趙 耀 中

（上海船舶研究設(shè)計院，上海 200032）

0 引 言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力需求增長態(tài)勢良好，南方電煤需求不斷增長，冬季運(yùn)輸不暢時常有燃“煤”之急。同時，由鋼鐵產(chǎn)業(yè)大量進(jìn)口的鐵礦石從沿海轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)江的運(yùn)力日益吃緊。此外，由于長江南京以下航道維護(hù)的水深不斷增加，通航能力得到大幅提升。在原有江海直達(dá)船舶運(yùn)力不足、能效不高的情況下，市場呼喚新型江海直達(dá)散貨船的出現(xiàn)。

鑒于我國當(dāng)前航運(yùn)市場的現(xiàn)狀以及對未來發(fā)展的預(yù)期，研發(fā)新型高效的國內(nèi)航行或兼江海直達(dá)功能的散貨船對促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的良性發(fā)展具有重要意義。

1 不同航區(qū)現(xiàn)行設(shè)計要求對比

國內(nèi)航行和國際航行散貨船由于航區(qū)不同，應(yīng)滿足的技術(shù)參數(shù)和設(shè)計要求存在較大的差異。一般而言，前者的要求低于后者。

對于船長150m以上，主要載運(yùn)煤、鐵礦石和谷物等固體散貨的散貨船，國內(nèi)航行船舶與滿足散貨船共同結(jié)構(gòu)規(guī)范[1]（以下簡稱“CSR”）關(guān)于 BC-B要求的國際航行船舶在船體部分的區(qū)別[2～5]，見表1。

以45000噸級散貨船為例，相同的主尺度，國際航行船舶較國內(nèi)航行船舶，船體結(jié)構(gòu)的用鋼量將增加10% ～ 11%，空船重量將增加11% ～ 12%，還要配備更多、更復(fù)雜的設(shè)備。顯而易見，船舶的初始成本和平時的維護(hù)費(fèi)用昂貴得多；其次，考慮到國際航行船舶續(xù)航力較長，所需的燃油、淡水和食品等補(bǔ)給較多，空船重量較大的國際航行船舶其載貨量也就愈小。換言之，若讓滿足國際無限航區(qū)要求的船舶營運(yùn)于國內(nèi)航線，經(jīng)濟(jì)性將大打折扣。

2 主要尺度與型線

根據(jù)國內(nèi)航線及沿海各港口、長江南京以下航道的實(shí)際情況，考慮到長江航道局對未來航道的整體規(guī)劃，船舶的主尺度一般可在下列范圍之內(nèi)選?。?/p>

總長≤200m；

船寬≤32.26m；

型深≤16m；

盧一平剛講完,郝桂芹捂著肚子跑出去了。直到回來,郝桂芹的眼里仍然噙著笑出的淚花。她按著腰,問盧一平,你這是誰編得呀？這么巧呀,簡直比十五貫還巧呀！

設(shè)計吃水（海水）≤11m。

船舶主尺度應(yīng)根據(jù)航道、碼頭等實(shí)際條件綜合考慮，擇優(yōu)選取[6]。型線設(shè)計按常規(guī)即可。

國內(nèi)航行散貨船相比于常規(guī)靈便型散貨船的一個顯著特點(diǎn)就是吃水受限。一方面，為降低船舶的剩余阻力，通常把尾封板的下沿降低到設(shè)計水線以下；另一方面，為提高螺旋槳推進(jìn)效率又不得不選取較大的直徑，這就成了尾框設(shè)計中的一對矛盾。在45000噸級散貨船的型線設(shè)計過程中對比分析發(fā)現(xiàn)，在保證船體與螺旋槳之間留有必要的間距和一定的舵面積的條件下，適當(dāng)壓低尾框?qū)τ诘退俅耆尚?。此外，為降低粘壓阻力，對尾部型線進(jìn)行調(diào)整，保證流線更為順暢。通過船模試驗，驗證了尾框的設(shè)計行之有效，設(shè)計吃水下的航速也達(dá)到了既定要求。

表1 國內(nèi)航行散貨船與滿足CSR協(xié)調(diào)標(biāo)志BC-B散貨船船體部分要求的對比

將該船與上海船舶研究設(shè)計院開發(fā)設(shè)計的52300t、53800t無限航區(qū)雙殼散貨船和滿足CSR要求的57000t散貨船進(jìn)行對比，見表2。因該船型航程短、航速要求不高，型線又是在上述成熟船型的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，改善了船舶阻力性能，故選取MAN/B&W 6S46MC-C7作為主機(jī)，功率降至 6830kW/112.1r/min使用。從表2中的數(shù)據(jù)顯示，該型船的單位海里油耗較上述3型船降低達(dá)21.9 % ～ 23.5 %；滿載載貨量在減少5950t ～10660t的情況下，單位載貨量的減少、單位海里油耗的降低仍在4.7 % ～ 11.2 %。由此可見，該型船較常規(guī)國際航行散貨船的燃油消耗大大降低，經(jīng)濟(jì)效益明顯，在提倡節(jié)能減排的今天極具意義。

