19．9 m推船设计

李云芸，陈 锋

(1．江苏省船舶设计研究所有限公司，江苏镇江212003;2．江苏大津重工有限公司，江苏 镇江212221)

0 引言

19．9 m推船主要用于斐济沿海采矿区顶推或拖带装载矿砂的驳船，组成推驳或拖驳船队，使矿砂驳在采矿区与卸载码头之间来回运输。该船船体为钢质、单底、单甲板、横骨架式结构，采用双柴油机、双支点舵、固定导管螺旋桨推进方式。基于本船尺度小、作业设备多，设计时需综合考虑设备布置位置以及线型与被顶推船结构配合情况，并合理布置油水舱位置，确保船舶满载和空载时均处于适当的平衡状态。由于该船主甲板结构负荷大、受力复杂，因而针对不同作业工况，必须建立有限元几何模型进行强度直接计算，以确保结构安全可靠。

19．9 m船入法国BV船级社船级，悬挂斐济国旗，设计中既要满足BV船级社要求，又要满足斐济船舶检验局相关规定，两者的规定和要求许多方面不完全相同。对总体设计人员来说，除了具备丰富的船舶设计经验以外，还需要熟悉所有相关规范，才能避免后续详细设计时过多的调整和改动。

1 主要参数

总长 19．90 m

型宽 8．00 m

型深 3．45 m

设计吃水 2．50 m

燃油舱容 ～75 m3

自由航速 10 kn

系柱拖力 200 kN

船级符号

BV I?HULL?MACH，TUG，COSTAL AREA

2 总体布置和线型特点

2．1 总体布置

19．9 m推船采用单底、单甲板，主甲板上方设有两层甲板室。

(1)主甲板以下船体由3道水密横舱壁分隔为艏尖舱/艏压载舱区、艏部油水(储物)区、中部机舱区和艉舵机舱区4个区域。按斐济船舶检验局相关规定，所有燃油舱与淡水或压载水舱间均应设置隔离空舱，以避免压载水受油污染。

(2)主甲板艉部为作业区域，布置有拖缆绞车、拖钩、艉拖桩、边绞车等设施。中部为第1层甲板室，布置有机舱通风及排气通道、甲板储存间、下机舱梯道、卫生间、厨房、餐厅等舱室。首部为锚泊及顶推作业区域，有艏拖桩、锚机、艏工作绞车、顶推架等设施。第2层甲板室为四周视野开阔的驾驶室，便于各种航行和作业工况时观察。

2．2 线型特点

该船线型设计以简洁、方便施工为原则，舭部线型采用双折角线型，使横剖面船底和舷侧均为直线以简化工艺、方便施工。主甲板从船中到艉部为平直无舷弧，艏部主甲板采用宽平船艏、纵向平直斜升高形式，便于在船艏设置顶推架顶推驳船。船底线型在艉部导管位置采用浅隧道，并将部分导管插入船体内以避免因船舶空载时底部抬升过高致使船艉露出水面。线型设计时还需根据船舶的重心和油水布置情况调整浮心纵向位置，确保船舶满载时处于正浮状态，空载时保持适当艉倾以加大螺旋桨吃水深度，提高推进效率。

3 顶推和拖曳设备配置

对推拖船来说，配置适当的作业设备是船舶能够实现其使用功能的重要因素。本船以顶推作业为主，兼顾艉部拖带和艏部倒拖作业。

(1)船中主甲板Fr13位置设1台SWL 200 kN拖钩、拖桩，Fr2设1只SWL 200 kN启闭式拖缆孔，且在Fr15位置设1台80 kN工作绞车，用于该船艉部拖带作业使用。工作绞车的参数为:

载荷@速度 80 kN@6 m/min

绳径@容绳量 24 mm@250 m

制动力 240 kN

(2)船艏主甲板Fr35位置设1只SWL 120 kN双系柱拖桩，用于该船艏部倒拖作业使用。

(3)船艏两舷平台甲板上分别设置1台100 kN的艏工作绞车，用于顶推作业时推船与驳船之间的系结。艏工作绞车的参数为:

