韓軼群，呂玉奎，佟國志

(大連中遠船務(wù)工程有限公司，遼寧 大連 116113)

0 前言

近年來，隨著國際上對礦砂和原油運輸需求的增加，對超大型礦砂船、散貨船和超大型油船、FPSO的需求也愈來愈多，使得具有建造成本低、使用靈活的浮船塢愈來愈受到各大船廠重視。我公司于2005年自行完工建造并投入使用了30萬噸級大型浮船塢，開創(chuàng)了國內(nèi)運用大型浮船塢修、造船的先河。繼2008年我公司向韓國三星重工完工交付了超大型舉力浮船塢——12萬t舉力浮船塢后，2010年又向三星重工完工交付13萬t舉力浮船塢，并刷新世界最大舉力浮船塢的紀錄。

對于浮船塢而言，無論是在船舶進出塢的沉浮塢過程，還是船舶利用浮船塢下水過程，都需要浮船塢具有很高的調(diào)載能力。壓載系統(tǒng)的性能直接決定了浮船塢調(diào)載能力，是浮船塢設(shè)計中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。本文以韓國三星重工12萬t舉力浮船塢為依托，吸收韓國先進設(shè)計經(jīng)驗，針對浮船塢壓載系統(tǒng)的調(diào)載能力進行分析技術(shù)難點開展攻關(guān)研究。

1 大型浮船塢壓載系統(tǒng)原理及布置的分析與研究

1.1 壓載泵及管路布置的確定

大型浮船塢一般設(shè)置多個泵艙，每個泵艙一般設(shè)置2組壓載泵，且左右舷對稱布置。2組壓載泵通過壓載主管線及中間連通閥連通。每個壓載艙設(shè)有一個吸口和控制閥，每臺壓載泵可同時為多個壓載艙壓載和排載，在應(yīng)急情況下，可打開船舯附近主管上的連接閥為更多的壓載艙進行壓載和排載。韓國三星重工12萬t舉力浮船塢每臺壓載泵正常工作狀態(tài)下可同時為6個壓載艙壓載和排載，在應(yīng)急工況時最多可為12個壓載艙壓載和排載。

1.2 改進海底閥箱和應(yīng)急海底密封裝置設(shè)計

浮船塢泵艙一般設(shè)有左右舷2個海底閥箱，海底閥箱格柵材質(zhì)建議選為SUS316L，流水空隙大于吸入管橫截面積的2倍。每個海底閥箱安裝一套防海生物裝置。此外應(yīng)配有應(yīng)急海水密封裝置，可用于應(yīng)急情況下的封堵以及日常海底閥箱、海水閥的維修，避免了超大型浮船塢進塢維修保養(yǎng)困難的現(xiàn)狀。

2 大型浮船塢壓載系統(tǒng)的排水量計算

根據(jù)韓國三星重工12萬t舉力浮船塢技術(shù)規(guī)格書中浮船塢工作時間要求:在排水量為7萬t的船進塢時，浮船塢由吃水16m升至工作狀態(tài)吃水6.5m，所需時間約為3 h，對整個過程進行分析:浮船塢在整個上升過程中處于動態(tài)平衡，在16m和6.5m這兩個吃水高度時分別處于靜止狀態(tài)，忽略浮船塢上升的中間過程，對兩個靜止狀態(tài)進行分析計算可得出壓載水排量，計算方法如下所示:

式中:M塢為浮船塢的質(zhì)量;M1為吃水16m時艙中壓載水的質(zhì)量;M2為吃水16m時塢的排水量;M船為船的質(zhì)量;M3為吃水6.5m時艙中壓載水的質(zhì)量;M4為吃水6.5m時塢的排水量。

M船=7萬 t，M2=26.251 萬 t，M4=21.02 萬t。

(1)－(2):

M1－M船－M3=M2－M4

M1－7 －M3=5.231

鏡頭一閃，出現(xiàn)了一個躺在病床上，滿臉都是繃帶的人，“兇手對王大明進行了慘無人性的人身傷害，受害人在被打昏的情況下被割掉了鼻子、耳朵、生殖器……”我終于知道，那天晚上劉偉遞給黑裙子女孩子的那個包里包的是什么了。

M1－M3=12.231，M1－M3為壓載水排出量，亦為泵的總排量。

根據(jù)公式 (引用船舶設(shè)計實用手冊－輪機分冊):泵總排量=總壓載水量/所需排水時間 ×1.25，可以算出泵的總排量為5萬t，本塢共設(shè)10臺壓載泵，每臺泵的流量為5000m3/h。

