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        沿海自吸自卸砂船主尺度參數(shù)及線型設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

        2021-12-17 08:35:38陳茂仙
        福建交通科技 2021年7期
        關(guān)鍵詞:船舶設(shè)計(jì)

        ■陳茂仙

        (福建省港設(shè)船舶檢驗(yàn)有限公司,福州 350001)

        隨著市場對砂子需求增加, 與之配套的運(yùn)砂船舶大批涌現(xiàn),主要以自吸自卸砂船為主。2020 年初,《國內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則(2020)》[1]第11 篇第4 章,對自吸自卸砂船提出相關(guān)要求,以保證自吸自卸砂船在提高經(jīng)濟(jì)性、 時效性的同時又能保證安全性。

        自吸自卸砂船作為運(yùn)輸貨物的一種特殊貨船,還具備工程船的功能,自帶吸砂管、砂泵、吸砂輔機(jī)、卸砂輔機(jī)和輸送砂帶等設(shè)備進(jìn)行自吸自卸砂子作業(yè)。 基于自吸自卸砂船的特點(diǎn),從船舶的安全性、便捷的操作性及相關(guān)法規(guī)條款的要求綜合考慮,確定主要尺度和線型,通過設(shè)計(jì)優(yōu)良的線型,能降低耗油量,提升貨物裝載量。

        1 船舶主尺度的相關(guān)概念介紹

        船舶主尺度是反映船舶外型大小的尺度,單位用米(m)表示。 體現(xiàn)船舶長度的船長一般是總長、滿載水線長及垂線間長(具體在相關(guān)技術(shù)規(guī)則中有相應(yīng)的定義)。 總長指船體(包括首、尾升高甲板)及上層建筑的船首最前端到船尾最后端之間的水平距離(金屬材料外板的船舶計(jì)至內(nèi)表面,纖維增強(qiáng)塑料等非金屬材料外板的船舶計(jì)至外表面),不包括船首尾兩端的突出物(如舷伸甲板、護(hù)舷材、舷墻、頂推裝置、舷外掛機(jī)及其安裝支架、假首、假尾、活動突出物等)[1]。 對自吸自卸砂船總長,《國內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則(2020)》中有專指包含貨物的輸送裝置[1]。 下面分析船舶主尺度的定義包括,兩柱船長:沿夏季載重水線,由首柱前緣量到舵柱后緣的長度;對無舵柱的船舶, 由首柱前緣量到舵桿中心線的長度。 船寬:在船舶的最寬處,由一舷的肋骨外緣量至另一舷的肋骨外緣之間的水平距離。型深:船長中點(diǎn)處,沿船舷由平板龍骨上緣量至干舷甲板下表面的垂直距離[2]。

        2 沿海自吸自卸砂船的主尺度參數(shù)分析

        自吸自卸砂船作為貨船的一種, 提高載貨量、降低耗油量是投資者從提升經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的角度應(yīng)考慮的方向,在操作便捷方面還需具備進(jìn)行自吸自卸貨物等工程船的功能,因此在選擇主尺度時要綜合考慮各方面性能的需求。

        從近兩年(2020-2021 年)某省主要投入運(yùn)營的沿海自吸自卸砂船 (含自卸砂船改為自吸自卸砂船)的主尺度可知:兩柱間長Lpp 為86~130 m,型寬B 為19~26 m,型深D 為5.8~8.8 m,設(shè)計(jì)吃水d為3.55~6.0 m,方型系數(shù)Cb 為0.865~0.93。 在相關(guān)的資料中顯示L/B 為4.39 ~5.00,B/D 為3.354 ~2.955,B/d 為5.4~4.4,干舷2.25~2.8。

