潘生兵，程慧勇，李 亮，顧亮亮，饒勇豐，胡 冰

（金海重工設(shè)計(jì)研究院，a.開發(fā)研究所船體室；b.民品設(shè)計(jì)所船體室；c.開發(fā)研究所總體室，上海 200120）

0 引言

船舶舾裝數(shù)的計(jì)算是否合理將直接影響著系泊設(shè)備性能選擇的高低，由于外載荷（風(fēng)、浪、水流等）的種種原因，則要求系泊和錨泊設(shè)備具有足夠的安全性，系泊和錨泊安全性能又將直接引領(lǐng)著整條船舶的安全性能，由船舶舾裝數(shù)引起的船舶安全性能歷來受到造船界的極大關(guān)注。

處于錨/系泊狀態(tài)的船舶，由于受到隨機(jī)性的外載荷影響，使得船舶同樣處于不同的運(yùn)動(dòng)形式之間，各種運(yùn)動(dòng)形式的相互耦合形成了含有參數(shù)激勵(lì)的非線性動(dòng)力系統(tǒng)，這些復(fù)雜多變因素致使人們對(duì)錨/系泊參數(shù)選用依據(jù)的舾裝數(shù)的研究進(jìn)展十分緩慢。到目前為止，對(duì)舾裝數(shù)的計(jì)算，各國(guó)規(guī)范均有各自明確的定義，致使計(jì)算結(jié)果種種不一。本文作者將以實(shí)船為例，圍繞舾裝數(shù)中的規(guī)范船長(zhǎng)的選取細(xì)節(jié)展開綜合分析，提供選取依據(jù)，從而計(jì)算船舶舾裝數(shù)，進(jìn)而確定各系泊設(shè)備參數(shù)。

1 船舶舾裝數(shù)的相關(guān)參數(shù)

1.1 各參數(shù)的定義

雖然船級(jí)社的規(guī)范都有相關(guān)計(jì)算公式，但長(zhǎng)期以來各規(guī)范對(duì)舾裝數(shù)計(jì)算的許多細(xì)節(jié)卻沒有明確規(guī)定，導(dǎo)致計(jì)算方法存在差異。下面主要詳細(xì)介紹各個(gè)參數(shù)的確定原則。根據(jù)散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范要求，舾裝數(shù)計(jì)算公式[1]為：

式中，Δ為船舶結(jié)構(gòu)吃水的船舶型排水量，t；B為船寬，在船舶的最寬處，由一舷的肋骨外緣量至另一舷的肋骨外緣之間的水平距離，m；h為結(jié)構(gòu)吃水至最高層甲板室頂部的有效高度，m；A為規(guī)范船長(zhǎng)范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)吃水以上的船體部分和上層建筑以各層寬度大于B/4的甲板室的側(cè)投影面積之和，m2。其中，在計(jì)算 h時(shí)不考慮舷弧和縱傾，h按下式得出：

其中，a為船中干舷，從結(jié)構(gòu)吃水至上層甲板，m；hn為寬度大于B/4的n層上層建筑或甲板室中線處高度，寬度大于B/4的甲板室如在寬度為B/4或以下的甲板室之上，應(yīng)計(jì)入上面的甲板室而忽略下面的甲板室，應(yīng)特別注意的是最低層甲板室的 h應(yīng)在該甲板室中心線處上甲板量起，或如上甲板有局部不連續(xù)時(shí)，則自假想的甲板線量起，m。

2 船舶舾裝數(shù)的計(jì)算

各參數(shù)數(shù)字處理：尺度，如長(zhǎng)度、高度、寬度等，四舍五入至小數(shù)點(diǎn)后二位數(shù)。型排水量Δ取整數(shù)。本文以金海重工設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的81500t散貨船為基礎(chǔ)，結(jié)合散貨船共同規(guī)范（CSR），對(duì)系泊設(shè)備各參數(shù)的確定過程進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.1 船舶的主要參數(shù)

總長(zhǎng) 229.00m，結(jié)構(gòu)吃水線長(zhǎng) 229.00m，垂線間長(zhǎng)225.50m，型深20.05m，型寬32.26m，結(jié)構(gòu)吃水14.45m，設(shè)計(jì)吃水12.20m，載重量81500t，具體如圖1所示。

