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(南通中遠川崎船舶工程有限公司，江蘇 南通 226001)

極地破艙穩(wěn)性及其在多用途船上的應(yīng)用

葛沛，劉燦波，馬宇斌，王楠

(南通中遠川崎船舶工程有限公司，江蘇 南通 226001)

根據(jù)《極地水域船舶航行安全規(guī)則》第4章分艙與穩(wěn)性，對中遠川崎船舶工程有限公司自主研發(fā)的2萬 t級極地多用途船進行極地破艙穩(wěn)性的計算，探討IMO RES.A.1024(26)決議及該極地規(guī)則對極地航行船破艙穩(wěn)性計算的影響。計算結(jié)果表明，該極地規(guī)則將影響船舶的總體布置和裝載工況。

多用途船；《極地水域船舶航行安全規(guī)則》；破艙穩(wěn)性；PC code

隨著全球氣候變暖，極地北冰洋冰蓋的融化加速，北極航道的開通已成為可能。北極航道相對傳統(tǒng)的蘇伊士航線航程縮短，經(jīng)濟效益顯著。極地運輸船舶的開發(fā)迎來重大的發(fā)展機遇。國際海事組織(IMO)制定了關(guān)于極地航行船舶的設(shè)計建造等方面的規(guī)則。

在2萬t級直艏多用途船的基礎(chǔ)上研發(fā)冰級為PC-6的極地多用途船。根據(jù)IMO RES.A.1024(26)決議和《極地水域船舶航行安全規(guī)則》以下簡稱《極地規(guī)則》，極地破艙穩(wěn)性應(yīng)當采用確定性方法進行計算[1]。

確定性破艙常用于干舷裕度較高的液貨船、B-60或B-100船舶。對于極地航行船舶，盡管破損是隨機的，各種可能的水密艙壁分隔情況在浸水之后對船舶殘存能力的貢獻也存在概率因素。但是極地航行船舶數(shù)量不多，極地海損事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)少，難以進行極地破艙穩(wěn)性概率衡準?！稑O地破艙穩(wěn)性規(guī)則》仍是確定性計算方法?？紤]依據(jù)實船設(shè)計計算，探討IMO RES.A.1024(26)決議和《極地規(guī)則》在破艙穩(wěn)性方面的差異。

1 《極地規(guī)則》和IMO RES.A.1024(26)決議對比

與概率破艙穩(wěn)性不同，極地確定性破艙規(guī)定了船體破損的范圍、位置以及破艙前后的狀態(tài)，確定一個或幾個最危險的破損艙或艙組，計算出破艙前后的浮態(tài)和穩(wěn)性，按照規(guī)定的殘存條件衡準船舶是否滿足破艙穩(wěn)性的要求。

與IMO.RES.A.1024(26)決議相比，《極地規(guī)則》關(guān)于船舶破艙穩(wěn)性主要差別如下。

1)初始工況不同。IMO.RES.A.1024(26)決議中規(guī)定極地破艙穩(wěn)性初始工況需要考慮所有極地實際營運工況。新生效的《極地規(guī)則》明確指出初始工況為按照《SOLAS II-1/7規(guī)范》概率破艙計算分艙指數(shù)的所有工況，即最深分艙吃水ds、輕載航行吃水dl、部分分艙吃水dp(SOLAS II-1/2.10,2.11及2.12中定義)對應(yīng)的虛擬工況。

