某型大开口多用途船改型设计

马 民，金杨波

（沪东中华造船（集团）有限公司，上海 200129）

0 引 言

受 2008年金融危机的影响，造船业整体上呈现出增长乏力的态势。在此背景下，沪东中华造船（集团）有限公司建造的 17300t多用途船逐渐失去继续融资的优势，船东一度对后续船提出撤单的要求。面对严峻的经营形势，经过研究商洽，最终决定修改设计方案，在保证工期不严重延误的情形下，提升整船的装载能力，特别是提高承揽超长大件货的能力，实现可持续发展。

1 原船型设计

该船为球艏、球艉、双底、双壳、艉机型、可调桨、中速柴油机驱动的多用途货船，带有可吊离式中间甲板，有2个货舱，悬挂荷兰旗，既可装载散装谷物及其他散货，又可装运集装箱。上甲板舱口盖上可装运木材；1号货舱既可装运包装在集装箱或箱柜中的危险货物，又能装运散装固体危险货物。左舷设3台电动液压式克令吊，起重能力为60t×16m或40t×28m。

主甲板上设置钢质风雨密液压折叠式舱口盖，通过液压油缸操作。中间甲板上设置吊装式非水密舱口盖，其为封闭箱型平底式结构。将中间甲板舱口盖设置在20ft（1ft≈0.3048m）或40ft集装箱箱角处，可作为谷物分隔舱壁。艉部货舱舱口盖和艏部货舱后面的2个舱口盖通过纵舱壁上的埋入式可动插座支撑，中间甲板舱口盖可通过主甲板上的克令吊起吊。该船总布置图见图1。

图1 17300t多用途船总布置图

该船的主要参数为：总长143.00m；两柱间长 132.00m；型宽21.50m；型深13.30m；设计吃水7.60m；结构吃水9.69m；总载重11894t；主机Wärtsilä 8L46B；额定功率MCR 7800kW/500r/min；最大试航航速15.8kn；服务航速 15.4kn；定员24人；燃油舱舱容1400m3；轻柴油舱舱容215m3；装箱数959TEU。该船船级：LR 100A1, LMC, UMS, NAV1, ICE CLASS 1A FS, IWS, LI, STRENGTHENED FOR HEAVY CARGOES, ANY HOLD MAY BE EMPTY, CONTAINER CARGOES IN HOLDS, ON UPPER DECK AND ON UPPER DECK HATCH COVERS, WITH THE DESCRIPTIVE NOTES “PART HIGHER TENSILE STEEL,FCSA (plans)”。按照英国劳氏船级社规范设计，除了满足相关国际公约的要求以外，还满足圣劳伦斯水道等规则的要求。

2 改型设计方案

改型方案需兼顾船东对承揽超长大件货物、维持双货舱的需求，同时能保证工厂生产周期不受影响、宽度和型深不变，经过讨论研究，最终方案通过各方认可。

改型总体方案是基于原方案设计的，艏艉线型不变，船长拉长36档肋位，其中：8档肋位位于1号货舱；4档肋位位于货舱间区域；24档位于2号货舱区域，应船东的要求，设置管弄以方便管路维护；整船分舱重新划分，燃油舱满足MARPOL 12A的要求[1]；增加一部吊车。舱盖折叠路径与吊车基座之间存在干涉，需重新设计吊车基座并对其进行有限元分析。改型前后船舶主尺度对比见图2。

船宽和型深不变，拉伸货舱的长度，破舱稳性指标[2]和整船空船重量控制是难点。

图2 改型前后船舶主尺度对比

NSI（Netherlands Shipping Inspectorate）针对悬挂荷兰旗的船舶有舱室透气帽方面的宽松解释，使得悬挂荷兰旗的船舶具有特殊的竞争优势，可充分利用。

虽然针对该项目相关规范没有强制要求进行有限元分析[3]，但考虑到改型设计没有按照常规做法增大船宽和型深，仍选取几种典型载况进行货舱段和全船有限元分析，使结构设计更加合理。改型前后船舶主尺度对比见表1。

表1 改型前后船舶主尺度对比

3 破舱稳性计算

船长拉伸，船宽和型深保持不变，货舱数量仍保持2个。破舱稳性指标极难满足规范的要求。

NSI对悬挂荷兰旗的船舶开口有一个宽松的解释，即：对于悬挂荷兰旗的船舶，若空气帽和通风帽具有浸水自闭装置，且达到泄漏率小于1000mL/h，可当作水密开口处理（此种开口必须得到NSI的认可）。经排查，关键开口采用NSI认可的水密通风帽和空气帽。

折叠舱盖是双层结构，具备浮力，在破舱稳性计算过程中也计入其浮力。

计算2组初始条件：零纵倾和艉倾0.8m，最深分舱吃水和部分吃水对应的最小初稳性高度（GM）分别为0.55m和0.56m，经过大量计算和分舱优化，满足破舱稳性的要求。

4 结构优化设计

该船为双底双壳结构，甲板大开口，舯剖面形状类似于集装箱船。船长拉长之后对船体结构设计的影响较大：总纵弯矩大幅增大，原设计的总纵强度达不到要求；2个货舱同时加长，舱的跨距增大，局部强度要求更高。

在重新优化设计舯剖面时，将设计裕度控制到极限。重新排列布置船体构件，尽量只在远离中和轴的上甲板和舱口围板区域增加材料，靠近中和轴区域和船底的构件尽量控制在规范允许的最低限度内；同时，对横向构件进行优化，在满足强度要求的前提下扩大人孔和减轻孔，尽量压缩原设计中的压载舱内大肘板的高度，最终舯剖面设计方案的单位船长结构重量仅比原设计增大不到4%。

1号货舱和2号货舱同时加长，货舱的跨距增大，货舱底部的局部强度增大，对该船进行货舱舱段有限元分析和全船有限元分析。货舱区局部构件的尺寸有所增大，对于屈曲影响比较大的区域，通过分析和构件优化解决有关问题。有限元模型见图3和图4。

图3 货舱段有限元模型

图4 全船有限元模型

5 舾装设计

增加一部吊车，存在吊车基座与主舱盖盖板折叠路径干涉问题。受限于圣劳伦斯水道的要求[5]，不能简单地增大吊车的高度。对此，重新设计吊车基座，并对其进行有限元分析，成功解决该问题。

此外，对艏部舾装布置做了局部调整。

6 结 语

实际应用结果表明，17300t大开口多用途船加长改型的设计与建造是成功的，取得的成果和创新点主要有：

1) 通过全船结构的优化设计，攻克了货舱区域加长带来的结构设计难题，有效控制了空船重量，提高了载重量等营利性指标。

2) 合理划分边舱、底舱和非水密开口布置，采用水密通风帽和空气帽等措施，解决了货舱单维度加长带来的破舱稳性难题。

与原设计相比，改型设计实现了：船长增加29.34m，增幅22.2%；舱容增幅达到31%；空船重量约增加1100t，载重量约增加4000t，达到21000t，增幅23.1%；服务航速约降低0.8kn。

此外，改型船的货舱区域拉长，货舱数量维持2个，更加适于装载超长货物，增强了装载的灵活性。与同等尺度、一般有3个或4个货舱、可航行于五大湖的多用途船相比，具有一定的市场竞争力，对将来设计和建造悬挂荷兰旗的船具有借鉴意义。实际营运结果表明，该船的盈利能力相比改型前有大幅提升。