班業(yè)平

( 上海外高橋造船有限公司 上海201204 )

淺談大型船舶傾斜試驗的控制要點

班業(yè)平

( 上海外高橋造船有限公司 上海201204 )

船舶傾斜試驗既關(guān)系到最終是否滿足合同約定的船舶載重量指標(biāo)，也直接影響船舶的安全，是船舶設(shè)計和建造過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文中主要介紹了船舶傾斜試驗的正常程序，以及大型船舶為獲得有效傾斜試驗結(jié)果的程序和控制要點，并對某些產(chǎn)生較大偏離的試驗結(jié)果進行仔細分析，以使傾斜試驗過程合理且結(jié)果準(zhǔn)確。

傾斜試驗；穩(wěn)性；偏差分析；控制要點

引 言

船舶設(shè)計之初，設(shè)計者將根據(jù)具體情況預(yù)估船舶的質(zhì)量及質(zhì)心位置，并在此基礎(chǔ)上計算出船舶的載重量，核算船舶的穩(wěn)性。當(dāng)船舶建造完工后，必須通過傾斜試驗來確定實船的空船質(zhì)量和質(zhì)心位置等穩(wěn)性要素，以便使船長能在船舶各種營運狀態(tài)下快捷獲得船舶有關(guān)穩(wěn)性的數(shù)據(jù)，確保船舶使用時的穩(wěn)性安全［1］。

本文以某好望角型系列散貨船的傾斜試驗及空船質(zhì)量的測定為例，闡述了大型船舶的傾斜試驗及空船質(zhì)量的測定與控制。

1 船舶傾斜試驗的一般要求

船舶的傾斜試驗應(yīng)滿足的條件、要求和對其結(jié)果的評定應(yīng)符合IMO和船級社的要求及船旗國政府主管機關(guān)的要求。一般來說，傾斜試驗應(yīng)依據(jù)下述條件和步驟進行：

1.1 氣候條件和試驗環(huán)境

試驗應(yīng)在一個較好的天氣情況下進行，以確保在試驗過程中，船舶能始終保持自由浮動的狀態(tài)。如果遇大雨、大風(fēng)天氣，試驗應(yīng)延期或中止。

1.2 試驗前的組織和準(zhǔn)備

船舶應(yīng)在接近完工狀態(tài)和航行試驗前進行傾斜試驗。試驗時應(yīng)為空船狀態(tài)，清除不屬于船上的工具和物件。如實在難以達到空船狀態(tài), 可允許不超過空船排水量1%的質(zhì)量。不過，試驗所需的移動物件質(zhì)量及必要的壓載可不受上述多余質(zhì)量的限制。

所有機械、鍋爐、管路及系統(tǒng)內(nèi)的水和油應(yīng)處于工作狀態(tài), 并關(guān)好與本試驗無關(guān)的所有閥門（通海閥也應(yīng)關(guān)閉）。

為保證試驗的準(zhǔn)確性，所有的水艙及油艙應(yīng)抽空并清除殘液，以盡量減少自由液面的影響。對試驗需用的壓載水艙及允許存在的少數(shù)油艙（油柜）應(yīng)灌滿，并采取必要措施消除空間檔的氣泡。如難以灌滿，則應(yīng)進行自由液面修正［2］。

1.3 傾斜試驗的進行

（1）乘坐小艇進行船艏、船舯、船艉兩舷的水尺讀數(shù), 以準(zhǔn)確計算試驗時船舶的排水量。測量出的水尺標(biāo)志處吃水應(yīng)修正到艏艉垂線處的吃水, 同時應(yīng)測定試驗水域的水密度。

（2）觀察測量風(fēng)向、風(fēng)速、流速和周圍水面的情況，并確認(rèn)符合試驗環(huán)境條件及系泊狀態(tài)。

（3）應(yīng)保證船舶在試驗過程中處于自由浮動狀態(tài)，不致觸及任何障礙物。

（4）試驗的同時應(yīng)進行試驗誤差檢查，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1.4 計算傾斜試驗的結(jié)果

