，，

(中海油田服務(wù)股份有限公司，北京 101149;2.上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海 200032)

8 000 HP(5 920 kW)深水三用工作船是上海船舶研究設(shè)計(jì)院于2010年為中海油服船舶事業(yè)部設(shè)計(jì)的一型三用工作船，該船的研究設(shè)計(jì)工作是在總結(jié)以往三用船型的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，消化吸收國內(nèi)外優(yōu)秀船型的優(yōu)點(diǎn)，并根據(jù)船東提出的“設(shè)計(jì)任務(wù)書”的具體要求而進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。該船為海洋石油鉆井平臺(tái)作業(yè)及開發(fā)生產(chǎn)提供服務(wù)，能拖曳海洋石油鉆井平臺(tái)和工程作業(yè)船舶；給鋪管船、起重船等進(jìn)行拋起錨作業(yè)；能為海上平臺(tái)供應(yīng)多種甲板貨和液貨；能進(jìn)行守護(hù)值班和營救作業(yè)，可搭載獲救人員100人；具有對(duì)儲(chǔ)油船及提油船進(jìn)行拖帶、頂推和撈取油管作業(yè)，協(xié)助其進(jìn)行提油作業(yè)。

本船航行于無限航區(qū)，滿足中國船級(jí)社(CCS)和中國海洋石油總公司對(duì)遠(yuǎn)洋拖船、供應(yīng)船、拋起錨船和油田守護(hù)船的有關(guān)要求和規(guī)定，其效果見圖1。

圖1 8 000 HP深水三用工作船外觀效果

1 船舶基本概況

1.1 船型和船級(jí)

該船為全焊接式鋼質(zhì)船體，橫骨架式，具有一層連續(xù)主甲板。主甲板上設(shè)有一層長(zhǎng)艏樓和一層短艏樓，第二艏樓甲板上設(shè)有三層甲板室，主甲板下設(shè)雙層底和局部平臺(tái)甲板，機(jī)艙區(qū)域?yàn)殡p底雙殼。

該船采用四機(jī)、雙導(dǎo)管可調(diào)槳推進(jìn)形式，設(shè)雙流線型懸掛式襟翼舵，海馬型球鼻艏，前傾式船艏，方形圓角/巡洋艦式船艉，在船艏、艉設(shè)有管狀式側(cè)推裝置，船艉設(shè)有艉滾筒，配備一臺(tái)2 500 kN雙卷筒液壓拖纜機(jī)，長(zhǎng)艏樓后的主甲板設(shè)有甲板載貨區(qū)和作業(yè)區(qū)。

該船(包括船體、輪機(jī)、電氣及特種設(shè)備等)均按中國船級(jí)社(CCS)現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)則進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造和受之檢驗(yàn)，并取得下列船級(jí)符號(hào)。

①CSA Offshore Tug / Supply Ship，Stand-By Ship，Anchor Handling，Ice Class B，In-Water Survey；

②CSM AUT-0。

1.2 主要要素及總圖

該船主要要素見表1，總布置圖見圖2。

2 主要作業(yè)功能

2.1 供應(yīng)作業(yè)功能

2.1.1 甲板貨供應(yīng)

該船主甲板中后部設(shè)有甲板載貨區(qū)域和作業(yè)區(qū)域，區(qū)域尺寸：長(zhǎng)×寬=38 m×12.8 m，總面積約為480 m2。該區(qū)域兩舷設(shè)置2 000 mm高擋貨欄桿，中間鋪80 mm厚的防腐梢木木甲板，可裝載鉆井物資和材料、鉆井鋼管、鉆桿、平臺(tái)生活用品等甲板貨750 t。甲板均布負(fù)載按50 kN/m2(距艉端10 m范圍內(nèi)100 kN/m2)設(shè)計(jì)。在載貨區(qū)前部設(shè)置2臺(tái)100 kN臥式液壓移貨絞車，對(duì)貨物進(jìn)行管理和綁扎。

