中等海况条件下起重船起吊作业时的稳性分析

郝铭渲 李欢 李元哲

摘要：随着陆上资源的开发趋于饱和，海洋资源尤其是深海资源成为了开发的热点，而开发所依靠的大型海上工程设施，需要起重船作为重要的辅助船舶。在起重船的起重量不断提高的同时，对其在各种工况下的稳性和浮性也提出了更高的要求。起重船在工作时的稳性和浮性是保证其作业安全与质量的重要前提。本文针对船舶在作业时的稳性问题，利用船舶原理中的计算方法，研究“徳瀛”号回转式起重船在起吊作业时的稳性并得结论

关键词：起重船；船体稳性；船舶原理；稳性校核

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）22-0067-03

一、绪论

1.起重船介绍。起重船，是海洋工程建设中的重要辅助工程船，又名“浮吊”，在海洋交通运输、海洋石油勘探开发、海上工程建设、港口货物装卸、造船工业、水下救援等领域均有广泛使用。

2.起重船分类：起重船根据分类依据的不同有多种分类方法，以下按照功能可分为：主要用于海上吊装、拆卸大型工程设备的大型起重船，普遍装设回转式起重机，起重量较大；主要用于铺设海底管线的起重铺管船，其上装有回转式起重机和铺管专用设备；用于大型水上工程吊装的起重船，其上多数装设固定臂架式起重机，但由于无法灵活调动正逐步被回转式起重机取代。桁架式臂架，因其力与力矩传递合理、材料的材质轻强度高，结构受风面积较小等优点，将逐步替代板梁、箱型梁臂架；由于起重船作业时的倾覆力矩（起重量×吊幅）相当大，起重船的回转支承机构已全部采用多排滚轮，其支柱为焊接在船舶主甲板上的直径25—40m圆筒，并由主甲板延伸到船底，形成牢固的船体结构。

3.起重船特点。（1）起重船总体特点：较大的甲板面积，以便安装大型起重机，同时方便进行回转起重作业。常规船：常规船宽度与吃水之比约为2—3，远低于起重船（一般为6—14）。（2）起重船稳性特点：大型起重船稳性的特点是因其作业的特殊性所决定的；在短时间内起吊数百吨甚至上千吨重物，由此船舶排水量急剧增加；按规范，吊钩以上的上滑轮轴心处视为吊重货物的重心，该点常距离水平面数十米有时是上百米，短时间内全船重心提高很多，对船舶稳性极为不利；起吊重物的产生的巨大倾覆力矩，对浮态产生很大影响，静横倾角可能达到7—8°。

二、海况分析

海况等级划分。不同海况对应不同波级、风速等级：0级，风力0级，风速0—0.2m/s，水面平静无浪。1级，风力1级，风速0.3—1.5m/s，微浪，浪高0.1米，波纹、小波纹以及浪涌同时存在，但未形成浪花。2级，小浪，风力2级，风速1.6—3.3m/s，浪高0.1—0.5米波浪很小，波长短，但波形显著。3級，轻浪，风力3—4级，风速3.4—7.9m/s，浪高0.5—1.25米，波浪不大，波长变长，波峰开始破裂，伴随有白色浪花出现。4级，中浪，风力5级，风速8.0—10.7m/s，浪高1.25—2.50米，波浪形状明显，许多波峰破裂，形成白浪。5级，大浪，风力6级，风速10.8—13.8m/s，浪高2.50—4.0米，高大波峰开始形成，碎浪成白沫沿风向呈条状。

三、起重船稳性衡准

为保证起重船的安全，稳性衡准应考虑起重船在任何一种可能出现的危险状态下都有足够的稳性储备，保证其全寿命期的安全，但这相对难以实现，也没有必要。根据目前稳性研究的水平，稳性衡准考虑一种特定的危险状态即零速横风横浪状态，此时，船舶丧失动力和操纵能力，随浪浮沉，是最危险的情况。稳性衡准主要参照中国船级社（CCS）、法国船级社（BV）威船级社（DNV）的衡准标准，本文重点介绍和研究中国船级社衡准。

1.起重船应核算下列基本装载情况下的稳性。

（1）LOAD1：空船状态；（2）LOAD2：船舶压载出港情况，载有100%供应品和燃料，无货；（3）LOAD3：船舶载有100%/10%供应品和燃料的情况下，最大幅度起吊1700t货物的完整稳性；（4）LOAD4：载有100%/10%供应品和燃料的情况下，最大幅度起吊560t货物的完整稳性。

2.极限静倾角θc。起重船的极限静倾角θc定义为4/5舭部出水角，4/5上甲板边缘入水角，或横倾至剩余干舷为0.3m时的横倾角，取其小者；在避风状态下一般不超过8°；在作业状态下旋转式起重机不应超过5°。

3.起重船作业状态时的稳性计算。起重机在作业状态时的稳性应该满足下列条件：

（1）初稳性高

（2）稳性衡准数

公式（3.1，3.2）中符号说明：GM：实际计算得到的初稳性高，计及自由液面与悬吊重物对初稳性高度的影响，m；GM′：规范要求的最小初稳性高度，计及自由液面与悬吊重物对初稳性高度的影响，m；

4.实例计算分析。在船体坐标系中以指向船首为x轴正半轴，指向右舷为y轴正半，向上为z轴正半轴，针对全回转起重船的船体特点，在船体本身的坐标系上在起重机的位置增设一个局部直角坐标系如图1。

以最大起重重量为1700吨的“徳瀛”号全回转起重船为例进行稳性计算校核。船体主尺度参数：船体总长115m，型深45m，型宽9m，设计吃水5.5m，结构吃水5.9m。本文选择的工作载况如表1所示。

作业时船舶浮态计算结果：

计算结果如图2，3，4，5。

5.结论：（1）在作业过程中船体横倾角随着起重臂旋转而逐渐变化，在吊臂旋转到与船体中心线垂直的位置时，船体的横倾角达到最大，如果起吊重物过大或者作业半径过长均会导致船体浮态超出安全范围（横倾角<5°，纵倾角<2°）。（2）由图3、4可知船舶稳性满足要求并且有较大富裕，但是起重船稳性高较普通船舶大，横摇周期短，船舶摇摆剧烈，故现在更大起重量的起重船向着平台式发展。

参考文献：

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