孫 麗 娜
(上海佳豪船舶工程設(shè)計(jì)股份有限公司,上海 201612)
大件運(yùn)輸船舶又稱重載船,是指用于運(yùn)輸不可分解的、常規(guī)船舶不能運(yùn)輸?shù)闹丶虼蠹拇?。設(shè)計(jì)此類運(yùn)輸重大件貨物船舶的最大特點(diǎn)是沒有常規(guī)或者標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)作方案,必須針對(duì)運(yùn)輸對(duì)象的特點(diǎn)和貨主的要求,設(shè)計(jì)專門的運(yùn)輸方案[1]。
這類船舶的明顯特點(diǎn)是:1) 船型較肥胖,其船型系數(shù)較其他類型船大;2) 具有較大的載貨空間,便于裝載大型貨物;3) 設(shè)有高強(qiáng)度的裝載甲板,且甲板平坦、位置低、面積大、承重能力強(qiáng);4) 為了減少裝卸操作過程中船舶的橫傾角和保持穩(wěn)性,重大件運(yùn)輸專用船在雙層底、舷側(cè)、甚至甲板附近設(shè)置大量壓載水艙。同時(shí)在船舶上配備裝載計(jì)算機(jī),以便及時(shí)顯示注、排壓載水時(shí)對(duì)船舶橫傾角和穩(wěn)性的影響[2]。
以30000t大件運(yùn)輸船為例闡述了船舶總體設(shè)計(jì)思路和布置要點(diǎn)、難點(diǎn),為同類型船舶設(shè)計(jì)提供參考。
該船是一艘鋼質(zhì)、全電焊、球鼻艏、短艏樓、方型艉部、寬敞作業(yè)甲板、雙槳雙舵電力推進(jìn)的自航甲板船。主要用于海上油田導(dǎo)管架及平臺(tái)模塊、大型橋梁鋼結(jié)構(gòu)主體、大型船舶鋼結(jié)構(gòu)主體分段、核電設(shè)備、礦山機(jī)械集成模塊、港口設(shè)備、大型成套化工設(shè)備、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備等超大件的運(yùn)輸任務(wù),并可兼顧運(yùn)輸海上石油平臺(tái)生產(chǎn)所需的帶包裝的危險(xiǎn)品。
船尾部配置兩套常規(guī)電力推進(jìn)裝置,另外艏部配置兩套側(cè)推裝置,艉部配置一套側(cè)推裝置,滿足DP-1作業(yè)要求,適用于無限航區(qū)。
船級(jí)符號(hào):
★CSA Barge Carrier, In-Water Survey, Ice Class B,PSPC(B), DP-1, BWMP, FTP, Loading Computer(S,I)
★CSM MCC, BRC,Electrical Propulsion System
船籍國(guó):中國(guó)
掛旗:中國(guó)國(guó)旗
圖1 30000t大件運(yùn)輸船總圖
表1 主尺度及主要參數(shù)
根據(jù)耐波性、穩(wěn)性、操縱性、快速性、大件運(yùn)輸要求以及鋼材用量等要求,對(duì)主尺度和線型進(jìn)行合理優(yōu)化。
2.1.1 線型優(yōu)化分析
該船為自航大件運(yùn)輸船,需要對(duì)線型進(jìn)行合理的優(yōu)化和分析,找到合適的低阻力線型。因此,針對(duì)船首線型進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)(CFD)計(jì)算分析(見表2),通過有球艏線型和無球艏線型的阻力特性對(duì)比,并根據(jù)兩種線型的航向穩(wěn)定性等操縱性的比較,最終確定采用帶球鼻艏線型(見圖2)。
表2 CFD阻力計(jì)算結(jié)果
圖2 自由面波形對(duì)比
根據(jù)CFD計(jì)算分析確定的線型將進(jìn)一步進(jìn)行船模試驗(yàn)分析。
2.1.2 操縱性
