3 600DWT双尾鳍供油船总体设计

2012-04-12王国强

船舶设计通讯 2012年1期

王国强

（上海船舶研究设计院，上海 201203）

0 前言

3 600DWT双尾鳍供油船是中国船舶燃料有限责任公司（简称中燃集团）委托上海船舶研究设计院完成方案及详细设计的一项设计工程。它是在船舶市场比较低迷的时候适应渤海湾、上海、福建等沿海大港燃油供应而产生的，对中燃国内近海供油船的格局有着重要影响。该系列船共17艘，作为中燃集团大连分公司、秦皇岛分公司、上海分公司的成品油运输团队中相对较大的供油船，对该公司意义重大。

该公司目前主要以2 300 DWT和1 000 DWT供油船为主，已经满足不了日益增长的燃油运输要求，而如果增加这些船的数量，则虽然增加了运输量但会增加营运成本，且这些船运输覆盖范围也很有限。从船型的战略布置和发展规划出发，3 600DWT的双尾鳍供油船既可解决渤海湾区域燃油运输上的短板，又可兼顾国内近海航运和长江中下游各港口的要求，有效扩大油品运输区域，营运灵活，因此深得中燃集团好评。

1 船舶基本概况

1.1 船舶航区及用途

本船主要航行于国内近海航区，适合为第5代集装箱船补充燃油，其出色的操纵性即使航行于内河河道也是很突出的。本船主要用于运输密度为0.90～0.96 t/m3的燃料油。

1.2 船型

本船为尾机型，起居处所及驾驶室位于尾部，设有完整的尾楼和首楼。中高速柴油机驱动。设有倾斜船首，无球鼻，方尾。本船设5对货油舱，1对污油水舱。

本船设有一层连续上甲板，布置有首尾楼、救生甲板、驾驶甲板、罗经甲板，主船体自首至尾依次为首尖舱、应急消防泵舱、货油舱、污油水舱、泵舱、机舱及尾压载水舱，共同构成全船的横向水密分割。船员生活区域布置在尾部上甲板、尾楼甲板、救生甲板。总布置如图1所示。

图1 总布置图

1.3 船级

本船入中国船级社，入级符号为：

★CSAD双壳油船，近海航区，Ice Class B，闪点＞60℃，ESP，AFS

★CSMD，BRC

1.4 主要参数

1.5 主推进系统

本船采用双机双桨的推进型式，主机选用4冲程、中高速、非可逆型，带涡轮增压和增压空气冷却系统，机型为 6230ZC-4，2×960 kW（900 r/min），通过减速齿轮箱及轴系驱动固定螺距螺旋桨。在卸货油时，主机也可通过前端的增速齿轮箱及轴系驱动货油泵。在正常航行、进出港和卸货油工况下，主机能燃用黏度180 cSt的燃料油。

2 主要设计特点

2.1 主尺度

2.1.1 船长

船长L的考虑需着重放在本船营运及建造成本的考虑上。本船在操纵性上要给予充分考虑，缩短船长对其操纵性亦有利，也作为对船长考虑的一个方面。本船Lpp=84.0m，也是考虑了85m以下可不设救生艇的法规要求。

2.1.2 船宽

考虑到主尺度对性能（特别是快速性和稳性）的影响主要依赖于Lpp和B，船宽对船舶稳性影响最大，船宽增加稳性提高。因此，在可接受的L/B、B/D范围内，只要航道、码头等条件允许，船宽尽量做大些。另外从快速性角度来讲，浅肥船采用双尾鳍可有效减阻（见2.2.1），所以B/T可大一些，主要考虑布置的需要和经济性。在相同吃水条件下双尾鳍船型允许有较大的船宽及较大的方形系数，其经济性也比较优越。

2.1.3 型深

本船为A型干舷，在保证船舶稳性、货舱舱容和主机吊缸高度的条件下，干舷甲板的高度尽量小。型深D减小能够减小舷侧板架的构件和板材尺寸，减小舷侧板架的重量，进而影响空船重量，减小营运成本，但这些考虑需要结合本船的干舷、舱容和装载弯矩。型深D的确定需考虑宽深比B/D，做到稳性、强度和经济性的合理统一。

本船宽深比B/D=2.113，相比较同类型大小相仿的海船而言略大一点，但也不过分大，这个值会影响货舱段结构布置上的经济性。B/D越大，尤其是越接近2.5，船底板架横向屈曲应力增大的隐患就越明显［1］，虽然 CCS 要求船长小于 90m［2］的船舶可对屈曲应力不予考虑，但过分增大的宽深比还是会造成屈曲应力上的困扰，也会造成结构重量的增加。另外，过大的宽深比B/D还会造成船舶承受弯矩的能力降低，为了达到预期的弯矩就需要增大甲板和船底板架的剖面模数，这样也会增加空船重量［1］。B/D越小，虽然船舶承受弯矩的能力很容易就能提高，但型深会取得比较大，造成舷侧构件加大，板架加重，反而对结构布置的经济性不利，同时，初稳性还会受到影响。