表1 主要技術(shù)要素

圖2 總布置圖

2.1.2 液貨供應(yīng)

該船可向平臺(tái)供應(yīng)鉆井淡水、淡水、鉆井泥漿、鹽水、柴油、散裝水泥、重晶石、土粉等。該船配置了多臺(tái)大排量對(duì)外供應(yīng)液貨泵和管路系統(tǒng)。

隨著海洋平臺(tái)物資供應(yīng)需求的不斷增長(zhǎng)，國際海事組織為近海供應(yīng)船運(yùn)載危險(xiǎn)液貨制定了規(guī)則。本船滿足經(jīng)MSC.236(82)和MEPC.158(55)決議修正的IMO A673(16)號(hào)決議——《近海供應(yīng)船散裝運(yùn)輸和裝卸有限數(shù)量有害有毒液體物資指南》的要求，該決議適用于2006年12月1日或之后安放龍骨的所有近海供應(yīng)船。 本船所裝鉆井泥漿和鹽水屬于該指南附錄1允許載運(yùn)產(chǎn)品表中油基泥漿、水基泥漿和鉆井鹽水，其閃點(diǎn)大于60 ℃，屬于不可燃液貨。該船鉆井泥漿艙以及清洗污水艙與船殼板之間具有大于760 mm的間隔。泥漿艙和鹽水艙的艙底污水系統(tǒng)與船用排水系統(tǒng)獨(dú)立分開。此外，該船到貨物區(qū)域內(nèi)處所的出入口符合國際散裝化學(xué)品規(guī)則的要求。該船可以取得《近海供應(yīng)船散裝運(yùn)輸有限數(shù)量有毒有害液體物資適裝證書》。

該船燃油艙總?cè)莘e為755 m3，燃油艙與船體外殼距離滿足IMO MARPOL公約的要求：“如果燃油艙總艙容超過600 m3，則該船燃油艙必須設(shè)置雙殼保護(hù)?！?/p>

2.2 海上拖帶作業(yè)功能

該船在主甲板上設(shè)置一臺(tái)2 500 kN的雙卷筒液壓拖纜機(jī)，供拖帶使用。該船能夠拖曳海洋石油鉆井平臺(tái)、大型起重船、大型下水駁船和工程作業(yè)船舶。該船在主甲板上中后部船中心線處設(shè)有可拆式拖曳限位眼板一個(gè)，拖纜機(jī)的主拖纜穿過拖曳眼環(huán)后進(jìn)行拖帶作業(yè)，當(dāng)不執(zhí)行拖帶作業(yè)時(shí)，可將此拖曳眼板拆移存放。

2.3 拋起錨作業(yè)功能

該船在主甲板上設(shè)一臺(tái)2 500 kN的雙卷筒液壓拖纜機(jī)，高低布置雙卷筒，拖纜機(jī)工作負(fù)載2 500 kN(第一層)，每個(gè)卷筒容繩直徑×長(zhǎng)度=70 mm×1 500 m，主拖纜破斷負(fù)荷2 700 kN,拖纜機(jī)可在駕駛室后駕控臺(tái)上遙控操縱，也可在機(jī)旁操縱，拖纜機(jī)能用于海上拖航作業(yè)和起拋錨作業(yè)。

在主甲板艉部設(shè)一套升降型組合式液壓鯊魚鉗/擋纜樁裝置，安全工作負(fù)載3 500 kN，適用鏈索直徑50～102 mm，液壓擋纜樁安全工作負(fù)載為1 500 kN，鯊魚鉗和擋纜樁在工作時(shí)伸出甲板。在船艉端設(shè)一臥式圓筒形艉滾筒，工作直徑×長(zhǎng)度=2.4 m×5.4 m，安全工作負(fù)荷3 500 kN。在艉部的液壓鯊魚鉗/擋纜樁和艉滾筒之間的鋼甲板作特別加厚處理，并在艉部與艉滾筒連接的主甲板中間設(shè)置與艉滾筒工作寬度相適應(yīng)的木甲板夾層鋼板滑道[1]，鋼板滑道寬4.8 m，鋼板滑道上表面鋼板與木甲板的鋼質(zhì)壓板平。使船舶能方便地為海上石油平臺(tái)提供快速高效的拋起錨作業(yè)服務(wù)。

