双壳散货船中横剖面形式方案设计

刘颂军

(集美大学福建省船舶与海洋工程重点实验室，福建厦门 361021)

双壳散货船中横剖面形式方案设计

刘颂军

(集美大学福建省船舶与海洋工程重点实验室，福建厦门 361021)

为满足国际船级社协会(IACS)提出的散货船双舷侧结构提案，在174 000 t单舷侧散货船基础上开发了双舷侧散货船。双壳散货船中剖面设计时，在满足规范公约及船东的要求基础上，必须首先要确定结构形式的方案。由于不同规范公约要求，有时会相互牵制，所以在满足各种要求的基础上，选择最优的方案，才是设计追求的目标。

双壳船体;散货船;中横剖面;方案设计

0 引言

传统类型散货船的结构为单舷侧结构，平时见到的散货船的结构以这种类型居多。由于国际船级社协会(IACS)曾提出散货船双舷侧结构提案，并有船东对此类型船有建造意向，基于这些因素，在前期开发的174 000 t单舷侧散货船(以下称“母型船”)基础上又开发了174 000 t双舷侧散货船(以下称“双壳船”)。在满足船东使用要求的前提下，必须以满足船舶设计的安全性和经济性为首要目标，同时考虑结构设计方案的合理性。

1 船舶主尺度确定

大型散货船总体性能设计和结构设计是船舶设计的基础，在船舶方案设计的初期就要考虑这些因素。在确定船舶主要要素数据和总体布置方案时，要考虑中横剖面的结构布置，因为中横剖面的设计关系到结构设计全局的合理性。

174 000 t散货船以运输铁矿石为主，兼顾谷物运输，往返于巴西—中国、澳大利亚—中国。在确定主尺度参数方案时必须考虑到该船型的航线、码头和船厂自身船台大小的限制等因素。

由于174 000 t单壳散货船(母型船)线型已做过船模试验，试验结果良好，为保证船舶快速性，故采用同一个线型。

174 000 t双壳散货船的主尺度确定，仅需考虑调整型深和结构吃水。考虑到单壳船变双壳船增加了空船重量，以及公约等其他要求，初步确定3种方案，见表1。此3种方案哪一个最合理，还要看方案是否满足公约规范和船东的要求，各种相互限制的因素是否达到最优。

表1 174 000 t双壳散货船主尺度方案 m

母型船:结构吃水为 18.10 m时，排水量Δ1=198 386 t;结构吃水为 18.20 m时，排水量Δ2=199 657 t。空船重量LW=23 600 t，货舱总容积=192 080 m3。

2 母型船基本结构形式

母型船中剖面划分以下几个基本区域:

(1)双层底区域:纵骨架式，纵骨间距0.86 m;双层底高度为2.45 m。

(2)底边舱:纵骨架式，纵骨间距0.86 m;底边舱上顶点距基线8.6 m。

通常情况下，为了装卸谷物的清仓方便，底边舱斜坡板与水平线夹角为45°，顶边舱斜坡板与水平线夹角为30°。

(3)顶边舱:纵骨架式，纵骨间距0.86 m;顶边舱下顶点距基线17.33 m。

(4)舷侧:横骨架式，骨材间距0.91 m。

(5)甲板:纵骨间距 0.86 m。

174 000 t单壳散货船中横剖面结构布置形式如图1所示。

图1 母型船中横剖面(单位:m)

3 种不同设计方案的对比分析

规范公约的规定和船东要求及设计难点:

(1)SOLAS要求货舱区双边壳的距离不能小于1 m。

(2)IMO双边壳内固定式永久检验通道(PMA)的布置。

(3)货舱总舱容不能小于186 000 m3。

(4)载重量不小于174 000 t。

(5)满足B60型船舶干舷要求。

(6)满足散货船协调入级符号及相应装载工况URS25要求。

为了同时满足上述要求，在前面3个双壳散货船主尺度的基础上，对比母型船，考虑了对应的3种方案，如图2所示。图中，上甲板梁拱高1.1 m，水平直线段距船中半宽2.86 m。

图2 3种方案结构形式示意图(单位:m)

3.1 方案1

(1)根据PMA要求，货舱区横骨架式通道孔宽度不小于0.6 m，且通道上人孔的下沿到通道平台的距离不超过0.6 m，否则必须加装踏步。双舷侧内水平桁间距不能超过6 m，否则将另外设置固定式永久检验通道。此方案中双壳内通道平台间的距离分别为4.4、4.33 m，所以不必另外设置固定式永久检验通道。通道人孔的宽度为0.6 m，人孔下沿到对应平台的高度为0.6 m，此设计均满足散货船PMA对双边壳的要求。

(2)货舱区双边壳的距离是否满足1 m要求:双边壳在中横剖面处设置宽度为1.2 m，满足IMO要求，关键在于全部货舱区是否都满足这个要求。首部线型变化较小，相对容易满足要求，设计方法与尾部相似。由于该方案尾部货舱区线型曲率变化很大，很难满足要求，因此，内壳纵舱壁的布置不宜设置过多的折角线，否则会增加施工建造的难度。设计时可考虑在尾部货舱区，型深方向内壳设置2道折角线。此方案中，在Fr82处内壳与外板最小距离为0.903 m，小于1 m，不能满足IMO公约要求。

(3)好望角型散货船共有9个货舱，根据确定的折角线方案，算出货舱容积为173 450 m3，小于规定的186 000 m3，不能满足船东要求。

(4)根据ICLL66载重线公约1988修正案，计算此方案的干舷F:

