曹山林

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海 201203）

0 前言

18 000DWT多用途船是上海船舶研究設(shè)計(jì)院為德國(guó)船東和丹麥馬士基開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的現(xiàn)代新型多用途船，分別在蘇港、蕪湖、三福三個(gè)船廠建造共8艘，其中船東馬士基的船稍有改型。該船從2007年6月開(kāi)始設(shè)計(jì)，船廠2007年12月開(kāi)工，其首制船于2010年10月交付船東。載重量、航速等主要性能指標(biāo)均達(dá)到合同要求，船東對(duì)本船型的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)表示滿(mǎn)意。

1 設(shè)計(jì)概況

18 000DWT多用途船是一艘單機(jī)單槳、低速柴油機(jī)推進(jìn)的現(xiàn)代化多用途船，適合于全球航行，用于裝載礦砂、煤、谷物、鐵礦砂、礬土、鹽、水泥等散裝貨物，以及集裝箱、鋼卷、雜貨、木材及森林產(chǎn)品、重貨和大型工程設(shè)備，并適合于裝載危險(xiǎn)品。

本船設(shè)計(jì)為傾斜船首柱帶球鼻和方尾，采用定距槳，設(shè)置首側(cè)推器。機(jī)艙、起居處所及駕駛室位于船尾部，設(shè)有完整的尾樓和首樓。設(shè)有單層連續(xù)甲板，共三個(gè)貨艙，貨艙為大開(kāi)口雙殼箱形結(jié)構(gòu)［1］，貨艙雙層底重貨加強(qiáng)，上甲板舷邊設(shè)有三臺(tái)起重能力達(dá)80 t的克令吊，可以聯(lián)吊160 t的重貨。貨艙蓋為液壓折疊式。本船設(shè)有活動(dòng)二甲板兼谷物艙壁，便于裝載雜貨和谷物?？偛贾脠D見(jiàn)圖1。

本船按照英國(guó)勞氏船級(jí)社頒布的現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，除滿(mǎn)足正式簽定合同時(shí)生效的一切國(guó)際公約及修正案的相關(guān)要求之外，還滿(mǎn)足蘇伊士運(yùn)河航行規(guī)則、巴拿馬運(yùn)河航行規(guī)則和澳大利亞碼頭對(duì)貨艙通道的要求。

圖1 總布置圖

2 主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)

本船在載運(yùn)貨物品種、總體分艙布局、貨艙結(jié)構(gòu)形式和甲板舾裝設(shè)備等方面具有多用途船的典型特征，同時(shí)也滿(mǎn)足IMO海安會(huì)決議MSC.277（85）要求偶爾裝散貨的干貨船貨艙雙殼寬度的最新要求［2-3］，本船的主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)是尺度和噸位適中，功能多，布置緊湊，結(jié)構(gòu)復(fù)雜［4］，技術(shù)和設(shè)備先進(jìn)，自動(dòng)化程度高，線型優(yōu)良，性能指標(biāo)優(yōu)秀，經(jīng)濟(jì)性高，綠色環(huán)保。

下面就本船的主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)及相關(guān)技術(shù)問(wèn)題的解決做詳細(xì)闡述。

2.1 船舶總體布置

全船從首至尾依次是首尖艙、首側(cè)推兼應(yīng)急消防泵艙、貨艙區(qū)、機(jī)艙和尾尖艙，布局合理緊湊。全船共設(shè)三個(gè)雙殼箱型貨艙，第二、三貨艙寬度為20.4m，開(kāi)口寬度達(dá)到船寬的81%，貨艙內(nèi)和甲板上可分別裝載8列4層和10列5層標(biāo)準(zhǔn)集裝箱。最大貨艙長(zhǎng)度51.75m，可以裝運(yùn)特殊規(guī)格的長(zhǎng)大件貨物?？紤]到甲板起重機(jī)布置在舷側(cè)會(huì)引起初始橫傾，將燃油儲(chǔ)存艙不對(duì)稱(chēng)布置，抵消初始橫傾，避免使用橫傾壓載水艙對(duì)載重量的損失［1］。

圖2 防浪板特殊設(shè)計(jì)