深水拋起錨設(shè)施布置圖見圖3。

圖3 深水拋起錨設(shè)施布置示意

2.4 油田守護(hù)作業(yè)功能

該船具有油田守護(hù)值班和營救作業(yè)能力，可搭載獲救人員100人。在主甲板中后部設(shè)置營救作業(yè)區(qū)，并設(shè)置直升機(jī)懸停區(qū)，寬敞的甲板面積適合直升機(jī)提升吊籃營救人員和接送上下班工作人員。此外，該船配備玻璃鋼高速救助工作艇，能使落水人員得到快速安全營救。

3 性能研究

3.1 快速性

該船屬于中高航速船舶，對(duì)航速要求較高，一般需要較大的船長(zhǎng)與船寬的比值。根據(jù)平臺(tái)守護(hù)和營救作業(yè)特點(diǎn)，該船的操縱性要求較高，同時(shí)為平臺(tái)供應(yīng)甲板貨750 t，對(duì)最大吃水時(shí)船舶排水量和穩(wěn)性要求較高，這就需要較小的船長(zhǎng)與船寬比值。當(dāng)同時(shí)考慮快速性、操縱性和穩(wěn)性，需要對(duì)船舶的線型進(jìn)行論證和優(yōu)化。當(dāng)船舶主尺度和主機(jī)功率一定的情況下，船舶所受阻力的大小、推進(jìn)效率高低與船舶線型設(shè)計(jì)優(yōu)劣有很大關(guān)系。因此線型設(shè)計(jì)是船舶快速性研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

利用CFD軟件計(jì)算并優(yōu)化線型，并選擇最優(yōu)線型進(jìn)行了船模試驗(yàn)。

設(shè)計(jì)狀態(tài)實(shí)船航速預(yù)估如圖4所示。當(dāng)主機(jī)功率為100%MCR，軸系效率為0.95，吃水4.8 m時(shí)，實(shí)船航速為14.81 kn[2]。

圖4 實(shí)船航速預(yù)估

對(duì)該船進(jìn)行船模伴流試驗(yàn)，軸向伴流等值線見圖5。由圖5可見，軸向伴流比較均勻，基本沒有高伴流區(qū)，伴流峰值控制在0.5之內(nèi)，雖然在靠近槳軸中心的位置有很小區(qū)域的高伴流區(qū)，由于區(qū)域較小，并且位于槳軸中心處，對(duì)艉部伴流場(chǎng)基本沒有影響。

該船艉部伴流場(chǎng)分布較均勻，不僅降低了船舶阻力，而且還改善了螺旋槳上方和前方區(qū)域的來流[3]，使螺旋槳對(duì)船體產(chǎn)生的激振力控制在較為理想的范圍內(nèi)。

圖5 軸向伴流等值線(Vs=14.81 kn)

3.2 耐波性

該船的任務(wù)之一是守護(hù)在海上石油平臺(tái)附近，即使在惡劣海況下也一樣，因此在主甲板下配備了具有減搖效果的平面被動(dòng)式減搖水艙。

高潮把自己寫的文章陸陸續(xù)續(xù)傳出去，經(jīng)常遇見對(duì)方對(duì)此根本不屑一顧，置之不理，抱著你愛咋地就咋地的態(tài)度。高潮也不是吃素的，你不理爺，爺就捅你，就把這些文章上傳到網(wǎng)站上，靜候事態(tài)的轉(zhuǎn)機(jī)。高潮倒騰了幾個(gè)月的網(wǎng)站，也沒有做成一樁交易，心中直罵自己不是做老板的料，直罵自己背后沒有依傍的大樹以拉大旗作虎皮。眼看著自己囊中羞澀，快要為吃飯發(fā)愁了，高潮不得不重新調(diào)整自己的職業(yè)規(guī)劃，決定還是出去找工作，一邊打工，一邊打理自己的網(wǎng)站。