（1）根據(jù)試驗時測量得到的標(biāo)尺吃水計算出船艏、船舯、船艉的型吃水。

（2）計算試驗物質(zhì)量每次移動時的橫傾力矩。

（3）按平均法或最小二乘法求出試驗狀態(tài)的初穩(wěn)性高GM。

（4）計算傾斜試驗狀態(tài)下的排水量和船舶質(zhì)心垂向坐標(biāo)和縱向坐標(biāo)。

（5）計算船舶的多余和不足的質(zhì)量和需要重新定位質(zhì)量的質(zhì)心。

（6）計算空船排水量和質(zhì)心坐標(biāo)。

2 大型船舶傾斜試驗控制要點

中、小型船舶由于空船質(zhì)量較輕，所需移動壓載較小并采用固體質(zhì)量，因而試驗狀態(tài)較易控制。但對于大型船舶而言，所需移動壓載大并采用液體，故影響試驗結(jié)果的因素較多。以某好望角型散貨船（以下簡稱本船）為例，傾斜試驗狀態(tài)下的每厘米吃水排水量達100 t以上、排水量近50 000 t，移動質(zhì)量3 000 t以上，試驗狀態(tài)不易控制，因此，對大型船舶的傾斜試驗應(yīng)當(dāng)給予足夠重視，并重點對一些關(guān)鍵處進行必要的控制，以期獲得較理想的結(jié)果。

2.1 嚴(yán)格的氣候條件和試驗環(huán)境

惡劣的氣候條件和試驗環(huán)境將影響傾斜試驗的結(jié)果，使試驗數(shù)據(jù)失真。例如：過大的風(fēng)力將造成船舶橫傾角的過大或過小，從而導(dǎo)致船舶碰到其他物體；另外，纜繩沒有放松也將造成船舶橫傾角偏小。因此，良好的氣候條件和試驗環(huán)境是確保試驗獲得理想結(jié)果的前提。

2.2 準(zhǔn)確測量；精準(zhǔn)讀數(shù)

應(yīng)準(zhǔn)確讀取船艏、船舯和船艉兩舷的水尺讀數(shù),以及試驗水域水的密度，以便準(zhǔn)確計算試驗時船舶的排水量。

本船每厘米吃水排水量超過100 t，因此水尺讀數(shù)的誤差對船舶的排水量影響較大。按傾斜試驗所要求的條件，理想的試驗場所應(yīng)是在船塢內(nèi)，以最大限度地減少風(fēng)浪流等環(huán)境因素給試驗可能帶來的影響。但事實上，由于目前船塢非常緊張，不允許傾斜試驗在船塢內(nèi)進行，多數(shù)只是在船廠碼頭邊進行，因此，吃水的準(zhǔn)確讀取難免受到影響。僅憑借肉眼在起伏的波浪中讀數(shù)，其準(zhǔn)確性可想而知。解決這一問題的方法，可采用帶刻度的玻璃軟管靠近水尺標(biāo)志處連續(xù)多次讀數(shù)，取其平均值，以消除波浪對讀數(shù)的影響。測量試驗水域的水密度時，應(yīng)選取船艏、船舯和船艉區(qū)域足夠深度的水取樣測定，取其平均值，確保所測數(shù)據(jù)的真實可靠。

2.3 試驗初始狀態(tài)的調(diào)整和移動壓載的選取

對試驗初始狀態(tài)的調(diào)整。所有的水艙及油艙應(yīng)抽空，并清除殘液，以盡量減少自由液面的影響［2］。水艙及油艙以外的船體空間（包括空艙）如有積存的水或油，不僅要予以清除，對大型船舶，還應(yīng)使試驗狀態(tài)可控，盡量減小船舶的中拱或中垂，即在調(diào)整船舶試驗浮態(tài)時，盡量使用均勻間隔壓載，避免在艏艉或船舯區(qū)域集中壓載；此外，還應(yīng)重點考慮采取措施消除液艙因縱傾及空氣管的位置而產(chǎn)生空間檔的氣泡。

固體移動壓載因其可靠易控，是試驗的最佳選擇。但對大型船舶的傾斜試驗所需移動質(zhì)量巨大（本船移動質(zhì)量超過3 000 t），選用固體移動壓載顯然不現(xiàn)實。那么液體移動壓載就成了可能的選擇。需要注意的是，一般不推薦壓載水作為傾斜試驗的移動質(zhì)量，但在使用固體壓載確實有困難的情況下，壓載水才能作為傾斜試驗的移動質(zhì)量，前提條件是作為試驗移動壓載水艙應(yīng)是光壁（即沒有大的梁或內(nèi)部構(gòu)件以免產(chǎn)生空氣層），同時還應(yīng)保持船舶的浮態(tài)以及測量試驗移動壓載水艙水的密度。在壓載水橫向移動過程中，應(yīng)防止水滲漏，在每一次壓載水移動的前后，都應(yīng)手工測量壓載水艙的液位。上述內(nèi)容應(yīng)列為詳細的試驗程序由船級社認(rèn)可［3］。

