2.8万t多用途船破舱稳性计算研究

2014-09-09莫中华

江苏船舶 2014年4期

关键词：水密稳性货舱

周旭，莫中华

(南通中远川崎船舶工程有限公司，江苏南通 226005)

2.8万t多用途船破舱稳性计算研究

周旭，莫中华

(南通中远川崎船舶工程有限公司，江苏南通 226005)

介绍了使用NAPA软件对2.8万t多用途船关于新版国际海上人命安全公约(SOLAS)(适用于2009年1月1日后建造的船舶)概率论破舱稳性的计算研究结果，重点介绍了新版破舱稳性计算规则与此前版本的不同之处和本船计算中需要注意的一些问题，通过研究各种可能的实际装载工况的初稳心高(G0M)值，针对破舱稳性计算，确定不同吃水下该船型的最小G0M限制，使其满足国际海上人命安全公约概率论破舱稳性计算。

多用途船；概率论；破舱稳性

0 引言

2.8万t多用途船货舱配备了移动式甲板，有3档位置可以调节，可以装载大型设备、各种包装货物、集装箱、钢卷、木材等，也可以运输散装货物。该船型主要量度为：

总长Loa

～179.50 m

分舱长度LS

176.00 m

型宽B

28.00 m

型深D

14.80 m

夏季吃水(最深分舱吃水)dS

10.50 m

本船对破损稳性采用NAPA软件进行计算。

1 SOLAS破舱稳性主要变更内容

1.1要求的分舱指数R(LS>100m)

旧版：R=(0.002+0.000 9LS)1/3=0.546 87

新版：R=1-128/(LS+152)=0.613 88

通过比较发现，新版旧版中要求的分舱指数均取决于船舶分舱长度，新版中要求的分舱指数要比旧版的大。SOLAS要求的新旧版分舱指数比较如图1所示。

1.2达到的分舱指数A

旧版：分舱指数(A)=0.5×部分吃水分舱指数AP+0.5×夏季吃水分舱指数AS

新版：A=0.2×最轻载吃水分舱指数Al+0.4AP+0.4AS

式中：A指数表示船体遭受碰撞损坏后残存的概率，需要在由破损范围和破损前初始装载工况所定义的各种破损情况的基础上通过计算获得。

1.3纵倾范围的定义

旧版中对纵倾没有相关的规定。

新版中规定了实际运营中的纵倾变化在大于0.5%LS时，应按相同吃水但不同纵倾进行A指数的计算，并在各纵倾下计算获得的破损稳性极限GM曲线的基础上，绘制覆盖整个营运纵倾范围的极限GM包络线；并且规定了轻载航行吃水时按照实际纵倾计算。纵倾范围的定义如图2所示。图2中，dP为部分分舱吃水，dL为轻载航行吃水。

图1 SOLAS要求的新旧版分舱指数比较

图2 纵倾范围的定义

1.4破损概率P值计算

P值的计算公式旧版与新版不同，具体可参见国际海上人命安全公约。

1.5浸水率

旧版中对于部分分舱吃水和最深分舱吃水，货舱浸水率均为0.70。

新版中规定了不同吃水下，货舱等处所不同的浸水率。对该船型货舱而言:

最深分舱吃水dS：浸水率为0.70;

部分分舱吃水dP：浸水率为0.80;

轻载航行吃水dL：浸水率为0.95。

2 分舱和布置特点

该船型布置特点如下：

(1)全船仅有3个货舱，其中2号货舱最大长度为54 m，用于装载大型货物。

(2)为了布置大型吊机(2台×350 t, 1台×100 t)，左右舷双壳设计成不对称结构。

(3)为保证装载大型货物时的视野，居住区布置在艏部。

鉴于本船货舱数量少，且容积相对较大，因此本船破舱稳性要求很高。由于分舱上需要设置较多的压载舱和水密分隔舱壁等，而且本船结构、管系复杂，特别是货舱通道和通风管道，以及压载舱和横倾舱的管系等，因此在破舱稳性计算时都要进行考虑。

3 破舱稳性计算的一般过程

在以上总体布置的基础上，使用NAPA软件进行破舱稳性的计算，主要进行以下工作。

(1)船舶型线的建立，该项工作主要由水动力试验决定，并在该阶段进行完善，如增加板厚、附体等的定义。

(2)舱室的定义和船舶模型的建立，特别注意的是要正确定义机舱、货舱区划的浸水率，一般区划通过定义浸水率属性来设置浸水率。货舱区划由于不同吃水下有不同的浸水率，需要定义货舱浸水率属性，格式为T 0.95dL+0.01 0.8dP+0.01 0.7；另外各舱室小的区划也要注意不能忽略，否则生成破损区划时可能会产生错误，导致计算不正确。对于货舱通风管道，如果货舱尾部边界在Fr34，分舱表格中Fr34正好是一个纵向的分舱位置，而其通风管道向后延伸到了Fr32，如果没有正确定义通风管道，则破损时可能遗漏相关舱室的破损。