2.2 水动力性能

燃料油供应船双尾鳍线型（见图2）的选择，首先考虑的是船东对操纵性的需求。作为供油船，其灵活的操纵性［3］是船东比较在意的一点，所以基于我们曾经批量建造过的600 TEU集装箱船的优秀双尾鳍线型，在这艘船上也采用双尾鳍、双机、双桨、双舵，操纵性极好，后来经过试航也证实了这一点，其航向稳定性也不受影响，船东对此十分满意。

2.2.1 快速性

本船Fn=0.212，较船东提供的3 000吨级双尾鳍油船的Fn=0.189偏高，所以在型线上注意了一下去流段的设计。本船将母船线型从第6站开始的尾鳍部分适当向船中延伸1站，从第7站开始，尾鳍长度从船长L的27.9%提高至31.8%，有效增加了后体去流段的长度，再加上方尾效应的影响，去流段得到进一步加长，从而可以减小一部分形状阻力。在实船营运中可以看到双尾鳍船型的尾部水面仅稍有涟漪，无太大的尾波。

图2 型线图

参阅相关试验数据显示［4］，对于宽深比B/T（本船B/T=2.885）更大的船，在这方面的表现会较同等宽深比B/T的单桨或双尾船优势更加明显。

双尾鳍线型最突出的优点是可以在桨前方形成一股预旋流，更使螺旋桨效率提高。因可获得较常规双桨船高得多的伴流（由于较大的周向伴流的影响），而推力减额t不比常规双桨船的大，这样就提高了船身效率［5］。

2.2.2 操纵性

本船采用尽可能大的舵面积，双桨舵面积比达1／29.6以上，操纵非常灵活方便。满舵时的回转直径仅为2.3倍船长，远小于规范要求的4.5倍船长；全速停船倒车试验测得的航迹小于IMO规定的15倍船长要求。航向稳定性也令人满意。实船试航记录的航行轨迹见图3。

2.3 两种双尾鳍型式的比较

双尾鳍型线在机舱区域由于机舱布置等原因往往会比单桨船略肥大一些，会导致水线面也跟着增大，KM值增大，对提高稳性比较有利。

双尾鳍型线尾部流场较单桨船平顺，而且不会轻易产生尾部振动的问题［4］。但是如果尾部型线过于开阔，则内部结构垂向连续性不好，又容易产生振动。所以，对于双尾鳍型线的结构需要考虑结构构件垂向连续性，不能仅限于机舱布置的考虑，这一点至关重要。

目前有两种常见的双尾鳍型式，如图4所示。图4（a）的双尾鳍型线本身在结构上实现舷侧构件的连续性比较容易一些，能够很好地过渡，从而降低振动的影响。图4（b）是出于机舱布置或者浮心位置的需要，型线开阔，有提高稳性增大尾排水量的优势，但折角线处应力集中的隐患更为明显一些，在结构加强上需要特别注意到，结构垂向连续性也需要在布置上特别关照，处理不好反而更容易产生振动。综合考虑，本船采用图4（a）的型线形式。

图3 航迹图

图4 双尾鳍型式

3 与同类船舶的比较

表1中提供的3 000 DWT油船是船东2年前为自己的船队订购的一型船，挂香港旗，由其他公司设计，采用双机、双桨、双舵、非双尾鳍，目前营运状态良好。

由表1数据可以看出，本船即使在航速12.5 kn时，较3 000DWT油船在航速10.0 kn时的油耗还低：每海里主机油耗低1.6%，每载重吨对应的主机日耗油量低10%，而本船航速却较之大25%。如果将油耗换算到同等航速下，本船的油耗指标将更具优势。3 600 t供油船航速较高使得它在跨港供油时反应快，尤其受船东青睐。

4 结语

1）在船市低迷的时候对用船客户的了解和其船队分布的了解会成为我们船型设计上的一个有利因素，使我们能够很好地把握客户需求，进行有针对性的设计。本船改变以往小油船单桨、常规的设计理念，将双尾鳍线型灵活应用到吨位较小的供油船上，并且从设计优势、建造成本和客户的供油船战略布局的角度给客户作了一个很好的推介，令客户满意。

2）船舶主尺度确定的经济性需要作为目前船舶设计的重点之一。

3）双尾鳍线型、宽深比B/D等因素确定时，对结构有一个较清晰的认识，能够综合考虑。

4）油耗成本也是航运公司最关心的一部分，双尾鳍相对于其他双桨船减阻效果明显，螺旋桨效率高，使得整船省油效果好，与船东提供的挂香港旗的3 000DWT油船相比较，油耗节省明显。