表2 幾型船舶主尺度和油耗比較

3 貨艙與壓載艙設(shè)計

不同的散貨，因其積載因數(shù)和休止角等參數(shù)不盡相同，給貨艙的設(shè)計帶來一定的影響。國內(nèi)航行船舶因其載貨種類較為單一，主要載運(yùn)煤、鐵礦石兼顧谷物，其參數(shù)見表3。貨艙積載因數(shù)可取為1.3～1.4m3/t，而內(nèi)底斜板角度取 40～45°為宜，以期獲得較好的裝卸效率。

表3 主要裝載貨物的屬性

一般說來，散貨船多為單向運(yùn)輸，壓載水艙的設(shè)計同樣重要。對國內(nèi)航行船舶而言，壓載水總量和壓載水艙的布置不必滿足CSR的要求，在保證船舶必要的浮態(tài)和穩(wěn)性的前提下，可以適當(dāng)減少壓載水總量。除此之外，還應(yīng)盡可能地減少壓載狀態(tài)下的中拱彎矩，以降低船體梁的剖面模數(shù)，達(dá)到減輕結(jié)構(gòu)重量的目的。

以45000噸級散貨船為例，在設(shè)計初期，其壓載水艙的設(shè)置參照母型船，把艏、艉尖艙和頂、底邊艙均作為壓載水艙，總?cè)莘e比較富余。在滿足完整穩(wěn)性和視線要求的前提下，為找出合適的壓載艙設(shè)計方案，表4給出了若干組合的對比（注：表中各方案均不使用艉尖艙）。

此外，還應(yīng)注意到船舶浮心與重心縱向坐標(biāo)的關(guān)系。通常，隨著燃油、淡水等的消耗，散貨船的重心將會前移，一旦重心縱向坐標(biāo)Gx大于浮心縱向坐標(biāo)Bx，將導(dǎo)致埋艏。國際航行船舶因其續(xù)航力長，航行出/到港狀態(tài)重心變化較大，為避免埋艏和螺旋槳出水，需要在航行途中加注壓載水。而國內(nèi)航行船舶消耗品總量相對不多，可以在設(shè)計之初綜合考慮型線、貨艙和壓載水艙三者之間的關(guān)系，合理布置燃油、淡水等艙，使得航行途中始終保持xG≤xB，在規(guī)避國際船級社協(xié)會的統(tǒng)一要求S11的同時給航運(yùn)管理帶來便利，提高營運(yùn)安全性。

表4 壓載水艙設(shè)計方案對比

4 載貨量曲線

根據(jù)《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》2006版及其修改通報的要求，對船長150 m及以上的散貨船需在裝載手冊中包含載貨量曲線。因相關(guān)規(guī)范并未提供相應(yīng)的計算公式，船級社擬定參照CSR的相關(guān)公式繪制載貨量曲線，有限元計算工況參考《雙舷側(cè)散貨船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接計算指南》（2004）進(jìn)行強(qiáng)度校核。

4.1 MFUL的確定

CSR中規(guī)定，MFUL為均勻裝載工況下，貨艙內(nèi)貨物取虛擬密度（載貨量/貨艙艙容，最小取 1.0 t/m3）裝至艙口圍板頂部時的載貨量，單位t：

上述計算公式中，虛擬密度最小取值為1.0t/m3，涵蓋了絕大部分散貨的密度。

該型船主要裝載的貨物為煤，其次為鐵礦石和谷物。除鐵礦石外，一般煤和谷物的密度最大值約為0.8547t/m3。以積載因數(shù)為42ft3/lt（折合密度約為0.85432t/m3）的谷物裝載為例，由于其密度較滿載均質(zhì)貨的密度大（一般小于 0.8t/m3），貨艙未全滿即可達(dá)到滿載排水量，若采用均勻裝載，又有可能因貨艙部分裝載出現(xiàn)傾側(cè)力矩較大穩(wěn)性不足的情況，故一般做法是除中間艙部分裝載外，其余艙裝滿?；谶@些裝載情況，虛擬密度的取值必須大于0.8547t/m3。

4.2 載貨量曲線的繪制

事實(shí)上，MFUL的確定與載貨量曲線的繪制密切相關(guān)，這兩個因素都將決定船舶營運(yùn)的安全性和管理的便利性。 MFUL的值越大，航行工況下貨艙就可獲得更為靈活的裝載，但卻是以船體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加大為代價。