2.2 上甲板艙口蓋和活動(dòng)二甲板的布置

艙口蓋的設(shè)計(jì)是本船的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。因?yàn)楸敬嵌嘤猛敬胀ǖ纳⒇洿灰粯?，所以為了在有限的尺度?nèi)發(fā)揮最大的載貨功能，貨艙開(kāi)口要設(shè)計(jì)得盡可能大，艙口間甲板則要盡可能小。既要保證艙口蓋順利開(kāi)啟，又要收藏在兩個(gè)貨艙之間，增加了設(shè)計(jì)難度。經(jīng)過(guò)與艙蓋設(shè)備商的反復(fù)協(xié)調(diào)，最后將艙蓋的布置定為全折疊式：第一貨艙4塊蓋板向首折疊開(kāi)啟，收藏在首樓甲板防浪板之后；第三貨艙4塊蓋板向尾折疊開(kāi)啟，收藏在上建前端一個(gè)箱位之前，不影響集裝箱裝載；第二貨艙跨距很長(zhǎng)，設(shè)計(jì)有8塊蓋板，其中4塊向首折疊開(kāi)啟，另4塊向尾折疊開(kāi)啟，分別收藏在第1～第2和第2～第3貨艙之間。整個(gè)艙蓋的布置十分緊湊，充分利用了艙口圍之間的空隙，為貨艙區(qū)保留出了最大的空間。由于最初將艙蓋布置得過(guò)于緊湊，故在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段也出現(xiàn)了一些問(wèn)題。比如，第一貨艙的艙蓋因?yàn)榫嗍讟嵌吮谔率古撋w舉臂油缸沒(méi)有位置安裝，而艙蓋折疊之后又影響到防浪板的布置等。為了解決這些問(wèn)題，舾裝和結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)認(rèn)真核對(duì)設(shè)備尺寸，將首樓甲板下的空艙特別處理，隔出了舉臂油缸的位置，并對(duì)防浪板的結(jié)構(gòu)作了特殊設(shè)計(jì)（圖2），經(jīng)過(guò)幾次協(xié)調(diào)修改，該問(wèn)題得到圓滿(mǎn)解決。

二甲板是多用途船的重要設(shè)備之一，通過(guò)設(shè)置二甲板可以對(duì)一個(gè)貨艙進(jìn)行高度和長(zhǎng)度方向的分隔，以滿(mǎn)足船東對(duì)貨物裝載的靈活性需求。本船采用了吊離式活動(dòng)二甲板，在左右兩舷的縱艙壁上設(shè)有活動(dòng)支撐座，用于支撐二甲板，不使用時(shí)可以將支撐座收藏在縱艙壁的盒內(nèi)。根據(jù)船東的要求，本船第一和第三貨艙的支撐座僅布置在一個(gè)高度位置上，二甲板上下的空間均適合裝載兩層標(biāo)準(zhǔn)箱；第二貨艙則布置有兩個(gè)高度位置，其中一個(gè)是保證其上下的空間均適合兩層標(biāo)準(zhǔn)箱，另一個(gè)適合下方三層標(biāo)準(zhǔn)箱，上方一層高箱。第二貨艙內(nèi)的二甲板還可以兼作谷物艙壁，在艙內(nèi)設(shè)有3個(gè)位置，可根據(jù)裝載情況自由組合。二甲板在不使用時(shí)，可以存放在貨艙內(nèi)，露天艙口蓋上或上建前端的尾樓甲板上。每塊二甲板的設(shè)計(jì)重量都不超過(guò)45 t，可以直接利用船上的起貨吊（最大80 t）進(jìn)行操作，同時(shí)二甲板在不使用時(shí)有多個(gè)位置選擇堆放（圖3），增加了活動(dòng)二甲板的使用靈活性［5］。

圖3 二甲板布置及堆放位置

2.3 振動(dòng)的控制

在考慮船廠施工條件和上建整體美觀的基礎(chǔ)上，在局部增加外圍艙壁（圖4），通過(guò)對(duì)各種方案的計(jì)算分析，選擇了最終方案，同時(shí)采用門(mén)框形雷達(dá)桅（圖5）有效控制本船的振動(dòng)。在尾部船側(cè)安裝旋渦發(fā)生器（圖6），改善尾部伴流場(chǎng)。

圖4 外圍艙壁

圖5 門(mén)框形雷達(dá)桅

圖6 旋渦發(fā)生器

通過(guò)試驗(yàn)，安裝旋渦發(fā)生器后，脈沖壓力一階葉頻可以減少20%～30%，二階葉頻可以減少40%～50%（見(jiàn)圖7），航速減少小于0.1 kn，對(duì)性能幾乎沒(méi)有影響。

圖7 安裝旋渦發(fā)生器后的脈沖壓力

2.4 局部結(jié)構(gòu)形式新穎

本船貨艙利用率較高，因此，第一貨艙的艙蓋，在艙蓋開(kāi)啟后，前端艙蓋板停放位置已處在Fr196肋位。首部由于錨系泊布置的要求，錨機(jī)后端位置也已經(jīng)到了Fr196.5位置，布置一個(gè)常規(guī)的擋浪板幾乎不可能，更無(wú)法給船員保留一定的錨機(jī)操作空間。我們采用了局部曲折、局部開(kāi)孔、局部做活動(dòng)板，三管齊下的方法，最終解決了這個(gè)問(wèn)題，并通過(guò)有限元計(jì)算（圖8），保證了擋浪板的強(qiáng)度要求。連馬士基的船東在看了圖紙后也說(shuō)“不可想象”。本船貨艙寬度有二十多米，按照規(guī)范要求，艙口 角隅的半徑需要達(dá)到860mm以上才能滿(mǎn)足要求。但大半徑的艙口角隅對(duì)裝箱造成了不利。為此，我們對(duì)角隅形式做了修改，做成了一個(gè)盒式的切入式負(fù)角隅（圖9）。但新的問(wèn)題又出現(xiàn)了，在第1艙和第2艙的角隅附近，風(fēng)機(jī)室的甲板開(kāi)孔離角隅太近，使得艙口角隅處的應(yīng)力比較高，為了改善此處角隅處的受力情況，我們?cè)诮怯绾凶痈浇黾恿撕侠淼目v桁和強(qiáng)橫梁結(jié)構(gòu)，使此處的縱向力順勢(shì)由縱桁承受部分。修改后的角隅形式獲得了船級(jí)社的認(rèn)可。