本船試驗采用移動壓載水的方法來完成，壓載水要用船上的壓載泵直接從一舷移到另一舷。

2.4 多余或不足質(zhì)量的檢查

現(xiàn)階段，由于先進造船工藝的廣泛應(yīng)用，到傾斜試驗時，船舶的完工狀態(tài)普遍較好，其多余或不足質(zhì)量，皆不會超過空船排水量的1%，此時的重點應(yīng)該是對多余或不足質(zhì)量的檢查。相對于中、小型船舶，大型船舶更為復(fù)雜，檢查則需花費更多時間和精力。要事先準(zhǔn)備好多余和不足質(zhì)量及質(zhì)心的明細表交驗船師確認(rèn)；試驗前船廠還應(yīng)與驗船師一起進行全船檢查，以確保各項目經(jīng)過準(zhǔn)確估算，沒有遺漏（尤其要注意壓載艙的檢查、測量）。本船的第一次試驗結(jié)果不理想，事后分析得知是由于前部壓載艙測量不準(zhǔn)確，從而導(dǎo)致試驗結(jié)果產(chǎn)生偏差。因此，當(dāng)進行再次試驗時，經(jīng)嚴(yán)格控制前部壓載艙的測量工作，最終獲得了理想的結(jié)果。

2.5 橫傾角的測量

一般來說，橫傾角測量可分別采用擺錘、U型管及傾斜儀加一擺錘或U型管的方法。本船分別在船艏、船舯和船艉布置了三只長約20 m的擺錘，使用注有一定粘度液體的水槽和刻度尺讀擺幅值。每次移動壓載水時，都應(yīng)待船舶穩(wěn)定下來并在船舶處于完全自由浮動狀態(tài)時開始連續(xù)讀數(shù)，取其平均值。

2.6 試驗誤差的檢查

大型船舶傾斜試驗的準(zhǔn)備工作比中、小型船舶要復(fù)雜得多，因此，試驗過程中，應(yīng)同時進行試驗誤差檢查，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，以避免重做試驗就顯得尤其重要。在確定了準(zhǔn)備工作和試驗條件滿足要求后，影響試驗結(jié)果的正確性的可能有：

（1）艙內(nèi)剩余水過多，引起自由液面太大。解決辦法為復(fù)查所有液艙及空艙，必要時將艙排空。

（2）船舶觸底或被系纜阻礙，其解決辦法為測量水深并檢查纜繩。

（3）側(cè)面定常風(fēng)的干擾，其解決辦法為全部重做試驗。

（4）側(cè)面陣風(fēng)的干擾，其解決辦法為部分重做試驗。

3 對試驗結(jié)果出現(xiàn)偏離的分析處理

如果發(fā)現(xiàn)試驗結(jié)果發(fā)生較大偏離時，應(yīng)仔細分析相關(guān)試驗信息，找出造成偏離的原因，以便重新試驗時避免同樣的錯誤。

（1）在某好望角型散貨船首制船的傾斜試驗時，根據(jù)試驗所記錄的數(shù)據(jù)計算后發(fā)現(xiàn)，其空船質(zhì)量大大小于預(yù)估值，而質(zhì)量質(zhì)心垂向值卻又大大超過預(yù)估值，由此可斷定原試驗結(jié)果有偏差。經(jīng)分析，我們認(rèn)為可能是用來調(diào)整船舶浮態(tài)要求滿艙的第一壓載艙（船前部）試驗時未注滿（見圖1）。為此，在重新進行試驗時，特別注意使包括該艙在內(nèi)的壓載艙壓載到位，最終得到了較準(zhǔn)確的試驗結(jié)果。這一結(jié)果也得到其后的20多艘同系列船舶的試驗結(jié)果佐證。