2)破損范圍不同。IMO RES.A.1024(26) 規(guī)范對縱向、橫向和垂向的破損范圍以及破損沿船寬或船長方向的位置，具體規(guī)定如下。

①冰區(qū)最大裝載水線的最大船寬向前，破損范圍為0.045L(L為最深冰區(qū)裝載水線長度)，否則為0.015L。

②橫向破損范圍為整個破損范圍內(nèi)沿外板法向760 mm。

③垂向破損范圍取20%的冰區(qū)高位吃水或者縱向破損范圍長度中的小者。

④冰區(qū)破損的中心位于龍骨至1.2倍冰區(qū)高位吃水之間的任意一點。

⑤垂向破損的范圍可以假定位于龍骨與1.2倍的最大冰區(qū)吃水之間的任何垂向位置。

決議同時指出對于PC-6、7級別的極地船，如果不裝載會產(chǎn)生污染的危險貨物，破損范圍可以假定位于水密橫艙壁之間，除非橫艙壁的間距小于破損長度。

《極地規(guī)則》刪除了冰區(qū)破損的中心位于龍骨至1.2倍冰區(qū)高位吃水之間的任意一點的條款。同時免除了對于PC-6、7級別的極地船，如果不裝載會產(chǎn)生污染的有害貨物，并且橫艙壁間距大于破損長度時，破損范圍可以假定位于水密橫艙壁之間的條款。

2 2萬 t級極地多用途船簡介

垂線間長：179.5 m；

型寬：28 m；

設(shè)計吃水：9.2 m；

夏季吃水：10.5 m；

冰區(qū)高位吃水：10.73 m。

該船能夠通過新巴拿馬運河，滿足最新的各類海事規(guī)范、規(guī)則，包括NOxTier II排放標準，雙殼燃油艙保護等要求。配備單機可調(diào)螺距螺旋槳，全船連續(xù)甲板；艏部采用斜艏結(jié)構(gòu)，居住區(qū)和橋樓位于艏部，居住區(qū)全封閉，兩翼延伸至舷側(cè)；機艙位于艉部，配備側(cè)推器。

3 極地確定性破艙計算

極地多用途船極地破艙穩(wěn)性采用船舶設(shè)計軟件NAPA，主要計算過程見圖1。

圖1 極地確定性破艙穩(wěn)性計算過程

1)初始工況定義。輕載航行吃水dl：取為實際裝載工況中壓載到港的吃水和縱傾值。

最深分艙吃水ds：取結(jié)構(gòu)吃水，10.5 m。

部分分艙吃水，dp=dl+0.6(ds-dl)，實際取8.3 m。

根據(jù)裝載手冊中實際裝載工況，本船的縱傾范圍為-0.88～2.00 m，破損計算零縱傾狀態(tài)可以覆蓋的縱傾范圍為±0.5%Ls(Ls為分艙長度)即-0.88～0.88 m。增加了縱傾1.2 m的狀態(tài)，以包括所有實際裝載工況的縱傾值。2個計算縱傾狀態(tài)覆蓋的縱傾范圍達到了-0.88～2.08 m，覆蓋了實際裝載工況的縱傾范圍。見表1。

2)破艙工況。根據(jù)極地規(guī)則對破損范圍的規(guī)定，確定極地破損縱向范圍見表2。

3)極地破艙穩(wěn)性計算結(jié)果分析。IMO RES.A.1024(26)決議和《極地規(guī)則》要求所有工況在冰區(qū)破損后的生存概率因子等于1。根據(jù)IMO RES.A.1024(26)決議計算破艙穩(wěn)性，結(jié)果顯示生存概率因子均達到1，滿足規(guī)范要求。

表1 極地破艙初始工況

表2 極地破艙破損范圍

極地規(guī)則破艙穩(wěn)性計算中，初始工況為按照SOLAS II-1/7規(guī)范概率破艙計算分艙指數(shù)的所有工況，即最深分艙吃水ds、輕載航行吃水dl、部分分艙吃水dp對應(yīng)的虛擬工況。破損范圍與破損工況與按IMO Res.1024決議破艙穩(wěn)性計算相同。最深分艙吃水縱傾1.2 m初始工況在機艙破損時下不能滿足規(guī)范要求。計算結(jié)果見表3。

表3 原設(shè)計方案破損計算結(jié)果

4)提高生存概率因子。極地規(guī)則破艙穩(wěn)性不滿足(生存因子小于1)，體現(xiàn)在2點：考慮到下沉、橫傾和縱傾后的水線應(yīng)低于可能發(fā)生繼續(xù)進水的任何開口的下緣；最大復(fù)原力臂僅0.11 m，未達到0.12 m以上。