圖1 81500噸散貨船總布置圖

2.2 規(guī)范船長(zhǎng)的選取及側(cè)投影面積的計(jì)算

根據(jù)《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》定義，規(guī)范船長(zhǎng)L：沿設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)吃水，由首柱前緣量至舵柱后緣的長(zhǎng)度；對(duì)無舵柱的船舶，由首柱前緣量至舵桿中心線的長(zhǎng)度，但均不得小于結(jié)構(gòu)吃水總長(zhǎng)的96%，而不必大于97%；對(duì)于箱形船體，為沿結(jié)構(gòu)吃水自船首端壁前緣量至船尾端壁后緣的長(zhǎng)度m。

對(duì)規(guī)范船長(zhǎng)L的選取一直以來沒有明確的規(guī)定，規(guī)范船長(zhǎng)的直接影響著側(cè)投影面積的大小，進(jìn)而直接影響著船舶舾裝數(shù)的大小。在國(guó)內(nèi)各船廠及設(shè)計(jì)院針對(duì)規(guī)范船長(zhǎng)的選取均有各自選取法則。量取方式也各有不同。

為了保證系泊設(shè)備的安全可靠，在本文中，規(guī)范船長(zhǎng)L選取結(jié)構(gòu)吃水總長(zhǎng)的97%（最大值），即L=229000mm×97%=222130mm，且量取方法以得出最大的側(cè)投影面積為準(zhǔn)。

量取法一：以規(guī)范船長(zhǎng)L為線段，其中點(diǎn)與船舯位置對(duì)齊，沿結(jié)構(gòu)吃水線向船艏、艉方向量取L=222130mm，并計(jì)算得出側(cè)投影面積（陰影部分）A1=1320.908m2，如圖2所示。

量取法二：以艏垂線（艏柱前緣）與結(jié)構(gòu)吃水線相交處為起點(diǎn)，沿結(jié)構(gòu)吃水線向船艉方向量取L=222130mm，并計(jì)算得出側(cè)投影面積（陰影部分）A1=1326.408m2，如圖3所示。

圖3 船體結(jié)構(gòu)吃水以上側(cè)投影面積

量取法三：以結(jié)構(gòu)吃水線與船艏相交處為起點(diǎn)，向船艉方向量取L=222130mm，并計(jì)算得出側(cè)投影面積（陰影部分）A1=1330.798m2，如圖4所示。

圖4 船體結(jié)構(gòu)吃水以上側(cè)投影面積

通過以上三種量取方法分析對(duì)比，量取方法三所得的側(cè)投影面積最大，即：從結(jié)構(gòu)吃水線與船艏相交處為起點(diǎn)沿結(jié)構(gòu)吃水線向船艉方向量取結(jié)構(gòu)吃水線總長(zhǎng)的97%，這樣所得的側(cè)投影面積最大，從而所計(jì)算的舾裝數(shù)也最大，進(jìn)而所選用的系泊設(shè)備更加地安全牢靠。

2.3 型排水量確定

型排水量是用來表示船舶尺度大小的重要指標(biāo)。結(jié)構(gòu)吃水的型排水量就是結(jié)構(gòu)吃水時(shí)的型排水量。由于靜水力曲線表能表示船舶正浮狀態(tài)時(shí)的浮性要素、初穩(wěn)性要素和船型系數(shù)等，因此，通過查靜水力曲線表可知該船結(jié)構(gòu)吃水時(shí)的排水量為95047t。

2.4 確定有效高度

由規(guī)格書可知，各層甲板高度如下：上甲板到A甲板高度h1為3.2m；A甲板到B甲板的高度h2為2.8m；B甲板到C甲板的高度h3為2.8m；C甲板到D甲板的高度h4為2.8m；D甲板到駕駛甲板的高度h5為2.8m；駕駛甲板到羅經(jīng)甲板的高度h6為2.8m。