在減搖水艙內(nèi)沿寬度方向布置兩排直徑為220 mm的圓柱作為阻尼格柵，兩排格柵橫向間距為6 700 mm。為了分析阻尼格柵密度對(duì)減搖效果的影響，減搖水艙評(píng)估計(jì)算中分析了3種格柵配置形式，減搖水艙主尺度及參數(shù)見表 2，減搖水艙隔柵配置形式見圖6。

表2 減搖水艙主尺度及參數(shù)

圖6 減搖水艙隔柵配置形式

選取典型裝載工況的減搖水艙減搖效果進(jìn)行分析，見圖7。

圖7 不同隔柵方案橫搖運(yùn)動(dòng)響應(yīng)

不同隔柵方案橫搖運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，在曲線峰值處，Config.3在大部分頻率范圍內(nèi)的RAO值均最小，Config.2次之，而Config.1最大。由此可見，3種阻尼格柵配置方案中Config.3減搖效果在大多數(shù)情況均高于Config.2，而Config.1減搖效果最差。綜合計(jì)算結(jié)果，并考慮到減搖水艙內(nèi)其它構(gòu)件(如扶強(qiáng)材等)所引起的阻尼，最終選用Config.2方案[4]。

Config.2方案的計(jì)算結(jié)果顯示，典型裝載工況的最大減搖率為34.4%。

3.3 完整穩(wěn)性

該船完整穩(wěn)性是依據(jù)IMO IS CODE 2008、國際海船法規(guī)2008年版及其修改通報(bào)的有關(guān)要求進(jìn)行穩(wěn)性核算。

1)在進(jìn)行拖帶作業(yè)時(shí)，應(yīng)滿足國內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則(2011)對(duì)拖船的要求來校核穩(wěn)性。

2)在作海上自由航行時(shí), 航行于無限航區(qū)，應(yīng)依據(jù)IMO IS CODE 2008對(duì)貨船的要求來校核穩(wěn)性。

3)在進(jìn)行海上救生作業(yè)時(shí)，搭載獲救人員100人，應(yīng)滿足海上獲救人員集中一舷的穩(wěn)性要求。

5)抗風(fēng)能力滿足12級(jí)風(fēng)穩(wěn)性要求。

6)拋起錨穩(wěn)性應(yīng)滿足CCS(2013年)通函 關(guān)于“錨操作”(anchor handling)附加標(biāo)志對(duì)穩(wěn)性要求。

3.4 破艙穩(wěn)性

1)依據(jù)IMO MSC.235(82)“近海供應(yīng)船設(shè)計(jì)和建造指南 2006”規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。

2)#24～#87雙層底延伸到舷側(cè)，其它部位的雙層底沒有延伸到舷側(cè)，根據(jù)SOLAS B-2部分第9條貨船雙層底來核算其雙層底破損情況是否滿足規(guī)范要求。

4 船員舒適度

船舶正常航行時(shí)，噪聲水平應(yīng)保持在IMO A468 (XII)決議《船上噪聲規(guī)則》推薦值范圍內(nèi)。船體艙室噪聲計(jì)算采用經(jīng)驗(yàn)公式法進(jìn)行，該方法比較簡(jiǎn)便實(shí)用，主要是根據(jù)艙室距離聲源的距離和甲層數(shù)確定噪聲的衰減量，該方法的主要內(nèi)容包括：噪聲源的確定、結(jié)構(gòu)噪聲傳播計(jì)算、空氣噪聲傳播計(jì)算、噪聲級(jí)合成等[5]。