载荷@速度 100 kN@6 m/min

绳径@容绳量 18 mm@20 m

制动力 200 kN

(4)被顶推驳船的长×宽×深×吃水为54 m×18 m×4 m×2．5 m。本船在主甲板Fr13两舷位置各设置1台150 kN的边工作绞车，缆绳从该绞车向后引出，通过Fr5处导向滚轮转向后与被顶推驳船两舷拖力眼板系结。当船队需要调整航向时，通过该2台绞车和艏部平台上的工作绞车分别收紧和放松缆绳，与船舶自身的舵系统配合使船队前进方向产生偏移。边工作绞车的参数为:

载荷@速度 150 kN@6 m/min

绳径@容绳量 24 mm@50 m

制动力 250 kN

(5)船艏设置间距4 m，高度4．9 m的顶推架，以便在驳船满载和空载时均能进行顶推作业。

19．9 m推船顶推和拖曳设备的布置见图1。

图1 顶推和拖曳设备的布置

4 结构特点

常规推拖船结构设计均参照相应的规范要求进行。由于船舶尺度小，艉部的甲板作业机械均布置于机舱上方Fr11至Fr15间主甲板上，且主甲板在Fr13至Fr18间尚有2个2 500 mm×1 650 mm的大舱口，致使该船甲板空间受限。拖桩和拖缆绞车位于两舱口盖中间位置，2台150 kN的工作绞车则布置于舱盖角隅位置，所以对该部分的甲板结构需要特别加强。

由于甲板下方为机舱，因此甲板结构加强需与机舱布置统一考虑，以避开机舱设备的位置。实船在Fr13拖桩位置和距中2．4 m角隅处以及Fr16距中450 mm甲板下共设置了8根支柱作局部加强。同时，考虑到作业时该部位甲板结构负荷大、受力复杂，按拖钩和拖缆绞车以及边绞车分别作业时的受力情况，对甲板结构建立有限元几何模型并进行强度直接计算，以确保结构安全可靠。有限元舱段模型如图2、图3所示，各构件许用应力计算结果见表1～表3。

图2 拖桩、拖缆绞车底座位置有限元局部舱段模型

图3 边绞车底座位置有限元局部舱段模型

表1 拖钩工作时各构件许用应力及其计算结果 MPa

表2 拖缆绞车工作时各构件许用应力及其计算结果 MPa

本船作业工况多，按照法国船级社审图意见，实船对艏拖桩、艏工作绞车平台和底座均建立了有限元几何模型并进行了强度直接计算。实际计算结果显示，结构强度均满足要求。

表3 边绞车工作时各构件许用应力及其计算结果 MPa

5 结语

与常规沿海推拖船相比，本推船尺度小，油水舱多，作业工况和甲板上作业设备多，总体设计时需重点考虑以下方面:

(1)合理布置设备的位置，必要时需与甲板结构加强同时考虑。

(2)合理布置油水舱位置，确保船舶满载和空载时均处于适当的平衡状态。

(3)艏部线型须与被顶推驳船艉部结构配合，以便实现有效的顶推作业。

(4)除了对绞车、拖桩等拖曳设备下甲板结构特别加强以外，对导向滚轮、拖缆孔、顶推架等受力较大的设备尽可能布置在舱壁或强构件位置，并对该部位甲板结构进行加大、加强处理。

(5)本船入法国BV船级社船级，悬挂斐济国旗。设计中既要满足BV船级社要求，又要满足斐济船舶检验局相关规定。BV船级社规范和斐济船舶检验局规定在许多方面不完全相同，例如:航区界定、防污染措施、消防救生设备要求、某些构件强度要求等，通常的做法是采用“拔高”原则，即取两者要求的上限，在不能满足的情况下，还需要与相关部门沟通，豁免部分要求。

［1］ 李云芸．营口港3 530 kW全回转拖船的设计［J］．江苏船舶，2002，19(3):1-3．