3 優(yōu)化壓載閥及控制系統(tǒng)的設(shè)計，改善壓載控制性能

浮船塢壓載閥一般采用遙控電液式蝶閥或遙控液壓蝶閥對壓載閥開關(guān)進行控制。通過分析比較韓國三星重工12萬t舉力浮船塢和其他浮船塢，電液式雙液壓缸的驅(qū)動遙控蝶閥不設(shè)液壓控制管路，使用方面安全、可靠、節(jié)能、環(huán)保，基本不需要日常維護，也避免了因液壓控制設(shè)備及管路引起的閥無法正常開關(guān)的現(xiàn)象，當電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可使用應(yīng)急手動液壓泵進行手動操作。所有遙控蝶閥的開關(guān)可在壓載控制室的操控臺進行遙控操作，且具有閥開度顯示和開關(guān)顯示燈，壓載閥的控制方式分手動和自動控制方式，手動控制即通過操作壓載控制臺模擬板上的控制開關(guān)，自動控制是根據(jù)下水對象對浮船塢吃水情況進行預(yù)先設(shè)置，在下水過程中接收吃水傳感器反饋的信號與設(shè)定值比較，從而控制蝶閥開關(guān)進行自動調(diào)載。表1為韓國三星重工12萬t舉力浮船塢的設(shè)計要求。

表1 韓國三星重工12萬t舉力浮船塢的設(shè)計要求

4 壓載系統(tǒng)管路布置分析及優(yōu)化

大型浮船塢具有壓載艙多、艙容大，并且調(diào)載能力強等特點。因此，壓載系統(tǒng)的設(shè)計對浮船塢的整體性能有著重要的影響。

韓國三星重工12萬t舉力浮船塢設(shè)置有5個泵艙，在每個泵艙左、右舷各布置1臺壓載泵，2臺泵通過貫穿整個泵艙的主壓載管路相連接，主壓載管路中部設(shè)置1個液控蝶閥。

通過對壓載系統(tǒng)原理的研究，發(fā)現(xiàn)如按原泵艙壓載系統(tǒng)原理圖布置壓載管系將存在一定問題。由于海底閥箱位置及泵艙綜合布置等原因，泵艙主壓載管路布置產(chǎn)生兩處Z型管段，而在壓載系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時，此Z型管段的彎頭處將產(chǎn)生較大的介質(zhì)內(nèi)壓拉力。

1)正常工作壓力下介質(zhì)內(nèi)壓拉力計算。

2)最大工作壓力下介質(zhì)內(nèi)壓拉力計算。

管通徑 ND=800.00mm; 管壁厚 δ=12.70mm;有效截面積S=0.48m2;最大工作內(nèi)壓P=4.00kg/cm2;最大介質(zhì)內(nèi)壓拉力F=192 kN。

根據(jù)計算結(jié)果可知，在巨大的介質(zhì)內(nèi)壓拉力的作用下，管路容易從伸縮接頭處脫出，造成管路泄漏。因此必須考慮在Z型管段拐點處各加一個重支撐，以抵消壓載管路產(chǎn)生的介質(zhì)內(nèi)壓拉力。

雖然該方案可行，但增加了很多工作量，經(jīng)研究決定通過改變海底閥箱布置，使壓載管在同一直線上布置，避免了介質(zhì)內(nèi)壓拉力的產(chǎn)生，同時保留伸縮節(jié)以抵消管道產(chǎn)生的熱脹冷縮變化，管道應(yīng)力和撓度滿足規(guī)范要求 (ASME B31.3)。

5 增加應(yīng)急管路設(shè)置，增強壓載系統(tǒng)安全性

出于對浮船塢安全性能的考慮，建議在每個相鄰泵艙壓載主管間增加連通管路，如果同一泵艙的2臺壓載泵均無法工作時，相鄰泵艙的壓載泵可做備用泵，以保證壓載系統(tǒng)正常工作，增加了浮船塢操作的安全性。以No.1、No.2泵艙為例進行分析。其中新增設(shè)在右舷連接No.1泵艙和No.2泵艙的連通管路通徑與泵艙壓載主管相同，均為ND 800。該連通管路上設(shè)置1個遙控蝶閥作為應(yīng)急連通閥，正常工作時為常閉狀態(tài)。考慮到連通管路長度較大，為消除管路熱應(yīng)力的影響，在連通管路上增設(shè)2個伸縮接頭。在浮船塢使用過程中，如No.1泵艙中2臺壓載泵均出現(xiàn)故障，可開啟連通管路上的應(yīng)急連通閥和No.1泵艙主管路上的連通閥BA12V，由No.2泵艙中的壓載泵代替工作，實現(xiàn)No.1和No.2兩組壓載艙中壓載水的調(diào)駁，從而保證浮船塢的正常工作。在No.2泵艙和No.3泵艙壓載主管路間設(shè)置同樣的連通管路，該管路布置在浮箱的左舷，其它泵艙均以同樣的方式增設(shè)連通管路，以保持管路系統(tǒng)整體布置的對稱性。

通過本次論文的分析、研究和總結(jié)，不斷提升大型浮船塢壓載系統(tǒng)設(shè)計水平，促進我國船舶工業(yè)在國際市場上的競爭力。

［1］中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計實用手冊［M］.國防工業(yè)出版社，2002.

［2］(美)查爾斯·貝赫特 IV(Charles Becht IV).陳登豐，秦叔經(jīng)，等，譯.工藝管道ASME B31.實用指南［M］.化學工業(yè)出版社，2005.