◎ 葉保善　廣西壯族自治區(qū)南寧船舶檢驗(yàn)局

分析自由液面對(duì)船舶穩(wěn)性的影響及船舶安全行駛對(duì)策

◎ 葉保善廣西壯族自治區(qū)南寧船舶檢驗(yàn)局

我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，尤其是海上貿(mào)易量激增，運(yùn)輸船舶在風(fēng)浪中行使時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生沉沒事故，通過對(duì)事故的調(diào)查分析，都和自由液面有很大的關(guān)系。為了避免自由液面對(duì)船舶的安全構(gòu)成威脅,下面就結(jié)合沉船事故案例,對(duì)自由液面出現(xiàn)的原因，產(chǎn)生的原因，在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)分析自由液面對(duì)船舶初穩(wěn)心高度、船舶大傾角穩(wěn)性的影響,只有了解事故發(fā)生的原因，才能采取有效的措施予以控制。下面就對(duì)這些方面進(jìn)行分析，希望給有關(guān)人士一些借鑒。

自由液面 船舶穩(wěn)性 安全行駛

對(duì)于自由液面而言，如果在運(yùn)輸貨物的時(shí)候，流動(dòng)的貨物，或者是液體沒有裝滿船艙的時(shí)候，其會(huì)就出現(xiàn)自由流動(dòng)問題，如果船舶艙室中進(jìn)水，也會(huì)形成自由液面，如果裝入的貨物具有下沉性和散落性,在外力的作用下，就會(huì)出現(xiàn)自由松散問題，這些情況得不到控制，都會(huì)影響船舶的安全行駛。

1.分析自由液面對(duì)船舶穩(wěn)性的影響

1.1分析自由液面對(duì)船舶初穩(wěn)心高度的影響情況

如果船艙內(nèi)裝有液體時(shí)，但是沒有裝滿，就會(huì)形成自由液面，船舶在行駛過程中，在自由液面的影響下，船舶的穩(wěn)定性就會(huì)減小，如果傾角比較小的時(shí)候，計(jì)算公式為ΔhGM=∑ρix/D，在該公式中，D表示船舶的排水量，ρ代表船艙內(nèi)液體的密度值，ix表示自由液面對(duì)船舶橫傾軸的慣性矩，具體數(shù)值可以在相關(guān)資料中獲得，還可以通過公式進(jìn)行計(jì)算，但是比較麻煩。

從這些數(shù)據(jù)中可以看出，自由液面在影響船舶初穩(wěn)心高度值，主要是將其值進(jìn)一步降低，從公式中不難看出，其和液體密度是正比關(guān)系,和液艙的寬度的立方是正比關(guān)系，和液艙長(zhǎng)度也是正比關(guān)系,如果液艙的寬度不斷增大,對(duì)自由液面影響情況就會(huì)加劇。

如果船舶遇到碰撞、擱淺、觸礁等問題，船艙有可能進(jìn)水，這樣也會(huì)出現(xiàn)自由液面，可以使用公式ΔhGM=Cx∑ρix/D，表達(dá)對(duì)初穩(wěn)心高度的降低值，在該公式中，C表示貨艙進(jìn)水后，其面積滲透率,面積滲透率由于情況的不同，其實(shí)際數(shù)值也不同，要具體情況具體分析。

1.2分析在大傾角情況下其對(duì)船舶靜穩(wěn)性的影響

如果船舶的橫傾角在10°以上，在表示船舶的靜穩(wěn)性時(shí)，由于條件發(fā)生了改變，因此就不可以使用初穩(wěn)心高度進(jìn)行表示，一般會(huì)使用復(fù)原力臂lGZ進(jìn)行表示，如果是在大傾角的情況下，對(duì)于橫傾軸的慣性矩而言，自由液面屬于變量,自由液面的尺度不僅會(huì)發(fā)生變化，還會(huì)隨著橫傾角的不同，出現(xiàn)更嚴(yán)重的變化,在這一情況下，可以利用橫傾角θ對(duì)其進(jìn)行修正，在計(jì)算自由液面慣性矩值時(shí)，可以使用公式i′x=ix/cos3θ，最終就可以計(jì)算出結(jié)果。