圖5 橫剖面圖

由圖5可知：上層建筑各層甲板室的寬度均超過了B/4，因此：hn=h1+h2+h3+h4+h5+h6=17.20m；船中干舷a=D-T=20.05m-14.45m=5.60m。其中，D為型深，在船長(zhǎng)中點(diǎn)處，沿船舷由平板龍骨上緣量至上層連續(xù)甲板橫梁上緣的垂直距離，需要注意的是對(duì)甲板轉(zhuǎn)角為圓弧形的船舶，則由平板龍骨上緣量至橫梁上緣延伸線與肋骨外緣延伸線的交點(diǎn)，m；T為結(jié)構(gòu)吃水，在船長(zhǎng)中點(diǎn)處，由平板龍骨上緣量至結(jié)構(gòu)吃水的垂直距離，m[2]。

因此可以確定：

2.5 確定側(cè)投影面積

側(cè)投影面積A為規(guī)范船長(zhǎng)L范圍內(nèi)，上層建筑以及各層寬度大于B/4的甲板室的側(cè)投影面積A2以及結(jié)構(gòu)吃水以上的船體部分側(cè)投影面積A1之和。規(guī)范船長(zhǎng)為：L=0.97LWL=0.97×229.00m=222.130m。由圖4和圖6可知：A1=1330.798m2，A2=236.60m2。因此：A=A1+A2=1567.398m2≈1567.40m2

2.6 舾裝數(shù)的計(jì)算

圖6 上建側(cè)投影面積

根據(jù)上述求得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，可得知該船舾裝數(shù)如下：

3 船舶錨泊、系泊參數(shù)確定

3.1 確定錨重及錨重

根據(jù)已取得的舾裝數(shù)，查表1[3]可知：該船舾裝數(shù)3600

表1 舾裝數(shù)表

根據(jù)《GB/T 549-1996 電焊錨鏈》，直徑81mm的三級(jí)電焊有檔錨鏈的最小破斷負(fù)荷PMBL=4820kN。

3.2 確定拖索及系泊索

根據(jù)已取得的舾裝數(shù)，查表2[4]及表3[5]可知：拖索鋼絲繩最小長(zhǎng)度300m，破斷負(fù)荷BL=1471kN。

據(jù)此，規(guī)格書配備1根拖索鋼絲繩，長(zhǎng)度300m，抗拉強(qiáng)度不小于1770N/mm2，6股與1纖維芯。

因表2所查出的破斷負(fù)荷是天然纖維索的破斷負(fù)荷。由于規(guī)格書要求的系泊索為聚丙烯索，屬于合成纖維索。根據(jù)鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范要求，合成纖維索破斷負(fù)荷BLS和天然纖維索破斷負(fù)荷BLN的等效公式[5]為：

式中，δ為合成纖維索破斷時(shí)的伸長(zhǎng)率，應(yīng)假定不小于30%。

因此，系船索破斷負(fù)荷 BLS≥7.4×30%×(612)8/9=665.98(kN)≈666(kN)。

根據(jù)纜繩數(shù)值表[6]，可以確定系泊索應(yīng)選直徑72mm的八股聚丙烯索。

據(jù)此，規(guī)格書配備10根，每根長(zhǎng)220m，直徑為72mm的，破斷負(fù)荷大于666kN的八股聚丙烯索。

表2 拖索和系船索

表3 鋼絲繩構(gòu)成

4 船舶錨機(jī)參數(shù)確定

4.1 錨機(jī)持續(xù)工作拉力的計(jì)算

根據(jù)規(guī)范要求，錨機(jī)應(yīng)能至少提供30min的持續(xù)拉力。由于本船選擇的錨鏈材料等級(jí)為3級(jí)（極高強(qiáng)度鋼），根據(jù)表 4[7]可知：錨機(jī)持續(xù)拉力Pc=0.0475d2=0.0475×812=312(kN)。

表4 錨機(jī)持續(xù)拉力

4.2 臨時(shí)超載能力

根據(jù)規(guī)范要求，錨機(jī)原動(dòng)機(jī)在起錨時(shí)應(yīng)有必要的臨時(shí)超載能力。臨時(shí)超載能力應(yīng)不小于持續(xù)工作拉力Pc的1.5倍，并持續(xù)至少2min。在此超載期間的速度可低于 9m/min。因此，錨機(jī)臨時(shí)超載能力PL=1.5×Pc=1.5×312=468(kN)。

