浅析独立C型货舱设置制荡舱壁的必要性

时光志 盛苏建

（中海油能源发展采油服务公司，天津塘沽，邮编：300452）

1.0 制荡舱壁的研究现状

制荡舱壁，是指为降低液货舱内液体剧烈晃动所产生的冲击力而设置的带孔舱壁。对于沿纵向布置的液舱，部分装载就会产生晃荡载荷。当液体晃荡的自然频率接近船舶的纵摇频率时，液体的晃动和纵摇运动发生谐振，对液货罐的封头产生很大的冲击力。在设计中，通常设置制荡舱壁来改变舱内液体的晃动频率，以减小对液货罐结构的破坏。

由于制荡舱壁其独特的结构作用，往往将其处于晃荡分析之中，而单独对制荡舱壁的研究，不管在国内还是国外都是不多见的。国外的规范中，也是主要考虑晃荡载荷对货舱的影响。国内，中国船级社《钢质海船入级规范》（2009）中对货船的制荡舱壁上的开口面积、开口边缘加强、舱壁板及其扶强材、垂直桁材及水平桁材都作了相应的规定。根据《船舶设计实用手册》结构分册中第三篇第三章液化气体船的相关规定，制荡板的板厚与扶强材的计算可参照船级社规范中对货船的制荡舱壁要求。国内的主要科研院所近年来对制荡的方面探索也取得了一定的成果。比如：华南理工大学的黎志昌、方江敏、付小方对某6000m3的C型独立液货舱进行三维载荷计算，并根据载荷计算结果，对C型独立液货舱防流体冲击结构进行应力分析与评定[1]，该结果可为类似的计算分析提供一定的技术支持与参考；格拉斯哥斯特拉斯克莱德大学的刘桢兵运用 CFD计算软件Fluent 6.3模拟了单激励和耦合激励下不同舱室结构以及不同幅度的液舱晃荡，并计算监测点压力，得到了晃荡在激励下的变化规律[2]。

鉴于国内国外对于LNG船液货罐中制荡舱壁的结构型式，特定类型的开孔的数目、扶强材的选择并无十分明确而详细的规定。研究LNG船液货罐制荡舱壁设置的必要性，并对其结构型式等进行研究仍然是十分必要和具有实际意义的。

2.0 独立C型货舱制荡舱壁设置必要性分析

2.1 初步估算舱内液体自然晃荡和船舶纵摇周期的经验公式

通过以下公式分别确定液货的自然晃荡周期和船舶的纵摇周期通过比较两者周期，来初步确定设置制荡舱壁的必要性。

圆筒形液舱内液体的纵向自然振荡周期可按下式计算[3]：

l—— 舱长，m；

h—— 充装高度，m；

D—— 液舱直径，m。

式中：Tp—— 船舶纵摇周期，s；

L—— 船长，m；

Cp—— 纵摇周期系数，货船取0.54～0.72，油船（艉机型）取 0.80～0.91。

2.2 某小型LNG船主尺度及C型独立液货罐主要信息

本节介绍了某小型LNG主尺度与其3200m3液货罐的主要信息。

表1 某小型LNG船主尺度表

2.3 根据经验公式初步估算的周期比较结果

根据2.1所示的公式，计算典型的装载水平，即5%l，10%l，70%h，80%h，95%h 下液货的自然振荡周期，计算结果如表2所示。

表2 典型装载水平下的液货的自然振荡周期计算结果

根据2.1所示的公式，计算部分装载水平，即25%h，30%h，40%h，50%h，60%h 下液货的自然振荡周期，计算结果如表3所示。

表3 部分装载水平下的液货的自然振荡周期计算结果

根据 2.1所示的公式， 取 Cp=0.54，0.58，0.62，0.66，0.72下的船舶纵摇周期系数，计算结果如表4所示。

表4 不同纵摇周期系数下的船舶纵摇周期

计算典型装载水平下自然振荡周期与船舶纵摇周期的比值，计算结果如表5所示。

表5 典型装载水平下自然振荡周期与船舶纵摇周期的比值

将计算结果绘制成曲线图，如图1所示。

图1 典型装载水平下自然振荡周期与船舶纵摇周期的比较图

分析表5的计算结果与图1的变化规律，可得出如下推断：在液舱内液体装载高度在10%（3.52m）左右时，液货的自然振荡周期与船舶纵摇周期比较接近，可能对罐体有较大的冲击影响。

表6 部分装载水平下自然振荡周期与船舶纵摇周期的比值

将计算结果绘制成曲线图，如图2所示。

图2 部分装载水平下自然振荡周期与船舶纵摇周期的比较图

分析表6的计算结果与图2的变化规律，可得出如下推断：根据不同的纵摇周期系数，在液舱内液体装载高度在25%～50%左右时，液货的自然振荡周期与船舶纵摇周期比较接近，可能对罐体有较大的冲击影响。

2.4 结论

综合以上典型装载状态与部分装载状态的分析结果，可以认为所研究的C型独立液货罐，在液货部分装载状态下，其自然振荡周期有可能与船舶的纵摇周期相接近，有可能对罐体产生较大的冲击影响，故有设置制荡舱壁的必要。在下一步的独立C型液货舱研究和设计中务必对各种装载水平下的晃荡载荷进行计算分析，以便设计出型式及结构合理的制荡舱壁，满足小型LNG船要适应各种装载水平的作业要求。

3.0 独立C型货舱制荡舱壁的型式介绍

制荡舱壁的型式可分为平板型和半球面型。一般情况下，制荡舱壁设置成平直的穿孔壁，工艺简单且性能良好；货罐长度过大时，制荡舱壁也设置成半球形穿孔壁，制作工艺较平壁复杂，成本较高，但可以有效地改善液舱内货物的晃荡周期，从而减小对罐壁的冲击力。制荡舱壁一般设置在与液货舱内加强环同一平面内，通过弹性构件与内部的加强环连接，以吸收弹性变形。

图3表示了制荡板与加强环之间的连接情况，图4为一半球面型制荡舱壁的实图照片。

图3 制荡板与加强环连接

图4 半球面型制荡舱壁

4.0 结束语

通过对独立C型货舱制荡舱壁的研究现状及规范要求进行了调研，得出对LNG船液货舱制荡舱壁设置的必要性及结构型式进行研究还是十分必要的。本文通过经验公式估算液货自然晃荡的周期和不同纵摇系数下船舶纵摇周期，并比较分析，得出在液货部分装载状态下，其自然振荡周期有可能与船舶的纵摇周期相接近，有可能对罐体产生较大的冲击影响，故设置制荡舱壁是十分必要的。最后介绍了现有的两种制荡舱壁的型式，供小型LNG船制荡舱壁的设计参考。

【1】黎志昌,方江敏,付小方.LNG运输船C型独立液货舱载荷及应力分析.船舶工程,2011(1):1-4

【2】刘桢兵.基于VOF法的液舱晃荡数值模拟及载荷计算.重庆理工大学学报(自然科学版),2011(3):28-33

【3】丁玲,马坤.中小型LNG运输船液货罐设计技术.船舶,2010(1):26-29