1.3分析船舶靜穩(wěn)性情況

對(duì)船舶的穩(wěn)性進(jìn)行考察過程中，不僅要重點(diǎn)對(duì)船舶的初穩(wěn)心進(jìn)行考察,還應(yīng)該對(duì)船舶在大傾角時(shí)候的穩(wěn)定性進(jìn)行考察分析，例如當(dāng)船舶在運(yùn)輸航行過程中，由于其他因素的影響，船舶出現(xiàn)進(jìn)水問題，或者發(fā)生嚴(yán)重的橫傾時(shí),都應(yīng)該進(jìn)行具體情況的分析。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)該對(duì)船舶大傾角時(shí)的穩(wěn)性進(jìn)行考察，例如當(dāng)某木材船發(fā)生嚴(yán)重的碰撞后，或者是貨艙進(jìn)水后，在這些情況下，都要計(jì)算船舶的初穩(wěn)心。在此期間，從計(jì)算結(jié)果中分析，如果船舶還有足夠的穩(wěn)性,就可以繼續(xù)沿著計(jì)劃的航線行駛，但是如果船舶到達(dá)錨地后,卻突然傾覆，在事故調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，由于輪船進(jìn)水之后，在自由液面的修正下，其初穩(wěn)心仍然是0.55m,由此可見，在行駛當(dāng)中其初穩(wěn)心還是在相關(guān)規(guī)定范圍內(nèi)的。該船傾覆的主要原因是在在不同橫傾角的情況下，在自由液面的影響修正下，其復(fù)原的力臂滿足了解要求，因此發(fā)生傾覆。

2.分析船舶在安全行駛中的有效對(duì)策

2.1對(duì)大型運(yùn)輸船舶航行前的必要檢查分析

通過上述的分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)于運(yùn)輸船舶而言，要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊設(shè)置，設(shè)立縱向水密艙壁，可以有效減少自由液面對(duì)船舶穩(wěn)性的影響，除此之外，在航行中也應(yīng)該將裝入的液體艙室都裝滿，或者是讓其處于空倉(cāng)狀態(tài)，有效減少自由液面艙柜的數(shù)量，那么在航運(yùn)過程中，就能避免對(duì)船舶穩(wěn)性的影響。通過對(duì)當(dāng)前船舶的調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)一般超大型散裝船舶，如果是處于空載狀態(tài)下航行,一定要使用1到2個(gè)貨艙作為壓載艙,業(yè)內(nèi)人士都了解，這種船舶貨艙的寬度和長(zhǎng)度都很大,如果不加以控制，那么其對(duì)船舶自由液面的影響非常大，因此在運(yùn)行過程中，嚴(yán)格遵守船舶的規(guī)定，不能在該類壓載艙時(shí)，存在半艙情況，這是極其危險(xiǎn)的。船舶在自由航行的時(shí)候，如果需要使用油水,要通過調(diào)駁油水,確?？臻g較大的油水艙是滿艙，或者是空艙。在檢查過程中，注意對(duì)縱向艙的觀察，其倉(cāng)壁是否完全分隔，是否還存在連通情況，觀察不同艙室中是否存在不必要的積水，如果存在上述問題，都要及時(shí)進(jìn)行處理，保證大型運(yùn)輸船舶在航行過程中的安全性和穩(wěn)定性，將事故發(fā)生率降到最低。

2.2有效對(duì)船舶中裝載的散裝進(jìn)行處理

為了保證船舶航行的安全性，一定要對(duì)船舶中裝載的散貨進(jìn)行處理，主要是將貨物堆放好，有條理的安放，或者對(duì)貨物加以固定，要求在航行顛簸時(shí)，貨物不會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)，除此之外，由于貨物高低不齊，也會(huì)影響船舶航行的穩(wěn)定，因此可以對(duì)其進(jìn)行平艙。如果需要裝運(yùn)水洗礦這樣的貨物時(shí)，必須要對(duì)貨物的含水量進(jìn)行嚴(yán)格的控制和檢測(cè),這樣在整個(gè)航行過程中，就不會(huì)出現(xiàn)自由液面,保證航行中船舶的安全性。

2.3當(dāng)船舶進(jìn)水后的處理方法

一般船舶在航行過程中，由于天氣影響，以及航行海域環(huán)境的影響，一旦出現(xiàn)觸礁、擱淺、碰撞等問題，船舶艙室不可避免的會(huì)發(fā)生進(jìn)水，針對(duì)這一情況，船上的工作人員要及時(shí)進(jìn)行處理，不要拖延，拖延后果很嚴(yán)重?？梢约皶r(shí)用排水泵排水，或者進(jìn)行堵漏,在此基礎(chǔ)上，將臨近艙室的水密門窗都關(guān)閉,及時(shí)減少存在自由液面的艙室數(shù)量，這樣出現(xiàn)自由液面的情況就和降低，而且其影響范圍也有限，就保證了船舶安全的運(yùn)行。

