某风机基础施工船甲板透气管布置方案

胡敏 林玉璋

摘    要：对于风机基础施工船，要求其具有宽阔而空旷的露天施工甲板，以利于作业。而该型船的压载舱众多，其甲板透氣管布置是一道难题。本文着重对要求宽阔施工露天甲板面的透气头布置方案进行设计，分析不同的透气管布置形式对船舶性能及功能的影响，选取不影响船舶作业功能，且保证船舶性能的最优方案，为类似船舶设计空旷大甲板面的提供思路。

关键词：宽阔露天甲板；消除透气头；性能及功能

中图分类号：U674.13+5                          文献标识码：A

Layout Plan of Deck Ventilation Pipe on Wind Turbine

Foundation Construction Vessel

HU Min，  LIN Yuzhang

（ Shanghai Bestway Marine Engineering Design Co.， Ltd.，  Shanghai 201612 ）

Abstract： As for the wind turbine foundation construction ship， it is required to have the wide & spacious open construction deck， convenient for operation. But such vessels have a lot of ballast tanks， and the deck venting pipes layout is one difficult problem. This paper focuses on the research and design of eliminating the air-pipe head on the broad open construction deck， and analyzes the influence of different venting pipe arrangement on the performance and function of the ship. The best optimal scheme of unaffecting the operation function and the stability of the ship is selected to provide the design ideas for the broad wide deck of the subsequent similar ships.

Key words： wide open deck; elimination of air-pipe head; stability and function

1     前言

新型风机基础施工船舶，具有开阔的露天施工甲板，用于运载大型风电安装基础设施，往往需要在甲板面上进行临时施焊，要求露天施工甲板足以开阔，尽量没有固定的结构突出物，比如透气管、舱口盖等。然而船舶舱壁甲板面下设有多个水密舱室，按照规范要求需设有透气管道及透气口，且其透气口需设在开敞舱壁甲板以上。为此，要保证开敞甲板面无任何突出物具有相当大的难度。同时透气管道的布置也不能破坏船舶的稳性，需要设计者认真考量，在顾及船舶使用功能的同时，也要满足相关法规要求，保障船舶安全性能[1]。

通常，大型船舶主甲板下有数道纵、横向水密舱壁，把船体分割成若干个功能舱室。大型风电基础施工作业的全回转起重船，往往设有数个压载舱。由于这些压载舱舱容较大，长度较长，每个压载舱需要设有两个透气管及透气口，共计上100个独立的透气头。如其透气头均布置在露天甲板面上，将会减少露天甲板可操作面积，而限制施工作业。针对这一难点，本文以某5 000 t风机基础施工船为案列，研究了3种方案，对近百个透气头及透气管道如何布置，是否影响船舶的功能及性能进行了大量的计算和分析，选取最优设计方案。

2    案例船背景介绍

本文案例船是一艘具有DP1动力定位功能的大型风机基础施工船，可在无限航区航行，可在规定的作业环境条件下海域作业，主要用于海上固定式风机基础、海上升压站及大型海上结构安装施工。该船总长215 m、船宽51.8 m、型深19.0 m、设计吃水10.0 m、配员100人、载重量51 850 t。首部为居住区，中部为甲板面载货及作业区，尾部为大型起重机（参见图1）。中部甲板面为堆货区，亦为施工区域，甲板下方为压载舱以及油舱。所有压载舱共 96个透气头需要伸至露天甲板面，且要求不能布置在堆货区域。本文根据规范要求和本船性能及使用要求，对堆货区域甲板下透气管进行优化。图 1 为风机基础施工船甲板平面图。

2.1   方案一

2.1.1 管路走向布置设计

为不影响甲板堆货及施工，透气头均引至堆货区域后穿出。每根透气管管头投影面积约0.5 m2，透气头总占面积约96 m2。图2为初始方案透气管走向图，右舷与左舷对称，所有压载舱透气管纵穿水密横舱壁。

2.1.2 管路布置对船舶稳性的影响分析

将露天甲板施工区域下的舱室根据水密横舱壁分隔成六个破损区，分别为ZONE1～ZONE6。图2所示的各透气管路均无隔离阀，如在另一舱的某处发生破损，则水的动压载将会沿着管路流入另一舱，从而导致连带进水问题。根据SOLAS对客船的要求，船舶破损存在概率性，需要计算舷侧一区横穿一舱破损，舷侧一区横穿两舱破损，舷侧一区横穿多舱破损，直至破损到中心线，舷侧两区横穿一舱、两舱及多舱破损，以此类推。舷侧ZONE3、ZONE4等多区同时破损，合成破损概率残存值不小于规范要求值。本船ZONE1～ZONE6任意相邻多区域均有概率破损，需要分析其破损稳性[2]。从图2可以看出，当ZONE1一区域发生破损，区域内的透气管也会随之破裂，破损后将会连带所在的舱室进水，即ZONE2～ZONE6均会被连带进水，造成了ZONE1～ZONE6一起破。图3为破损后船舶浮态。这六个区一起破损后，船完全丧失了稳性，船舶处于倾覆状态。评估结论：此种方案的透气管路布置，不满足法规的概率破舱稳性要求，严重影响船舶的安全性能。基于此布置对该船的载货能力进行评估，得到稳性破性稳性限制线，可知在满载的时仅能载运5 000 t的甲板货。

