鋁，保證其強(qiáng)度。

4 船舶性能

4.1 抗風(fēng)浪能力

本船滿載航行時(shí),船舶基本平浮,略帶艉傾,平均吃水約為1.3 m,排水量約為116 t。抗10級(jí)大風(fēng)是本船的主要設(shè)計(jì)要求之一,為此主船體采用鋼質(zhì)材料,上層建筑采用鋁合金材料,在保證船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)降低船舶重心。另外, 在滿足使用要求的前提下盡可能降低甲板室的高度,減少受風(fēng)面積。經(jīng)過詳細(xì)計(jì)算,船舶穩(wěn)性衡準(zhǔn)、初穩(wěn)性高度、回航靜傾角等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足10級(jí)平均風(fēng)壓511 Pa條件下的規(guī)范相關(guān)要求。

4.2 拖帶功能

該搜救艇艉部甲板設(shè)有拖樁,便于救援過程中的拖帶,保障船舶事故中的生命和財(cái)產(chǎn)安全。拖樁深入甲板以下,與船底板、實(shí)肋板和中內(nèi)龍骨連接,最大限度保證拖樁的強(qiáng)度。拖帶過程中船舶的穩(wěn)性指標(biāo)需滿足《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》(以下簡稱《法規(guī)》)對(duì)拖船的相關(guān)要求。該船完工穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果顯示，滿載航行狀態(tài)和空載航行狀態(tài)急牽初穩(wěn)性衡準(zhǔn)值滿足《法規(guī)》要求。

4.3 冰期航行

洪澤湖水域每年都有不同程度的結(jié)冰現(xiàn)象,為實(shí)現(xiàn)冰期的救援作業(yè),搜救艇船體結(jié)構(gòu)依據(jù)《內(nèi)規(guī)》對(duì)航行冰區(qū)船舶的要求,在規(guī)范規(guī)定的冰帶區(qū)域設(shè)置中間肋骨和短縱骨,并對(duì)艏部外板在常規(guī)船板厚的基礎(chǔ)上進(jìn)行加厚，保證冰期航行時(shí)船舶強(qiáng)度。

4.4 消防作業(yè)

應(yīng)船東使用要求,該搜救艇還兼顧一定的消防救援功能。休息室頂部甲板設(shè)有1套固定式高壓水槍,水槍射程30 m,最大噴射傾側(cè)反力0.35 kN。消防水槍作業(yè)過程中會(huì)對(duì)船舶的穩(wěn)性有一定影響,作業(yè)時(shí)船舶穩(wěn)性需滿足《內(nèi)規(guī)》對(duì)消防船的要求。經(jīng)過計(jì)算,在消防水槍噴射引起的傾側(cè)力矩作用下,從復(fù)原力矩求得的靜傾角小于極限靜傾角,作業(yè)風(fēng)壓穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)大于1,各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

5 錨系設(shè)備和拖帶設(shè)備

錨系設(shè)備在滿足《內(nèi)規(guī)》要求下根據(jù)實(shí)際使用情況配備。根據(jù)規(guī)范計(jì)算，本船需要配備質(zhì)量75 kg的艏錨1只,Φ11 mm(AM1)無檔錨鏈55 m,最小破斷力34 kN的系船索2根。考慮到船舶在極端天氣下出航，結(jié)合船東使用需求，該艇實(shí)配1只型號(hào)為C150短桿霍爾錨。霍爾錨對(duì)于各種泥、砂底質(zhì)均有較好的適應(yīng)能力，且收藏方便；配Φ14 mm的無檔鍍鋅錨鏈55 m,并在艏部甲板設(shè)置1臺(tái)輕型不銹鋼立式電動(dòng)錨絞盤。跟臥式錨機(jī)相比，立式錨絞盤占用甲板面積較少，一定程度上保證救援過程中艏部甲板操作面積。船體艉部甲板設(shè)置1只拖樁,用于救援中的拖帶,并配1根Φ50 mm的錦綸繩120 m作拖索；另配1根Φ22 mm的錦綸繩60 m、2根Φ40 mm的丙綸繩各120 m作系船索。

6 艙室內(nèi)裝

船舶裝潢的總體原則是環(huán)保、美觀同時(shí)又要具有防火、保溫、降低噪聲的功能。駕駛室、休息室、居住室圍壁和天花用鋁合金輕鋼龍骨作襯料，表面貼塑鋁板，中間夾隔熱玻璃棉,地面用強(qiáng)化復(fù)合地板或甲板敷料上鋪塑膠地板。為降低噪聲，機(jī)艙四周及頂部內(nèi)襯吸音巖棉，外覆鋁質(zhì)多孔吸音板。

7 結(jié)論

與常規(guī)自航船設(shè)計(jì)相比，救助船經(jīng)常航行于極端天氣，對(duì)船舶抗風(fēng)浪能力要求比較高，同時(shí)還需兼顧一定的拖帶救援功能。本船設(shè)計(jì)過程中需重點(diǎn)考慮以下方面：

(1)設(shè)置半升高的船員室，滿足使用功能的前提下縮小甲板室，減少船舶受風(fēng)面積，同時(shí)主船體采用鋼質(zhì)材料,上層建筑采用鋁合金材料, 降低船舶重心，提高船舶抗風(fēng)浪能力，保證船舶穩(wěn)性指標(biāo)滿足10級(jí)平均風(fēng)壓511 Pa條件下規(guī)范的相關(guān)要求。

(2)艉部拖樁深入甲板以下,與船底板、實(shí)肋板和中內(nèi)龍骨牢固連接,可以保證拖樁的強(qiáng)度，便于救援過程中的安全拖帶。

(3)船艏結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部加強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)冰期的救援作業(yè)。

目前該艇已交付船東,投入使用后將承擔(dān)起洪澤湖區(qū)水上突發(fā)風(fēng)災(zāi)搜救、枯水期防堵保暢等重任,大幅度提升洪澤湖水上搜救能力。