圖1 有{no MP}標(biāo)志的BC-B船舶載貨量曲線，CSR 2006

按船級社要求，須參照CSR 2006版BC-B或BC-C船舶的公式繪制載貨量曲線，如圖1所示。而船級社要求的有限元計算包含這樣一個工況以對應(yīng)曲線上的點(diǎn)（0.67TS, MFUL），即吃水為0.67TS，貨艙全部滿載。據(jù)有限元計算結(jié)果分析，該工況下，船底實(shí)肋板所承受的剪切應(yīng)力較大，是最為惡劣的考核工況之一。事實(shí)上，對于 CSR 2006中 BC-B或BC-C船舶，曲線上的該點(diǎn)應(yīng)是基于多港工況而考慮的。若具備{no MP}標(biāo)志，即不要求計算工況6、7，在沒有經(jīng)有限元計算工況校核的前提下仍按圖1繪制載貨量曲線值得商榷。即便如此，對于無多港口裝卸的船舶，具備[0.67TS, TS]這么大一個平臺是否切合實(shí)際？

基于BC-B船舶的設(shè)計工況，顯然所有貨艙滿載而艉傾較大的情況往往比較臨界，一般出現(xiàn)在出港工況。以45000噸級散貨船為例，表5給出若干典型載貨工況下每個貨艙的中部吃水。假定所有載貨工況下每個貨艙均裝至 MFUL，表中最小吃水為GLOAD05第 1貨艙所對應(yīng)的 9.566 m，約為0.938TS，遠(yuǎn)大于0.67TS。通常，國內(nèi)航行散貨船的可消耗品及油、水為滿載排水量的2% ～ 3%，滿載情況下其布置引起的縱傾不會很大。所以，對于無多港口裝卸的船舶，載貨量曲線上[0.67TS, TS]的一個平臺是不必要的。

表5 載貨工況下各貨艙中部吃水統(tǒng)計表 m

在CSR 2010版[7]中，對BC-B或BC-C船舶的載貨量曲線作了修改，如圖2所示。對比圖1和圖2，可以清楚地看出，2010版中取消了航行工況下[0.67TS, TS]的平臺。

圖2 有{no MP}標(biāo)志的BC-B船舶載貨量曲線，CSR 2010

綜上4.1和4.2所述，對國內(nèi)航行無多港口裝卸的散貨船，載貨量曲線按照下列2種方法繪制更為合理：

1) 參照CSR 2006版所提供的載貨量曲線，設(shè)置平臺[0.9TS, TS]，MFUL= VFUL·max( MH/ VH, 0.86 )；

2) 參照 CSR 2010版所提供的載貨量曲線，MFUL= VFUL· max( MH/ VH, 0.91 )。

上述方法1)還需在有限元計算中包含“所有貨艙裝滿，吃水為0.9TS”這樣一個校核工況。公式中所給數(shù)據(jù)僅供參考，對于具體船型，還需結(jié)合實(shí)際的工況和有限元計算來確定。目前，方法2)已獲得船級社的初步認(rèn)可，若按照方法1)繪制還需和船級社進(jìn)一步溝通。

5 結(jié) 語

以上海船舶研究設(shè)計院針對國內(nèi)市場專門開發(fā)的45000噸級靈便型散貨船為例，結(jié)合總體設(shè)計過程中的體會，簡要說明了國內(nèi)航行散貨船在總體設(shè)計方面有別于國際航行散貨船的一些特點(diǎn)，并就載貨量曲線的繪制提出了建議。

[1] IACS. Common Structural Rules for Bulk Carriers[S].January 2006.

[2] 江蘇大唐航運(yùn)股份有限公司. 船舶設(shè)計問題討論會[R].專題會議紀(jì)要，2009, 11.

[3] 中華人民共和國海事局. 船舶與海上設(shè)施法定檢驗規(guī)則，國內(nèi)航行海船法定檢驗技術(shù)規(guī)則[S]. 北京: 人民交通出版社, 2004.

[4] 中華人民共和國海事局. 船舶與海上設(shè)施法定檢驗規(guī)則, 國內(nèi)航行海船法定檢驗技術(shù)規(guī)則, 2008年修改通報[S]. 北京: 人民交通出版社，2008.

[5] 中國船級社. 國內(nèi)航行海船建造規(guī)范[S]. 北京: 人民交通出版社，2006.

[6] 陳曉敏. 淺議45000DWT內(nèi)貿(mào)散貨船主尺度的選取[J].船舶設(shè)計通訊，2008, (2): 11-14.

[7] IACS. Common Structural Rules for Bulk Carriers[S].July. 2010.