4.3 起升速度

在起升錨和錨鏈時(shí)，錨鏈起升平均速度，應(yīng)不低于9m/min。該速度在全程按2節(jié)錨鏈測(cè)量。試驗(yàn)開始時(shí)，3節(jié)錨鏈（82.5m）應(yīng)完全浸沒在水中。

4.4 掣鏈器

掣鏈器應(yīng)能承受錨鏈破斷負(fù)荷80%的拉力。因此，該船所選掣鏈器的負(fù)荷Fc=0.8×PMBL=3856(kN)。

4.5 錨機(jī)剎車力

錨機(jī)剎車裝置應(yīng)能在拋錨時(shí)，足以使錨和錨鏈安全地停住。錨機(jī)與掣鏈器同時(shí)使用時(shí)，錨機(jī)剎車剎緊后應(yīng)能承受的靜拉力為所通過錨鏈的最小破斷負(fù)荷的45%，受力部件或剎車片應(yīng)無永久變形。因此，錨機(jī)剎車力FW=0.45PMBL=2169(kN)。

5 船舶系泊絞車參數(shù)確定

5.1 最小額定拉力

系泊絞車最小額定拉力應(yīng)不小于系泊索破斷負(fù)荷的22%，不大于系泊索破斷負(fù)荷的33%。因此，本 船 系 泊 絞 車 拉 力 0.22BLS≤P≤0.33BLS， 即147kN≤P≤220kN。查看 OCIMF規(guī)范[8]，本船系泊絞車?yán)Υ_定為160kN（16.32t）。

5.2 起升速度

由于系泊絞車?yán)Υ_定為160kN，根據(jù)OCIMF規(guī)范，最小額定速度應(yīng)為15m/min。無負(fù)載時(shí)，系泊絞車的起升速度應(yīng)不小于45m/min。

5.3 剎車力

系泊絞車剎車力應(yīng)為系泊索破斷負(fù)荷的 80%，故該船系泊絞車的剎車力為：0.8BLS=0.8×666=533(kN)。

6 船舶系泊設(shè)備選型

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，可以很容易地確定錨機(jī)和系泊絞車的相關(guān)參數(shù)如表5所示。

表5 錨機(jī)和系泊絞車相關(guān)參數(shù)

7 結(jié)束語

本文針對(duì)船舶舾裝數(shù)中的規(guī)范船長(zhǎng)選取法則及量取方案進(jìn)行了深入探討，并提供了筆者在船舶設(shè)計(jì)過程中的選取方案。通過實(shí)例，詳細(xì)地闡述了與散貨船系泊設(shè)備相關(guān)的各個(gè)參數(shù)的選取依據(jù)和選取方法，詳細(xì)地分析了各個(gè)參數(shù)計(jì)算過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，使設(shè)計(jì)人員可以較快地掌握計(jì)算要領(lǐng)，準(zhǔn)確確定系泊設(shè)備的各個(gè)參數(shù)。

系泊及錨泊設(shè)備是船舶舾裝專業(yè)的重點(diǎn)設(shè)備，能夠很好地掌握船舶舾裝數(shù)的計(jì)算方法，準(zhǔn)確地確定系泊設(shè)備參數(shù)，對(duì)提高設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平有著重要的意義。

[1] 中國(guó)船級(jí)社. 鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范[S]. 第7分冊(cè). 北京:人民交通出版社, 2006: 10-313.

[2] 王滇慶. 船舶舾裝數(shù)計(jì)算指南[J]. 船舶, 1997(2):29-33.

[3] 中國(guó)船級(jí)社. 鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范: 第7分冊(cè)[S]. 北京:人民交通出版社, 2006: 10-311, 312.

[4] 中國(guó)船級(jí)社. 鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范: 第7分冊(cè)[S]. 北京:人民交通出版社, 2006: 10-317.

[5] 中國(guó)船級(jí)社. 鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范: 第7分冊(cè)[S]. 北京:人民交通出版社, 2006: 10-318.

[6] OCIMF. Mooring equipment guidelines[M]. 3rdedition.2008: 120.

[7] 中國(guó)船級(jí)社. 鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范: 第7分冊(cè)[S]. 北京:人民交通出版社, 2006: 10-319.

[8] OCIMF. Mooring equipment guidelines[M]. 3rdedition.2008:155.