式中:F0为B型干舷列表经过A型与B型船列表差60%修正过的干舷值，F0=3.66 m;F1为船长在100 m以下的船舶干舷修正值，F1=0 m;F2为方形系数修正，F2=0.507 m;F3为计算型深修正，F3=1.513 m;F4为对上层建筑和凸形甲板的干舷减除修正，F4=-0.013 m;F5为与标准舷弧差异的干舷修正，F5=0.802 m。

利用型线图，经过计算，干舷F=6.469 m。

设计干舷F'=计算型深-结构吃水=6.55 m，大于计算干舷6.469 m，满足载重线公约要求。

(5)载重量

由于双壳设置和顶边舱、底边舱的变化，空船重量经过估算相比单壳船增加了1 100 t。

载重量=Δ1-LW=173 686 t，没有满足载重量不小于174 000 t要求。

3.2 方案2

因为方案1舱容不足，所以考虑将顶边舱、底边舱空间适当减小，以增加货舱容积。

第9货舱区双边壳最小距离小于1 m，将中剖面双边壳的距离加到1.4 m，载重量不足增加0.1 m吃水，加以弥补。

(1)根据PMA规定，货舱区横骨架式通道孔宽度0.6 m，且通道上人孔的下沿到通道平台的距离0.6 m。此方案中双壳内通道距基线7.5 m平台与13 m平台之间的距离分别为5.5 m，距基线13 m平台与18 m平台之间的距离为5 m，不超过6 m，因此不必另设固定式永久检验通道。

(2)货舱区双边壳的距离是否满足1 m要求:双边壳在中横剖面处设置宽度为1.4 m，关键在于全部货舱区是否都满足这个要求。型深方向内壳设置2道折角线，折角线在线型曲率大的尾部货舱区经过仔细考虑，在Fr82内壳与外板出现最小距离为1.316 m，大于1 m，满足IMO公约要求。

(3)根据确定的折角线方案，算出9个货舱容积为182 450 m3，小于186 000 m3，仍不能满足船东的要求。

(4)方案2的计算干舷F与方案1相同，F'=6.469 m。

设计干舷F=6.45 m，小于计算干舷6.469 m，不能满足载重线公约要求。

(5)载重量

由于双壳设置以及顶边舱、底边舱的变化，空船重量经过估算增加了1 200 t。

载重量=Δ2-LW=174 857 t，满足载重量不小于174 000 t要求。

3.3 方案3

从方案1、方案2的结果可知，两方案舱容均没有满足最小舱容186 000 m3要求。考虑中剖面双边壳间距减至1.3 m，可适当减小顶边舱和底边舱的容积。另外，尾部第9货舱区的双边壳的间距为1.316 m，裕度较大也可以减小。方案2设计干舷差为0.045 m，所以考虑型深增加0.1 m。

(1)此方案中双壳内通道距基线7.3 m平台和13 m平台之间的距离为5.7 m，距基线13 m平台和18.75 m平台之间的距离为5.75 m，均不超过PMA规定的6 m，因此不必另设固定式永久检验通道。

(2)对货舱区双边壳内壳板折角线重新设计，在Fr81内壳与外板出现最小距离为1.131 m，大于1 m，满足IMO公约要求。

(3)根据确定的折角线方案，算出9个货舱总容积为186 950 m3，大于186 000 m3，满足要求。

(4)方案3的计算干舷与方案1、方案2相同，F=6.469 m。

设计干舷F'=6.55 m，大于计算干舷6.469 m，满足载重线公约要求。

(5)载重量:由于型深增加0.1 m及双边壳的变化，空船重量增加1 350 t。

载重量=Δ2-LW=174 707 t，满足载重量不小于174 000 t要求。

3种方案结果对比表见表2。

表2 3种方案结果对比表

通过上表可以看出，方案3满足了上述5个要求条件，因而是此3个方案中最佳方案。

3.4 方案结果说明

(1)在方案设计过程中，货舱舱容不是越大越好。因为货舱容积过大，将导致压载舱容积变小，使船舶重压载离港时的船舶浮态不能满足 IACS、URS25中BC-A关于螺旋桨浸没比大于60%及首吃水不小于0.03 L(船长)或8 m两者最小值的要求［3］。

(2)在进行干舷校核时，计算型深虽未考虑干舷甲板边板的厚度，但可以满足规范要求。

(3)每种方案都进行了骨材的合理布置和结构规范计算，参考相似的母型船，采用合理恰当的估算方法，得到了较为准确的空船重量估算。

(4)设计时均已考虑了底边舱斜坡板与水平线夹角45°、顶边舱斜坡板与水平线夹角30°的要求。

(5)中剖面设计时，还要考虑舱口盖尺寸大小的要求，这关系到船舶在码头装卸货效率。本文3个方案均满足船东对舱口盖尺寸的最小要求。

4 结语

本文介绍了双壳散货船中剖面方案设计的思路过程。设计时需要通过多次的结构布置与总体性能的综合考虑计算，才能找到最佳的设计方案。此次174 000 t双壳散货船的开发取得了实际意义，获得了一家国外船东共计12条船的订单，并建造完成交付使用。该船交付使用多年后安全运营，得到了船东认可，也为今后设计类似船舶提供了参考依据。

［1］ 顾敏童.船舶设计原理［M］.上海:上海交通大学出版社，2001.

［2］ 桑松，林焰，纪卓尚.船舶初步设计阶段智能决策支持系统的应用［J］.上海交通大学学报，2003，37(8):1238-1241.

U662.2

A

2015-01-04

刘颂军(1974—)，男，工程师，从事船舶设计工作。