圖1 未注滿水的壓載艙

（2）同屬好望角型散貨船的另一艘船的傾斜試驗計算結(jié)果表明，其所得空船質(zhì)量及質(zhì)量質(zhì)心縱向值均超過預(yù)估值較多。我們仔細分析試驗記錄數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)所記錄的吃水值呈現(xiàn)艏艉大、中間小，即有較明顯的中拱，而再分析試驗時船舶的壓載狀態(tài)，絕不可能產(chǎn)生上述如此大的中拱結(jié)果，因此認(rèn)為艏部吃水測量值偏大是導(dǎo)致上述結(jié)果的主要原因。因為上述偏離結(jié)果尚在規(guī)范可接受的范圍內(nèi)，更何況交船緊急，試驗才沒有重做。盡管如此，從其后的多艘?guī)缀跸嗤囼瀴狠d狀態(tài)的試驗結(jié)果來看，證實了我們的上述分析。

4 姐妹船傾斜試驗的處理

對姐妹船中的后續(xù)船，經(jīng)船級社批準(zhǔn)，可免做傾斜試驗，而只做空船質(zhì)量測定試驗，測出空船排水量和質(zhì)心縱向位置，首制船傾斜試驗所得的基本穩(wěn)性數(shù)據(jù)將應(yīng)用于后續(xù)船。但前提條件是，與同類型船舶的空船排水量偏差不超過2%, 及質(zhì)心縱向位置偏差不超過1%船舶垂線間長，否則仍應(yīng)進行傾斜試驗。IMO新規(guī)對船長≥160 m的船舶要求與首制船的空船排水量偏差不超過1%, 及質(zhì)心縱向位置偏差超過0.5%船舶垂線間長［4］。由此可以看出，對大型船舶試驗精度的要求已明顯提高。

對于大型船舶，后續(xù)船空船質(zhì)量測定試驗應(yīng)該保持與首制船傾斜一致的試驗狀態(tài)，以便于與首制船的結(jié)果進行比較；此外，由于船型大，影響試驗結(jié)果的因素較多，因此空船質(zhì)量測定對于試驗狀態(tài)下船舶吃水的測定，以及多余質(zhì)量和不足質(zhì)量的檢查等關(guān)鍵步驟應(yīng)務(wù)必準(zhǔn)確，避免因試驗結(jié)果超出限定偏差而重新進行傾斜試驗。

5 結(jié) 論

總之，船舶的傾斜試驗及空船質(zhì)量測定試驗是船舶建造過程中十分關(guān)鍵的一項試驗。雖然試驗的原理和方法都較傳統(tǒng)，但由于船舶是個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，影響試驗結(jié)果的因素很多，對于大型船舶尤其如此。為使試驗結(jié)果準(zhǔn)確，嚴(yán)格的試驗條件和試驗程序，準(zhǔn)確地讀取船艏、船舯與船艉兩舷的水尺讀數(shù),選取適合的移動壓載和試驗初始狀態(tài)，重視多余或不足質(zhì)量的檢查，及時檢查試驗誤差，精心組織并實施嚴(yán)格的步驟則是十分必要的。

［1］ 王彩蓮，魯云章. 2 500 TEU集裝箱船的總體設(shè)計［J］.船舶，2007（4）：9-12.

［2］ 楊存國，虞偉. CB/T 3035-2005.船舶傾斜試驗［S］.國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會.

［3］ B V. Rules for the Classification of Steel Ships［S］. 2013. PART B，CH 3，APP 1：56-57.

［4］ 國際海事組織.國際海上人命安全公約（SOLAS）2009年 綜合文本［S］.北京：人民交通出版社.

Control points of inclining experiment for large vessels

BAN Ye-ping
(Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding Co., Ltd., Shanghai 201204, China)

Inclining experiment affects the vessel not only on meeting the deadweight requirements in the contract but also on its safety, which is a key link during ship design and construction. This paper presents the normal procedures of inclining experiment, and procedures and control points for obtaining valid inclining experimental results for large vessels. It also carefully analyzes the experimental results with larger deviation in order to ensure the reasonable procedures and accurate results.

inclining experiment; stability; deviation analysis; control points

U661.7

A

1001-9855（2014）02-0022-04

2013-08-05；

2013-09-03

班業(yè)平（1967-），男，高級工程師，主要從事船舶總體和結(jié)構(gòu)的開發(fā)設(shè)計。