(3)开口的定义。开口主要包括舱口、通道、门和空气管头等，其中空气管头的位置基本设计阶段一般没有具体的位置，所以一般定义为该舱室最前、最后端，并靠近舷边的位置。如果舱室较多，可以使用NAPA BASIC编写宏程序，使用UL、LL函数获取舱室边界来定义空气管头的位置，并且需要根据国际载重线公约的要求来定义其高度。有一点需要特别注意，新版中增加规定了保持水密完整性的管路阀门或通风管道阀门的操作位置不能被淹没，否则生存概率s等于0。

(4)舱室联通的定义。一些不同的区划之间可能并非需要水密，比如机舱和舵机室之间由于船员需要经常通行和防火要求，在满足破舱稳性的前提下可以将其联通起来进行计算。这种情况下使用舱室的联通表来定义计算就比较方便，使得NAPA在生成破损时会自动考虑与之联通舱室的破损。

(5)分舱位置的定义，主要根据水密舱壁的位置。如果舱壁有曲折，一般可以定义一个小的间隙。如果遇到污水井延伸到水密舱壁之外，或者舱室的阀门延伸到水密舱壁之外的情况，也可以定义为间隙，或者通过增加纵向分舱位置，并增加横向分舱位置来计算，不过这样会增加计算的复杂性。本船为获得更大的分舱因子，采用增加分舱位置的方法。对于垂向位置的定义，需要区分为向上破损位置和向下破损位置，其中向上破损位置需要在初始载况水线以上，用来计算垂直方向破损概率v；而向下破损位置是公约中要求的较小破损情况下的校核，取其中较为严厉的结果。

(6)初始工况的定义。定义包括吃水、纵倾、最小G0M值等，其中最小G0M值和纵倾值根据载况计算中所有可能的运营工况来设定。

(7)生成破损区划，由NAPA根据设定自动生成。设定时，根据需要设置相邻破损区划的个数。

(8)完成以上工作后，可以进行不同纵倾条件下的破舱稳性指数的计算。同时根据计算结果，对分舱、开口、舱室联通设置等进行适当的调整，优化设计，最终得到合适的计算结果。

4 本船破舱稳性计算的注意点

4.1特殊管路布置在破舱稳性计算时的考虑方法

对于一般的压载舱室的管路，在同一区划都布置有阀门，因此一个区划的破损不会引起其他舱室的连续进水。但本船设有横倾舱室，为便于维护,其阀门布置在横倾泵室附近。这种布置在C区划破损时，虽然5号边压载舱(左舷)、6号边压载舱(左舷)舱室没有破损，但水会通过C区划破损的管路进入这2个舱室；同样，B区划破损时，6号边压载舱(左舷)虽然没有破损，但水会通过B区划破损的管路进入该舱室。

处理方法有2种：第1种是使用舱室联通的方法。这种方法比较简单，即5号边压载舱(左舷)、6号边压载舱(左舷)的管路在1号燃油舱内，1号燃油舱破损时联通5号边压载舱(左舷)和6号边压载舱(左舷)；同样，5号双层底压载舱联通6号边压载舱(左舷)。但是这样分舱获得因子会受影响，因为5号双层底压载舱破损的范围很大，造成6号边压载舱(左舷)进一步进水的情况较多。而实际上，6号边压载舱(左舷)的管路靠近船舶中心线，可以通过设置船宽方向的分隔减少其破损的情况。

第2种方法：把管路加入该舱室的模型定义，并增加船宽方向的分隔。这种方法稍复杂，但会获得更大的分舱因子。另外，还需要对原来布置靠舷边的管路进行修改，使其靠近中心线，降低破损的概率，如图3中的虚线。

图3 特殊的管路布置

4.2合理使用舱室联通表格以提高计算精度

与一般船舶不同，货舱与其联通的交通通道、通风管道等处所的容积相对较大，如果简单的将其定义为一个区划，会因其货物处所与其他处所规定的浸水率不同，造成计算误差。通过定义为不同的区划，定义不同的浸水率，且通过舱室联通表格将其联通，确保了不同区划破损时正确的计算结果。

4.3细化分舱表格以提高分舱因子

一般情况下，分舱位置选取水密舱壁处。最初计算本船纵向上分为16个区划，由于没有考虑局部的布置，如上所述的货舱通道区划等，因此获得的分舱因子较小。需要考虑对这些处所在横向、纵向上进行细分，最终纵向上分为19个区划，横向上也增加了分隔，分舱因子显著提高。

4.4考虑较小的进一步进水以提高分舱因子

为保证计算精度，机舱双层底的小舱也都分别进行了定义，如图4中溢油舱和油渣舱。在计算中发现个别工况原本可以生存的，却没有生存。比如某个破损工况，由于半宽没有包含溢油舱室，溢油舱没有破损，但溢油舱的通风开口被淹没，导致s=0。另一侧破损亦然。考虑到该2个舱室都比较小，容积仅为30.9 m3，因此根据SOLAS规定：“如果证实累进进水的影响能易于控制并且不损害船舶的安全，则主管机关可允许较小的累进进水”，在计算时修改了破损范围，即溢油舱也加入了破损舱室，对船舶破损后的浮态几乎没有影响，使其生存获得了更大的分舱因子。