對于第1點，在NAPA中查看被淹沒的開口，并適度加高，使最終穩(wěn)定后的水線低于可能發(fā)生繼續(xù)進水的開口的下緣。對于第2點，船舶在一定排水量下產(chǎn)生小橫傾時，初穩(wěn)性高越大，復(fù)原力臂也越大，即抵抗傾斜力矩的能力越強。在不修改型線的前提下，增加初穩(wěn)性高值是提高復(fù)原力臂的首選方法。

計算發(fā)現(xiàn)最深分艙吃水對應(yīng)的初穩(wěn)性高值提高到1.44 m，可滿足規(guī)范要求；另外初始縱傾從1.2 m降低到0.9 m時，也可滿足規(guī)范要求。但注意到SOLAS規(guī)范中分艙與破艙穩(wěn)性部分要求初始縱傾在考慮±0.5%Ls范圍后應(yīng)包括所有營運縱傾。因此，如果降低計算中選取的初始縱傾值，則裝載手冊中的營運載況縱傾范圍將受到一定限制?？紤]到目前營運裝載工況的初穩(wěn)性高均大于1.44 m，因此設(shè)計中通過提高部分空氣管頭高度和初始工況初穩(wěn)性高來滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

極地破艙穩(wěn)性的殘余性能關(guān)乎船舶在極地的安全及環(huán)境保護問題，因此，極地船舶的設(shè)計研發(fā)需要關(guān)注國際公約和標準的發(fā)展動態(tài)?！稑O地規(guī)則》于2017年1月1日生效，替代IMO. RES.A.1024 (26)決議。針對《極地規(guī)則》和IMO. RES.A.1024(26)的要求計算極地多用途船的破艙穩(wěn)性，為滿足《極地規(guī)則》的要求，可以提高部分空氣管頭的高度、初始裝載工況的初穩(wěn)性高，降低初始裝載工況的縱傾等。但提高初穩(wěn)性高、降低縱傾均會影響船舶營運裝載，因此設(shè)計時需要平衡多種因素，必要時可以改變艙室劃分和型線。

[1] IMO.SOLAS綜合文本2009[S].北京：人民交通出版社,2009.

[2] IMO. Resolution MSC.385(94) INTERNATIONAL CODE FOR SHIPS OPERATING IN POLAR WATERS (POLAR CODE)[S]. IMO,2015.

[3] IMO. Resolution A.1024(26) Guidelines for Ships Operating in Polar Waters[S]. IMO,2009.

[4] Finnish Maritime Administration. Guidelines for the application of the Finish：Swedish Ice Class Rules.2008.

[5] NAPA O Y. NAPA online manuals[Z]. Damage Stability (DAM),2010.

[6] 張東江.北極航區(qū)分析及極區(qū)船舶總體性能研究[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué),2012.

Damage Stability of Polar Code and Its Application on Polar Type Multi-purpose Ship

GEPei,LIUCan-bo,MAYu-bin,WANGNan

(Nantong COSCO KHI Ship Engineering Co. Ltd., Nantong Jiangsu 226005, China)

Based on the latest regulation “International Code for Ships Operating in Polar Waters”(hereafter called “PC Code”), the damage stability of the 20,000 DWT polar type multi-purpose ship designed by Nantong COSCO KHI shipyard was calculated to research the difference of damage stability between IMO RES. A.1024 and Polar Code, and the influence of IMO RES. A.1024 and Polar Code upon damage stablity calculation for polar type ship. The results showed that Polar Code has higher impact on ship’s arrangement and cargo loading due to high requirements of damage stability.

muti-purpose ship; polar code; damage stability; PC code

U662.2

A

1671-7953(2017)06-0042-03

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.06.009

2016-12-29

2017-04-13

中遠集團資助項目(2013-1R-008)

葛沛(1986—)，男，碩士，工程師

研究方向：船舶總體設(shè)計