半潜船总体性能设计

2011-05-07桂满海

船舶与海洋工程 2011年2期

桂满海

（上海船舶研究设计院，上海 200032）

0 引言

半潜船的优势是能够装载和运输无法分割的超大型货物，这些超大型货物包括无动力的船舶、游艇、潜艇、石油钻井平台、大型集装箱桥吊、浮式和非浮式结构等。在进行半潜装货时，通过本身压载水的调整，使船体潜入水中，让举升甲板的最高处低于特定货物，然后货物利用自身动力或者被拖拽，浮到半潜船的载货甲板上方。半潜船再通过排出压载水，船体上浮，货物直接放置在载货甲板上进行绑扎固定。卸货时采用相反的步骤。

2008年上海船舶研究设计院承担了2万吨级自航半潜船“WISH WAY（希望之路）”的基本设计和详细设计。该船隶属于中交国际航运有限公司，于2010年9月顺利交付。“WISH WAY”的成功设计建造打破了欧洲设计公司的垄断，作为国内第一条自主研发设计的自航半潜船，拥有自主知识产权，多个技术指标达到或超过国际水平。

1 主尺度、船级及主要性能参数

1.1 主尺度

总长 156.00m

两柱间长 149.40m

型宽 36.00m

型深 10.00m

设计吃水 7.45m

最大沉深 19.00m

甲板层高（中心线）

A甲板（举升甲板）到B 甲板 5.20m

B甲板到C 甲板 3.00m

C甲板到D 甲板（艏楼甲板） 2.80m

D甲板到 E 甲板 2.70m

E甲板到 F 甲板 2.70m

F甲板到 G 甲板（驾驶甲板） 2.70m

G甲板到 H 甲板（罗经甲板） 2.80m

1.2 船级

船体（包括设备）、轮机（包括设备）由 CCS按照其规范进行审图和检验，并由CCS授予以下符号和附加标志：

★CSA ★CSM，Semi-Submersible Heavy Lift Vessel， Ice Class B，DP-1，AUT-0

1.3 航速

在设计吃水，无污底，风力小于蒲氏2级的条件下，推进电动机发出额定功率并考虑15%的海况裕度时，航速为15kn。

1.4 潜浮特性

当举升甲板上无货物时能够利用压载水系统下潜到最大沉深19m（举升甲板以上9m）；当举升甲板上无货物时，从最大沉深19m上浮到设计吃水7.45m时，排出压载水所需的总用时间少于4h；从设计吃水7.45m下潜至最大沉深19m的时间少于4h。压载水系统由驾驶室后部的压载控制台集中控制。

1.5 定员

共设床位38个，其中单人套间3个，单人间19个，双人间8个。每个房间都配有卫生单元。

2 主要性能及船型特点

“WISH WAY”半潜船主要性能和特点如下。

2.1 装卸货性能

通过上浮/下潜的方法装卸漂浮物。在装卸货物的过程中可利用船上的4台货物装卸绞车（艏楼甲板上左右舷各1台，左右艉浮箱上各1台）辅助漂浮物定位。也可以通过滚装的方法装卸龙门吊机或自升式平台等货物，利用压载水系统调节船体浮态，以满足滚装货物的要求。为了辅助装卸货作业，船上还配置了1艘工作艇、2台铲车、2台伸缩式起重机以及一些紧固、焊接和切割等装置。

举升甲板总长为126.8m，完全开敞的区域长为115.2m，宽36m；艉部浮箱之间的宽度为22.4m，可利用面积为4300m2。平均设计载荷为18t/m2。

2.2 操纵性能

通过变压、变频装置联合和独立控制2套推进电动机驱动螺旋桨，在艏部设2个艏侧推器，艉部设2个襟翼舵。拥有CCS的DP-1符号。在左右艉浮箱上各设有1个钢丝绳锚绞车及辅助作业锚，具有浅水锚泊功能。

2.3 压缩空气排压载水系统

压缩空气排压载水系统用于除艏尖舱、艉部浮箱压载水舱和位于举升甲板以上的压载水舱外的压载水舱。排压载水时，排压载水空压机将低压压缩空气输送至每个压载水舱，将压载水经通海阀排出。

2.4 快速性

半潜船作为运输船的一类，快速性是其一个主要性能指标。船体的线型设计既要考虑其下潜能力的主要特性，同时又要保证足够的甲板面积，另外在快速性的设计上也要满足船东提出的要求。