圖8 有限元計(jì)算

圖9 盒式切入式負(fù)角隅

2.5 起貨設(shè)備

全船共設(shè)3臺(tái)單吊臂甲板起重機(jī)，2臺(tái)80 t吊分別布置在第一、第二貨艙中間的甲板舷側(cè)處，1臺(tái)80 t吊布置在第三貨艙前端甲板舷側(cè)處。起貨吊的布置主要考慮其起吊能力、覆蓋范圍、對(duì)視線和裝載的影響，存放（擱置）的便利性，是否影響艙口蓋啟閉等因素。本船的起貨吊具有聯(lián)吊功能，可以聯(lián)吊160 t貨物，增加了對(duì)港口的適應(yīng)能力，聯(lián)吊吊梁存放在第一貨艙艙口圍右側(cè)。3臺(tái)吊機(jī)均朝向船尾擱置（蕪湖船廠朝向船首擱置），船首1號(hào)吊臂擱置在2號(hào)吊的基座上，2號(hào)吊臂擱置在3號(hào)吊的基座上，3號(hào)吊臂則擱置在上建左舷，配有專(zhuān)門(mén)的吊臂擱架和吊鉤緊固裝置。3號(hào)吊的擱架，最初是設(shè)計(jì)在左翼橋樓上的，后來(lái)船東認(rèn)為影響視線，要求將吊臂放平，擱置到橋樓甲板下方。

2.6 破艙穩(wěn)性和谷物穩(wěn)性

本船的破艙穩(wěn)性根據(jù)規(guī)范要求，首制船按照SOLAS 2004干貨船概率方法計(jì)算，后續(xù)船按SOLAS 2009干貨船概率方法計(jì)算，通過(guò)有效調(diào)整開(kāi)口的位置和密性、GM合理選取及水密分隔的有效劃分，以得到滿(mǎn)意的破艙穩(wěn)性計(jì)算結(jié)果，提高本船的安全性。

本船在首尾壓載邊艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于型線比較瘦，結(jié)構(gòu)局部的加強(qiáng)比較難做，邊艙局部做到了船底，按照新規(guī)范要求，要加算底部的確定性破損，后來(lái)經(jīng)過(guò)計(jì)算也滿(mǎn)足了要求，得到了LR的認(rèn)可。

本船的谷物穩(wěn)性根據(jù)《散裝谷物安全運(yùn)輸規(guī)則》的要求進(jìn)行核算，分別計(jì)算了積載因數(shù)42～60 cuft/LT的谷物裝載工況。由于本船的第一貨艙部分開(kāi)口內(nèi)縮，兩邊甲板的加強(qiáng)為縱向結(jié)構(gòu)，因此在計(jì)算谷物橫傾力矩時(shí)，計(jì)算模型按照實(shí)際結(jié)構(gòu)形式精確定義以獲得較為精確的有利的計(jì)算結(jié)果。

3 結(jié)語(yǔ)

18 000 t多用途船的設(shè)計(jì)是上海船舶研究設(shè)計(jì)院自主開(kāi)發(fā)的，并綜合考慮船東的實(shí)際使用情況及船東的特殊要求而開(kāi)發(fā)的新型多用途船。

本項(xiàng)目在江蘇蘇港船廠建造2條，在安徽蕪湖新聯(lián)船廠建造4條，均已交付使用；在江蘇三福船廠繼續(xù)開(kāi)工建造2條，該船船東均為國(guó)際著名航運(yùn)公司丹麥馬士基，首制船交付使用以來(lái)，其優(yōu)秀的性能、超強(qiáng)的攬貨能力，得到了船東的好評(píng)。目前，仍有船東對(duì)該項(xiàng)目表示出濃厚的興趣，表明該項(xiàng)目具有一定的市場(chǎng)影響，受到船東的廣泛青睞。

［1］焦宇清.12 000噸多用途散貨船開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)綜述［J］.船舶設(shè)計(jì)通訊，2005，（1）：15-20.

［2］MSC.277（85）［S］.

［3］SOLAS regulation XII/6 Structuraland other requirements for bulk carriers［S］.

［4］張卓，顏緒，楊軍.27 000噸多用途散貨船總體設(shè)計(jì)概述［J］.船舶設(shè)計(jì)通訊，2011，（增刊）：10-14.

［5］胡關(guān)德，王剛毅.多用途船船型及設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介［J］.船舶設(shè)計(jì)通訊，2009，（3）：45-50.