制约舟山特定航线江海通航20000DWT散货船经济性的关键技术

李建新 林勇

摘 要：改善船舶经济性最显见效果的方法是减小船舶干舷。本文对影响舟山特定航线江海通航20000DWT散货船最小干舷的几个关键因素加以研究，给出了通过甲板上浪耐波性水池模型试验确定形状干舷的方法，并对模型试验存在的问题，提出了解决对策。

关键词：船舶经济性；形状干舷；江海通航

中图分类号：U674.13 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2016）08-0054-02

改善船舶经济性最显见效果的方法是减小干舷增加吃水，继而增加船舶载货量。现行的船舶技术法规要求江海通航船舶按照较高级别的航区计算干舷，即按海船的要求计算船舶干舷，显然不能令船东满意。本文通过对舟山特定航线江海通航20000DWT散货船干舷主要因素的研究，提出核定船舶干舷的新思路，有望显著提升船舶经济性。

1 船型概况及江海干舷比较

本文研究的舟山至长江江海通航验证船为20000DWT散货船，主尺度为：两柱间长Lpp=149.80m、型深D=11.80m、型宽B=24.00m，设计吃水d=8.70m（B-60型干舷），设置三个货舱。此船型按内河A级航区B型船校核干舷为1.012m，按遮蔽航区B-60型船校核干舷为3.112m，两者干舷差为2.10m，对应载货量差值为7271吨。

2 干舷影响因素分析

按现行船舶技术法规，船舶最小干舷由以下三方面决定：即强度干舷、稳性干舷、形状干舷，取三者要求的最大值作为最小干舷值。下面以验证船为例，就影响干舷的相关要素加以研究（初步论证干舷取为1.812m）。

2.1 强度干舷

总纵强度的计算工况包括了均匀满载出港（d=10m）、到港工况，压载出港、到港工况。各工况静水剪力、弯矩均不超过许用静水剪力、弯矩值。最大的静水弯矩值出现在压载出港工况FR109，占许用静水弯矩值的81%。最大的静水切力值出现在满载到港工况FR37，占许用静水切力值的89.9%。

实船可要求船舶配置装载仪，掌控每一航程的实船总纵强度。

以上分析证明，强度干舷取至1.812m是可行的。

2.2 稳性干舷

稳性干舷由完整稳性和破损稳性两方面组成。

2.2.1 完整稳性

按《国内航行海船法定检验技术规则》（2011）近海航区满载工况（d=10m）计算完整稳性衡准系数K=lq/lf=131，可富裕满足。

2.2.2 破损稳性

（1）按《国内航行海船法定检验技术规则》（2011）B型船概率法校核破损稳性。经计算，最深吃水10m时分舱指数实际值A（=0.5349）>分舱指数要求值R（=0.5198），可以满足概率法破损稳性衡准要求。

（2）货舱区域采用了双底双舷侧结构。按货舱区域单独的底部破损及舷侧破损确定法计算破损稳性，均能满足衡准要求。尽管现行技术法规无此要求，但从另一侧面证明此船型具有足够的抵御破损能力。

如上分析，稳性干舷取至1.812m是可行的。

2.3 形状干舷

形状干舷是本船型干舷问题的焦点，形状干舷的确定主要考虑以下因素：

（1）货舱盖风雨密性；

（2）人员保护；

（3）甲板上浪。

2.3.1 货舱盖风雨密性

货舱盖风雨密性主要取决以下三方面因素：

（1）船体货舱口的扭转变形；

（2）货舱盖挠度变形；

（3）货舱盖与船体的有效固定。

2.3.1.1 船体货舱口的扭转变形

通过对验证船按远海航区进行扭转强度计算，计算结果如下：

开口范围..................... 从站号2到站号8

平均扭转角................... 0.0004118deg/m

开口对角线伸长............... 0.7 mm

《国内航行海船建造规范》（2015）要求：强力甲板舱口的平均扭转角一般不超过0.006度/m，强力甲板舱口为对角线伸长一般不超过35mm。扭转强度计算表明，货舱口变形量在《国内航行海船建造规范》（2015）允许范围内，且船体货舱口的扭转变形远小于允许值。