在基本設(shè)計(jì)過程中，對(duì)船體艙室噪聲進(jìn)行計(jì)算，以便在該船設(shè)計(jì)階段了解船體艙室噪聲水平，并使之能滿足IMO決議A.468 XII的噪聲要求，船體不同區(qū)域艙室噪聲限值見表3。

表3 艙室噪聲限值 dB(A)

通過艙室噪聲計(jì)算可知，部分計(jì)算值略高于標(biāo)準(zhǔn)限值。因此，在詳細(xì)設(shè)計(jì)過程中，在主機(jī)、輔機(jī)基座四周以及艏側(cè)推槳四周敷設(shè)阻尼材料，對(duì)于平臺(tái)甲板集控室、健身房和主甲板醫(yī)務(wù)室、廚師室等艙室內(nèi)的甲板敷設(shè)阻尼材料，以達(dá)到噪聲控制的目的。

在船舶線型設(shè)計(jì)過程中，對(duì)船體艉部線型進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，艉部線型設(shè)計(jì)時(shí)增大螺旋槳與船體的間隙，使船體縱剖線曲率變化盡量緩和，避免水流分離。改善螺旋槳前方的不均勻伴流場(chǎng)，減少螺旋槳激振力。

優(yōu)化船艉附體形狀，對(duì)螺旋槳前方的人字架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，前傾10°，增加人字架與螺旋槳之間的距離，改善船艉伴流場(chǎng)，減少船體振動(dòng)。船艉附體形狀見圖8。

圖8 船艉附體形狀

依據(jù)主機(jī)、螺旋槳和艏艉側(cè)推參數(shù)進(jìn)行初步振動(dòng)估算，利用挪威船級(jí)社(DNV)的“船舶有害振動(dòng)預(yù)防指南”進(jìn)行結(jié)構(gòu)固有頻率的計(jì)算[6]。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)局部相對(duì)較弱的艙壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)。

上層建筑和甲板室的振動(dòng)與否直接關(guān)系到船舶舒適性。在進(jìn)行上層建筑和甲板室的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)同時(shí)計(jì)算規(guī)范強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)振動(dòng)固有頻率，確保上層建筑和甲板室結(jié)構(gòu)布置的合理性。

5 結(jié)論

1)在線型設(shè)計(jì)時(shí)，著重優(yōu)化艏部和艉部線型，利用CFD軟件進(jìn)行船舶阻力理論計(jì)算，選取最優(yōu)線型進(jìn)行船?？焖傩栽囼?yàn)和伴流試驗(yàn)。

2)船艉附體設(shè)計(jì)的優(yōu)劣在很大程度上影響船舶阻力和船艉伴流場(chǎng)，尤其是船舶艉部人字架的尺度、安裝角和位置將會(huì)直接影響船艉伴流值的大小和分布，在今后設(shè)計(jì)類似船型過程中，人字架的安裝位置應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離螺旋槳的前端，剖面形狀做成機(jī)翼形。這樣既可以減少附體阻力，也可改善船艉伴流場(chǎng)。

3)對(duì)裝載有限數(shù)量有毒液體貨品的船舶，應(yīng)滿足IMO A673(16)號(hào)決議——《近海供應(yīng)船散裝運(yùn)輸和裝卸有限數(shù)量有害有毒液體物資指南》的要求。

①對(duì)裝載有限有毒液體貨品的艙室應(yīng)與起居處所、飲用水和生活消耗品分隔開。

②到貨物區(qū)域內(nèi)處所的出入口應(yīng)符合國際散裝化學(xué)品規(guī)則的要求。

③泥漿艙和鹽水艙的艙底污水系統(tǒng)與船用排水系統(tǒng)應(yīng)獨(dú)立分開。

④貨物區(qū)域處所的通風(fēng)應(yīng)執(zhí)行國際散裝化學(xué)品規(guī)章第12章的要求。

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