1) 回轉(zhuǎn)能力。通過回轉(zhuǎn)能力計(jì)算結(jié)果表明(見圖3),12kn航速下,滿舵角的DT/L為2.45,Ad/L為2.52,滿足IMO操縱性標(biāo)準(zhǔn)。
圖3 回轉(zhuǎn)能力計(jì)算分析
2) 緊急制動(dòng)能力。通常以全功率倒車緊急制動(dòng)運(yùn)動(dòng)的無因次停船跡程RL T/來衡量船舶制動(dòng)能力,L RT/越小制動(dòng)能力越強(qiáng)。緊急制動(dòng)能力計(jì)算結(jié)果表明,全功率倒車緊急制動(dòng)RL T/ 為5.41,滿足IMO操縱性標(biāo)準(zhǔn)。
2.1.3 性能相關(guān)參數(shù)
1) 干舷:干舷滿足《國(guó)際船舶載重線公約》對(duì)B型船的要求(見表3)。對(duì)于港內(nèi)作業(yè)吃水工況T=10.5m,滿足《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》[3]第5分冊(cè)第8篇對(duì)于大件運(yùn)輸船的補(bǔ)充規(guī)定。
表3 干舷核算數(shù)據(jù)
表4 超壓載作業(yè)工況的核定標(biāo)準(zhǔn)
2) 完整穩(wěn)性:完整穩(wěn)性滿足《國(guó)際航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》和IMO 2008 IS CODE極限穩(wěn)性衡準(zhǔn)的要求。該船典型裝載工況(見圖4)是運(yùn)輸兩組7000噸級(jí)安裝模塊,經(jīng)核算滿足規(guī)范要求(見表5)。
圖4 典型裝載工況
表5 典型裝載工況穩(wěn)性校核
3) 破損穩(wěn)性:破損穩(wěn)性滿足《國(guó)際海上人命安全公約》SOLAS[4]第II-1章中對(duì)貨船的破損穩(wěn)性要求(見表 6)。
表6 破損穩(wěn)性核算數(shù)據(jù)
共設(shè)主甲板、艏樓甲板、船員甲板、船長(zhǎng)甲板、駕駛甲板和羅經(jīng)甲板,其中主甲板為連續(xù)甲板,其余均位于短艏樓和甲板室內(nèi)。
在雙層底之上設(shè)置縱貫全船的管隧(分左右兩道),除提供壓載水管系、電纜等布置外,同時(shí)還作為全船首尾連接的通道。
主甲板以下設(shè)有8道水密橫艙壁、3道水密縱艙壁以及延伸至船舷和自防撞艙壁延伸至推進(jìn)器艙的雙層底。將船舶主體分割成多個(gè)水密艙室。雙層底、縱壁與舷側(cè)之間的艙室主要為壓載水艙、淡水艙和燃油艙。壓載水艙可在裝載作業(yè)時(shí)作為動(dòng)態(tài)壓載調(diào)平系統(tǒng),滿足吃水要求;縱艙壁之間的艙室,從艏至艉依次被分割為艏側(cè)推兼應(yīng)急消防泵艙、艏部機(jī)艙、壓載艙、中部絞車艙、推進(jìn)器艙、艉側(cè)推艙、舵機(jī)艙、艉絞車艙等;雙層底高約2.0m,雙層底由艉部推進(jìn)器艙一直延伸至艏部防撞艙壁,主要為壓載水艙、推進(jìn)器艙和機(jī)艙;雙層底下主要為燃油溢油艙、燃油泄放艙、污滑油艙、污燃油艙、油渣艙、生活污水艙、艙底水艙、艏底壓載水艙以及各種功能艙室等。
鑒于該船的特殊功能,要求主甲板面要有足夠大的作業(yè)空間,便于貨物的運(yùn)輸及裝卸。因此,在做外舾裝設(shè)計(jì)時(shí)諸多方面需要考慮。
2.3.1 系泊系統(tǒng)
考慮到甲板面上不能設(shè)置固定設(shè)備,艉部系泊系統(tǒng)布置在主甲板以下的艉絞車艙里(見圖5),艉部和舷側(cè)出繩,航行時(shí)出繩口設(shè)置風(fēng)雨密風(fēng)暴蓋,滿足系泊和破損穩(wěn)性的要求。