2.1.3 管路布置对船舶功能的影响分析

为避开露天甲板载货及作业区域，中部舱室的透气管均集中在尾部，占用了大量甲板面积，降低了施工作业有效甲板面积，影响船舶整体美观度，且集中空气管处若被水线淹没，易使中部大片舱室被倒灌海水，造成倾覆的危险隐患，使船舶载货能力大幅削减，甲板载货能力评估仅为5 000 t。

综上分析，方案一的布置，稳性性能较差，载货能力较低，管路复杂且用料多，还可能造成整船的重心偏高，进一步恶化船舶性能，且透气头占据了甲板面面积影响美观，同时影响了船舶装载使用。

2.2   方案二

2.2.1 管路走向布置设计

采用的透气总管的设计方案。各压载舱的透气管引连到透气总管上，透气总管首尾端再引出透气头至甲板面，如图4所示。这种布置方式简化了舱内管路，节省大量了钢料，同时使甲板面布置更清洁。但采用这种方案，会使一个舱内的压载水通过透气总管漫延到其他压载舱，并在船舶晃荡的过程中，水会顺着透气管渗入到各个舱室，可能造成船舶倾覆。为防此这种情况出现，可在透气管路中设计一个只透气不畅水的装置。结合管路布置特征，在每个支气路口增设一个浮球，浮球直径略大于管径，并在浮球下方设一钢丝网，托住浮球，见图5支路设计示意图。当压载水没到支路口处，浮球会随着水位上升，堵住总管入水口；当水位下降，浮球随之下降落至钢丝网上。

2.2.2 管路布置对船舶稳性的影响分析

从系统设计上进行了优化，同样可以实现了集中透气，由于浮球的设计可以保证这些透气管透气不畅水，解决了因透气管造成的连带破损的问题。经多个工况计算校核，船舶破损稳性满足要求，但处于规范要求的临界值。船舶在舷侧三区域破损范围内无倾覆状态。

2.2.3 管路布置对船舶功能的影响分析

该方案避开了方案一的问题，且载货能力不再受透气管的影响[3]。经核算最大载货能力可达10000 t，并且甲板面完全空旷，对载货能力影响较小。但该方案也存在一些问题：

1）具有安全隐患，压载舱在压载泵压满舱过程中，由于泵过量加载时，透气管很容易进水，浮球便会处于上浮状态，阻碍透气和畅水。为此建议需要设置一个高位报警，压载舱达到一定水位后，泵就停止运行；

2）若使透气管不进水，则得控制液舱不满舱，计算稳性时，所有液舱都需考虑自由液面的影响，从而削弱了稳性，过大自由液面也会影响航行及作业安全；

3）每个支气管内设有浮球及钢丝网，需要对其防腐算下处理。若钢丝网腐蚀损坏，浮球将会下落，可能堵塞住支管拐口处而无法顺畅通气，使舱内气压上升，引起船体结构承压过大。

综上所述，方案二存在安全和维护的问题，需要进一步的优化。

2.3   方案三

2.3.1 管路走向布置设计

在吸纳方案二优点的同时进一步改进，考虑该船在露天甲板下设隔离空舱，沿用透气总通道的思路，解决在不设浮球下确保各舱透气独立，不相连带。图6为方案三透气布置图。在主甲板下方设结构透气通道，所有压载舱透气管路独立，透气头独立。在结构通道两端，开敞甲板以上各设有的透气百叶窗[4]。集中透气结构通道只可设于船中处，且位置尽可能高，破损时，此位置不会被浸没，也就是干燥区。

2.3.2 管路布置对船舶性能的影响分析

透气管路及透气头互相独立，均横向穿往船中心线，消除了由舷侧区域破损带来的连带进水风险，且所有透气头经计算均在该船的干燥区域内，即船舶只要不是倾覆式破损，水位是无法达到该通道，不会产生透气头被浸没而倒灌海水的风险，如图7所示。破损后，船舶无论如何晃荡，水线都是无法到达通道区[5]。经计算，其船舶性能优良等同于方案二。

2.3.3管路布置对船舶功能的影响分析

该布置消除了露天甲板面上所有的压载舱透气头，避免了所有连带进水的可能，减少安全隐患。船舶性能与功能均较优。经核算，该方案满足本船最大载货能力12 000 t。

3    方案对比

该船透气管路设计逐步优化，直至达到最满意方案。方案三的设计目前已成功运用到实船，属于业内创新设计，得到船东及船级社的认可。表1为三种方案比较，列出了各方案的优缺点。图8为各方案性能曲线比较，方案三的装载安全区域明显大于其他两个方案。

4     结束语

在船舶设计过程中，船舶安全性能与船舶功能息息相关，其水密舱透气管布置与其稳性密切相关。本文针对有大甲板面需求的大型工程船，梳理其透气管路设计思路，使其达到性能与功能优化。希望本文的研究，能够对后续船舶的设计及研发提供思路及参考。

参考文献

[1] 盛振邦，刘应中.船舶原理（上册）[M].上海：上海交通大学出版社，2003.

[2] 國际海上人命安全公约[S].北京：人民交通出版社，2009.

[3] 国内航行海船法定检验技术规则[S].北京：人民交通出版社， 2011.

[4] 中国船舶工业集团公司.船舶设计实用手册：总体分册[M].北京：国防工业出版社， 2013.

[5]  SOLAS 2009分舱与破损稳性要求实施指南[S].北京：人民交通出版社， 2009.

作者简介：胡  敏 （1978- ），男，工程师。主要从事船舶总体设计。

林玉璋 （1979- ），男，高级工程师。主要从事船舶总体设计。

收稿日期：2022-11-17