为了顺应节能减排的国际趋势，该船采用柴油机—电力推进方式，由3台主柴油-发电机组供电给2台推进电动机，通过齿轮箱驱动2个螺旋桨。同时配有2个高升力的襟翼舵。这种推进方式既提高了推进效率，降低成本，又具有良好的操作控制性能。经过大量的分析比较，在满足船舶的下潜性能、装载性能、稳性和设备安装的前提下，采用了纵流线型，经中国船舶科学研究中心的水池试验结果证明，线型的设计和推进电动机的选型是相匹配的，预报的航速满足船东提出的要求。实船海上试航的结果也证明了该船具有良好的快速性，得到了船东高度的认可。图1为船模水池试验的收到功率及转速曲线[1]。

图1 收到功率及转速曲线

2.5 下潜性能

作为半潜船最特有的性能，下潜的深度是船舶最重要的指标。由于该船是靠自身的压载水的排进和排出来控制下潜和起浮，所以下潜性能是由一定吃水下的排水量和压载水的容积来决定的。因此，该船除了机器处所和必需的空间如通道和油舱等外，其他空间都尽可能地利用为压载水舱，同时在艉浮箱和艏楼内也设置了一些压载水舱。集控室和淡水舱也都布置在艏楼内，一定程度上增加了压载水的容积。该船最终设计了46个压载水舱，压载水总容积为39400m3，保证了船舶在装载10%可消耗油水的条件下，甲板上无货物时可下潜到19m。这里特别要说明的是，半潜船的下潜深度和空船重量直接相关，空船重量越重对下潜深度越有利，但对载重量却不利，这一点有别于其他类型船舶，所以半潜船的设计及建造阶段对空船重量的控制直接影响该船的设计和建造成功与否。因此，在设计和建造中有关各方严格控制空船重量，对船体结构及设备、系统的重量进行了良好的把关，充分重视。倾斜试验结果，实船空船重量与设计预估差异在0.5%之内，确保了该船的下潜深度，载重量达到预期的设计指标。

下潜时的船舶稳性也是一个重要的性能。中华人民共和国海事局发布的“船舶与海上设施法定检验规则——国内航行海船法定检验技术规则 2006年修改通报”（以下简称“法规 2006修改通报”）第 4篇第 7章对半潜船的下潜稳性有着明确的规定，该规定[2]是考核在一定的风浪环境条件下船舶初稳性高度，对半潜船在满载甲板货物和甲板上无承载货物时举升甲板入水前、入水或出水过程中和下潜至最大沉深时都有要求。需要注意的是该规定所要求的半潜船下潜作业稳性考核是按 10%的燃料、消耗品及备品来核算，同时该规定还说明承载大型物件、船舶或海洋设施进行下潜作业时，可按承载物的实际位置及浮态计及其对稳性的影响。这个规定对半潜船举升甲板浸入水下时的稳性计算值有很大的提高，因为在半潜船水线面丢失很多的情况下，举升甲板上承载的有浮力的货物可大大增加储备浮力。DNV（挪威船级社）规范[3]对半潜船下潜作业时的稳性的考核不仅考虑了初稳性高，还需考虑对复原力臂（GZ曲线）和进水点高度的要求。因为半潜船在举升甲板被水淹没时，仅依赖上层建筑或甲板室或浮箱提供储备浮力，所以 “法规2006修改通报”第3篇第5章对半潜船作业状态下的储备浮力也有着明确的规定，即最大沉深水线以上第一层甲板以下部分的储备浮力比率应不小于3.5%，最大沉深水线以上第二层甲板以下部分的储备浮力比率应不小于5.0%。而DNV规范则是对船体本身和浮箱又有着各自的规定，分别为 4.5%和1.5%。该船的下潜稳性计算结果表明能很好地满足船级社的要求，同时压载舱的布置和容积也能够保证船体在下潜过程中和下潜到最大沉深时的良好浮态。另外，在实船下潜试验时适当的纵倾和横倾对压载水的充分装载有着很大的必要。

“WISH WAY”实船在航行试验下潜到最大沉深时还做了动力定位试验，包括手动和自动模式下的船体位置控制和艏向角的控制，试验结果显示动力定位控制系统和推进器具有良好的反应。