2.4對(duì)于船舶發(fā)生橫傾時(shí)的處理措施

如果在航行過程中，由于各種因素的影響，船舶出現(xiàn)嚴(yán)重的橫傾問題，技術(shù)人員一定要及時(shí)處理，不能耽誤寶貴的搶修時(shí)間。使用壓載水有效對(duì)其調(diào)整，在操作過程中，一定要小心謹(jǐn)慎，必須充分考慮到自由液面對(duì)其的影響，如果必須使用壓載水對(duì)其作出調(diào)整，那么在選擇壓載艙時(shí)，應(yīng)該保證壓載艙寬度較窄，如果該船舶已經(jīng)安裝了壓載水,在進(jìn)行橫傾調(diào)整過程中,最好使用排放在橫傾一側(cè)

的壓載水,這種處理方式，可以有效避免其他壓載水艙出現(xiàn)自由液面問題，有效保護(hù)了船舶的穩(wěn)定性。

下面就以實(shí)際案例進(jìn)行分析，永安號(hào)船的沉沒事故，給了非常深刻的教訓(xùn)，在對(duì)事故調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，該船裝運(yùn)散裝的硫精礦,在正常的航行過程中，整個(gè)船體突然向左傾斜12°，在這種危機(jī)關(guān)頭，船長(zhǎng)立即下令向No.2右舷壓載艙壓水，在不斷的努力下，該船回到了正浮的狀態(tài),但是在這之后不久，又出現(xiàn)了問題，該船又開始向右側(cè)傾斜，此時(shí)船長(zhǎng)仍然按照之前的操作方式，下令向No.2左舷壓載艙壓水,但是船舶在左轉(zhuǎn)的時(shí)候，整個(gè)船體開始不受控制，直接向右側(cè)加劇的橫傾，最終導(dǎo)致永安號(hào)船的沉沒,但是據(jù)調(diào)查分析，事故發(fā)生時(shí)在其航行的海域內(nèi)海況、天氣等都非常好，由此可見，這就是船體自由液面導(dǎo)致的。

2.5有效控制浪引起的自由液面

通過上述情況的分析得知，影響船舶航行安全的主要因素就是自由液面，因此要通過各種手段控制各種因素引起的自由液面，例如在航行中經(jīng)常會(huì)遇到風(fēng)浪，如果風(fēng)浪過大，海水就會(huì)沿著甲板流向各個(gè)艙室，如果條件允許的話，自由液面形成的速度非?？欤虼嗽谶@種情況下，駕駛?cè)藛T要提前減速航行，或者是改變航行的方向,這樣就可以很好的控制船舶出現(xiàn)的垂蕩和縱搖幅度,除此之外，還應(yīng)該檢查甲板上排水口情況，時(shí)刻保持其暢通。

3.總結(jié)

通過以上對(duì)自由液面形成原因的分析，發(fā)現(xiàn)其影響因素較多，在輪船航行過程中一定要予以控制，避免這一問題的發(fā)生。除此之外，還分析了只有液面對(duì)船舶穩(wěn)性的影響，通過上述的案例就可以看出，其影響非常嚴(yán)重，可以直接導(dǎo)致一個(gè)大型貨輪的沉沒，因此在航行前要注意各項(xiàng)工作的檢查，不能有任何疏忽。

[1]夏璐璐.典型芻議自由液面對(duì)船舶穩(wěn)性的影響[J].中國(guó)水運(yùn)月刊,2015,15(5)∶21-22.

[2]程霄楠,覃曉青,劉敏燕.載運(yùn)易流態(tài)化固體散貨船舶沉船事故機(jī)理分析[J].中國(guó)水運(yùn)月刊,2015,15(5)∶14-15.

[3]任凱,浦金云,李營(yíng).船舶裝載對(duì)初穩(wěn)性影響的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2014,33(7)∶180-184.

[4]劉威,朱發(fā)新,溫小飛,等.船舶穩(wěn)性及受撞即時(shí)傾覆影響因素分析研究[J].機(jī)電設(shè)備,2013(4)∶20-23.

[5]魏登明,李海艷.基于船舶中舵操縱穩(wěn)定性優(yōu)化控制研究[J].計(jì)算機(jī)仿真, 2015,32(12)∶332-336.