2.3.1.2 货舱盖挠度变形

《国内航行海船建造规范》（2015）对甲板上浪均布载荷引起的舱盖挠度变形不作要求，认为变形是可忽略的。为安全起见，可进一步通过有限元建模计算舱口盖的挠度变形。

2.3.1.3 货舱盖与船体的有效固定

散货船舱口盖可按国际航行无限航区散货船舱口盖要求设置横向限位装置、纵向限位装置、下压式压紧器装置，此套装置为成熟技术，已为实船广泛验证，可确保恶劣海况下能承受由于船体变形所引起的舱口盖与舱口围板间的相对位移。

为安全起见，可进一步参照船长150m以上国际航行散货船要求，设置货舱进水报警装置。

如上分析，货舱盖的风雨密性可以得到有效保证。

2.3.2 人员保护

可在货舱区域舷侧顶边舱设置船员通道解决人员保护问题，并在顶边舱水密舱壁处设置水密门，驾驶室显示水密门的开闭状态。可保证恶劣海况下船员可安全到达船首部进行作业。

2.3.3 甲板上浪

甲板上浪排除的及时性和有效性可通过耐波性水池模型试验加以确定。

2.3.3.1 船型优化

对20000DWT验证船船型进一步优化。去除尾部主甲板外走道，改为尾楼结构型式，可减小45度尾斜浪工况下甲板上浪。首楼在满足驾驶可视范围条件下尽可能升高，并使首楼线型作外飘处理，以减小迎浪及45度首斜浪工况下甲板上浪。必要时，可将尾驾驶设置改为首驾驶室，进一步改善首部上浪状况。

2.3.3.2 上浪试验的多方案比选

通常甲板上浪耐波性水池模型试验可考虑以下多方案比较，选优确定最佳方案。

<方案1>参考液货船在干舷甲板两侧设置栏杆，可使上浪快速从两舷排除，且在货舱区干舷甲板两侧设置甲板排水管，对应排水口设置独立的自动止回阀。由于液货船甲板上浪已经过了实船验证，因而从类推角度出发，达到液货船（A型）2.5m干舷是完全可期的，可比现验证船（B-60干舷）增加2056吨载货量。

<方案2>在干舷甲板两舷设置下半部分栏杆，上半部分舷墙的混合结构，舷墙的高度可高出主甲板1.2m左右，栏杆与舷墙的高度比例可另作多方案比较。并在货舱区干舷甲板两舷设置甲板排水管，对应排水口设置独立自动止回阀。在尾楼和第三货舱间的FR36- FR37主甲板区设置两个5立方左右的排水阱，将干舷甲板出现的冗余积水用泵动力排出舷外。

若通过上浪耐波性试验证明验证船形状干舷取至1.80m可行，可比现B-60干舷时增加4478吨载货量，即增加21.5%载货量。

2.3.3.3 存在的问题

现阶段存在的突出问题是：目前国内外没有甲板上浪耐波性试验衡准标准，诸如甲板上浪允许的船舶升沉数据，甲板上浪允许的频率及上浪允许的排除时间等，这方面的试验衡准标准是个空白，需要作进一步的研究。

2.3.3.4 解决措施

一种较为可行的办法是：首先将按B-60校核干舷（干舷取为3.112m对应船模缩小比例的数据）的验证船船模，按远海航区30年一遇波浪进行加载，做甲板上浪耐波性试验，得到上浪试验的相应数据，作为后续江海通航船的试验衡准标准。再将已掌握的舟山至长江口波浪加载至目标船模（干舷取为1.812、2.112、2.412m等一组对应船模缩小比例的数据）， 做甲板上浪耐波性试验，得到上浪的试验数据。因前者已为实船广泛证明是安全的，将后者船舶升沉、甲板上浪频率及上浪排除时间等试验数据与前者进行比对，确定两组试验关键数据相近时的干舷值作为此江海通航船型的形状干舷值。

3 结 语

综上所述，最小干舷是影响船舶经济性的关键因素。通过分析论证，证明形状干舷是本船型最小干舷的决定因素。形状干舷可以通过甲板上浪耐波性水池模型试验加以确定，试验衡准标准可通过将远海航区同型船与特定航线江海通航船舶上浪耐波性水池试验类比方法加以解决，从而打通船舶经济性遭遇的技术瓶颈，使江海通航散货船的经济性取得突破性提升。

参考文献：

[1]中华人民共和国海事局.国内航行海船法定检验技术规则[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2]中国船级社.国内航行海船建造规范[S].北京：人民交通出版社，2015.

[3]中国船级社.钢质海船入级规范[S].北京：人民交通出版社，2012.

[4]刘家新，蔡岭梅.风浪中船舶稳性衡准研究[D].武汉造船，1995，1.