管路布置对特种用途船破损稳性的影响
2019-10-31姜广煜
高 慧 姜广煜
(1.天海融合防务装备技术股份有限公司 上海201612;2.上海中船船舶设计技术国家工程研究中心有限公司 上海 200114)
引 言
近年来航运业高速发展,海上交通越来越繁忙,船舶在航行中可能会发生碰撞、触礁、搁浅等造成船体破损的事故,这些虽是偶然事件,但可能会造成严重后果,甚至会使生命财产遭到重大损失。因此在船舶最初设计时,需要全面考虑船舶可能发生的破损,分析船舶进水情况,预估破损后的残存状态,从而采取措施改进设计,保障船舶的破损稳性。
为保障船舶的破损稳性需要,水密舱壁将船体分隔成适当数量的舱室,但船舶内部有着错综复杂的管路或管隧、通风管等,它们穿梭于船体的各个角落。若这些管路在破损范围内,又没有遥控阀门,那么海水会通过破损的管路或管隧流到管路的另一末端所在的舱室,这种延伸进水会对船舶破损稳性造成影响。本文着重分析管路各种走向对船舶破损稳性的影响[1-3]。
本文以某饱和潜水支持船(附加SPS船级符号)作案例,在该船基本设计时,对如何布置船舶内部管路走向,提高破损稳性作了大量的计算及研究,对这些计算结果进行比对,最终选取最优管路走向,提高了该船破损后的残存稳性,保证了船舶破损后的安全。
1 案例船背景介绍
本文以饱和潜水支持船为例,该船是一艘先进的,可在大部分环境状况下作业,并且具有良好操纵性和定位能力的深海工程船。总长124 m、船宽24.0 m、型深10.2 m、夏季吃水7.30 m、总人数120人,首部为居住区及工作区,尾部主甲板上为载货区(参见图1)。若船体内部各个舱室通风管路均可以无障碍垂直向上通出主甲板,则管路走向布置对本船破损不会产生影响。但该船露天甲板上设有载货区域,甲板下载货区的舱室通风管不能直接垂直延伸至主甲板面载货区域,需穿过其他边舱后垂直向上穿出甲板面。以下针对甲板载货区域下的舱室通风设计了三种管路走向,并分别评估了对船破损稳性的影响。图1为饱和潜水支持船平面图。
图1 饱和潜水支持船平面图
2 管路走向布置方案1
2.1 管路走向布置设计
舱室通风管路为避免垂直伸到载货区域,需横向走到舷侧舱室再伸出甲板面,下页图2为典型剖面管路走向示意图。舷侧聚集了大量的管路,且这些管路是无阀设计。船舶在航行过程中,若发生舷侧碰撞性破损,大量海水将会通过破损管路流向中间舱室。如图2,阴影部分为破损范围(船舶任一舷侧都可能发生破损,下文仅以一侧破损为例分析,另一侧类似),破损后水会沿着管路流向其他舱室,即舷侧小范围破损,将会扩至更大范围的进水,水密舱壁形同虚设[2-5]。
图2 方案1 典型剖面管路走向示意图
2.2 载货甲板区域下管路布置
上述只描述了一个典型示意图,甲板下还有很多类似布置,船舶甲板舷侧则会有密密麻麻的透气管头伸出。舷侧如果大面积的碰撞破损,这些管子也会一同连着破损进水,通过这些管子透气的舱室自然也会全部被延伸进水。管路平面布置见图3(仅显示载货区域下的管路布置)。
2.3 舷侧破损分析
舷侧破损范围为管路平面布置图上舷侧阴影区域, 剖面分舱模型见图4, 破损进水舱室见下页表1。
图3 方案1 管路平面布置图
图4 剖面分舱模型图
表1 破损进水舱室
分析结论:破损后船舶状态如图5所示。舱室在延伸进水后,船舶已180°侧翻。图6显示船舶复原力臂GZ已为负值,表示船舶已完全丧失稳性,发生倾覆。
图5 方案1 破损后船舶状态
图6 方案1 破损后船舶稳性曲线
3 管路走向布置方案2
3.1 管路走向布置设计
船舶破损后,船处于大倾角倾斜状态,水位正常情况下是无法到达船舶中心线高处。这就形成了一个安全角落,船只要不翻沉,不管怎么倾斜,船舶中心线高处始终有一小部分是干燥的。把焦点对准该干燥处,由于甲板装货缘故,透气管必定要走舷侧,然而走了舷侧必定破损,既然阻止不了管子破损,那么就该考虑阻水不扩散。经反复研究,设计出图7的管路走向,所有穿水密舱壁的管路必须在进入其他破损区域前穿过干燥区域。
图7 方案2 典型剖面管路走向示意图
3.2 载货甲板区域下管路布置
需穿舱的管路先拐向船舯干燥区,再走向舷侧 穿出,管路布置见图8。
图8 方案2 管路平面布置图
3.3 舷侧破损分析
分析结论:表2为破损进水舱室,破损后船舶状态如图9所示。舷侧舱室破损后,因管路穿到船中干燥区,水无法晃过干燥区而流入其他舱室。由下页图10可以看出,船破损后横倾角达到13.9°,且还具有剩余稳性,剩余稳性范围14.6°,船舶破损后可以自存。
表2 破损进水舱室
图9 方案2 破损后船舶状态
图10 方案2 破损后船舶稳性曲线
4 管路走向布置方案3
4.1 管路走向布置设计
上述方案是基于如何设计管路走向来避免延伸进水,其实换个角度思考,发生延伸进水并非只有不利之处,也可以将其引向有利方向。延伸进水若能平衡船舶的倾斜,减小横倾,这将会大大提高船舶的破损稳性。经研究,设计出图11的管路走向,所有需穿舱的管路均往相反方向走,即左舷管路往右舷出,右舷管路往左舷出。
图11 方案3 典型剖面管路走向示意图
若左舷管路破损,海水则会通过左舷管路破损口流向右舷,进入右舷舱室,从而减小横倾角度,提高船舶的破损稳性。
4.2 载货甲板区域下管路布置
管路交叉走向的平面管路布置见图12。
4.3 舷侧破损分析
分析结论:表3为破损进水舱室,由破损分析图13和图14可以看出,船舶破损后,横倾角度达到8.3°,具有17°的稳性范围,表示船舶破损后可以自存。
表3 破损进水舱室
图13 方案3 破损后船舶状态
图14 方案3 破损后船舶稳性曲线
5 方案选择及比较
表4所示为三种方案优缺点对比。该船方案2与方案3均适用,但综合考虑后最终选择了方案2的管路走向,从而避免船舶因延伸进水而引起的破损稳性不足。该方案已得到DNV及CCS的认可,现已成功交船并投入使用。
表4 三种方案对比表
6 结 语
在船舶设计过程中,特别是破损稳性紧张的船舶,管路走向是重点也是难点,本文解析了三种方案,这三种方案基本能够涵盖目前特种用途船舶的管路走向。希望本文的研究,能够对后续船舶的设计及研发提供帮助。