主甲板兩舷設(shè)置4對(duì)帶纜樁(見圖6),主要布置在甲板舷邊深度為1.5m的凹陷結(jié)構(gòu)內(nèi),帶纜樁旁設(shè)置直梯,便于人員出入進(jìn)行操作。當(dāng)運(yùn)輸大件貨物時(shí),此結(jié)構(gòu)上方設(shè)置帶支撐的蓋板,以解決貨物支承點(diǎn)落在此凹陷結(jié)構(gòu)上的問題。
2.3.2 舵系統(tǒng)
由于需要具有較好的低速操縱性、回轉(zhuǎn)性及航向穩(wěn)定性,常規(guī)舵不能滿足實(shí)際航行要求。因此,考慮選擇襟翼舵或者吊艙式推進(jìn)器。
襟翼舵在相同操縱性要求下,所需要的舵面積小、回轉(zhuǎn)直徑較小、在低速和小角度下具有較好的舵效、應(yīng)舵速度較快、航向穩(wěn)定性好且性價(jià)比較高。
所以在艉部設(shè)置2套襟翼舵,布置在螺旋槳后面艉流內(nèi)。與艏、艉側(cè)推、主推進(jìn)器共同滿足船舶航行及DP-1定位要求。
2.3.3 螺旋槳
螺旋槳采用的理論設(shè)計(jì)方法是基于美國(guó)麻省理工學(xué)院Kerwin教授的螺旋槳數(shù)值升力面理論,稱之為數(shù)值升力面方法或窩格法。應(yīng)用自行開發(fā)、并經(jīng)多年實(shí)踐考驗(yàn)的螺旋槳設(shè)計(jì)程序包設(shè)計(jì)的適伴流螺旋槳(見圖7),可對(duì)包括槳葉效率、空泡和強(qiáng)度等作全面的設(shè)計(jì)質(zhì)量分析。
該適伴流螺旋槳的效率相比于MAU圖譜槳的效率大約可提高2%。
圖5 艉絞車艙布置
圖6 舷側(cè)帶纜設(shè)備
圖7 適伴流螺旋槳
2.3.4 聲光信號(hào)
該船上層建筑設(shè)置在艏部艏樓甲板上,雷達(dá)桅布置在上層建筑頂部,羅經(jīng)甲板上,前桅布置在羅經(jīng)甲板前端。前桅燈與后桅燈間間距不能滿足《國(guó)際海上避碰規(guī)則》所要求的大于L/2的要求,需要豁免。艉旗桿布置在主甲板艉部靠舷側(cè)的部分,設(shè)計(jì)為可倒、可拆卸式以適應(yīng)裝貨、運(yùn)輸?shù)男枰?/p>
2.3.5 側(cè)推布置
艏部設(shè)置兩臺(tái)2000kW管隧式側(cè)推器,艉部呆木處設(shè)置一臺(tái)2500kW管隧式側(cè)推器,能夠在環(huán)境條件:浪高2m,流速2kn,風(fēng)速16.8m/s下自動(dòng)保持船舶的位置和艏向,滿足DP-1定位要求。
近年來,隨著重型大件運(yùn)輸業(yè)務(wù)的快速發(fā)展,大件運(yùn)輸業(yè)務(wù)的增加,需要對(duì)大件運(yùn)輸船的穩(wěn)性衡準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、局部強(qiáng)度、裝卸條件、綁扎技術(shù)等進(jìn)行系統(tǒng)研究;以特殊裝備運(yùn)輸需求為導(dǎo)向,進(jìn)一步探索開發(fā)適應(yīng)性更強(qiáng)的大件運(yùn)輸新船型,以適應(yīng)不斷大型化、特殊化和不斷增加的大件運(yùn)輸業(yè)務(wù)[5]。
[1] 蘇晨. 大件運(yùn)輸船舶發(fā)展現(xiàn)狀與動(dòng)態(tài)[J]. 船舶工程,2012 (3): 1-2.
[2] 衛(wèi)家駿. 重大件運(yùn)輸專用船舶及其貨運(yùn)技術(shù)[J]. 世界海運(yùn),2002 (4): 11-12.
[3] 《鋼制海船入級(jí)規(guī)范》[S]. 2012.
[4] 《國(guó)際海上人命安全公約》SOLAS[S]. 2009.
[5] 賀才偉. 我國(guó)大件運(yùn)輸現(xiàn)狀[J]. 大科技,2013 (19): 145 -146.