        從表1 及以上數(shù)據(jù)可知,自吸自卸砂船的設(shè)計(jì)與普通貨船的設(shè)計(jì)有較大區(qū)別:(1)船長選擇范圍較大,主機(jī)總功率與船長成正比關(guān)系,航速普遍在10~11 kn。 主要是自吸自卸砂船航區(qū)是沿海,航程都不遠(yuǎn),船東從經(jīng)濟(jì)上考慮選取。 (2)從型深和吃水分析,干舷比普通貨船要大許多。 自吸自卸砂船一般不加設(shè)艙口蓋,考慮滿足穩(wěn)性要求,從而要提高干舷保證其安全性能。 (3)寬深比一般都超過3.0,目前達(dá)到3.35 的,規(guī)范規(guī)定可以達(dá)到3.5,還是有潛力可以考慮的。 (4)自吸自卸砂船方形系數(shù)比普通貨船更大些,浮心縱坐標(biāo)也是相對的船舯后,在裝貨過程中的不同裝載狀態(tài)下,發(fā)生變化,但在空載及滿載情況下基本變化不大, 更能保證船舶的安全性。

        表1 某省自吸自卸砂船船長、占比及設(shè)計(jì)參數(shù)

        3 沿海自吸自卸砂船線型設(shè)計(jì)的特點(diǎn)分析

        3.1 橫剖面線型

        當(dāng)船舶主尺度如船長×型寬×型深×吃水×方型系數(shù)等相關(guān)要素確定之后,就可以設(shè)計(jì)出滿足這些要素的船體型線。 船舶性能良好、線型光順是船舶設(shè)計(jì)者追求的目標(biāo),船型阻力的降低,安全性系數(shù)提高是自吸自卸砂船的集中要求和要素優(yōu)化的重點(diǎn)。 船型一般有U 型、V 型及介于兩者之間的中U型,對船型的選擇,自吸自卸砂船選用U 型,在同等吃水的情況下U 型船的排水量比其他兩種 (V 型/中U 型)大,排水量增大,裝貨量就提升,U 型這類船型也是貨船的較多選擇。 首先自吸自卸砂船基本上都在平靜的海上行駛 (蒲氏風(fēng)級不超過6 級、有義波高不超過2 m),遇到大風(fēng)大浪氣象惡劣的情況下,必須避港停止作業(yè),受由風(fēng)浪、波浪造成失速、耐波性能降低的因素影響變化較??;其次,從經(jīng)濟(jì)性上分析,U 型比中V 型船型更用利于載貨量提升,船中線型豐滿提高裝貨空間。 因?yàn)檫@些特點(diǎn),自吸自卸砂船的船型全部都選取U 型,舭部圓弧半徑比較小。 圖1 是選用典型主尺度的一種自吸自卸砂船的橫剖面、線、點(diǎn)[3]。

        圖1 自吸自卸砂船的橫剖面、線、點(diǎn)

        3.2 艏部線型

        船舶在海上行駛根據(jù)不同類型船舶的特點(diǎn)需要采取多種多樣的措施防止海水沖擊,考慮到自吸自卸砂船艏部設(shè)有輸送帶出口,為了防止海水從船首濺入,除國家法規(guī)的相關(guān)要求外,需要將甲板的船艏線型抬高, 見圖2 (典型砂船), 計(jì)算吃水為5.15 m, 基線到艏樓甲板邊線高點(diǎn)處為11.559 m,比計(jì)算要求的最小船艏高度要高許多,相比其他貨船預(yù)留量比較大;艏部基本采用球鼻來減少興波阻力,但常規(guī)球鼻艏會導(dǎo)致濕面積增大,自吸自卸砂船由于比其他貨船(主尺度相近的)干舷取值較大,首部吃水小,球鼻艏的線型緊湊顯得嬌小,從而減少濕面積,克服了常規(guī)球鼻艏的缺點(diǎn)。

        圖2 自吸自卸砂船的艏部剖線型

        3.3 艉部線型

        艉部的線型設(shè)計(jì)對船舶推進(jìn)、 阻力大小有較大影響。 雙機(jī)雙槳船常規(guī)艉線型去流段比較短,收縮比較緊驟很容易引起水流分開, 螺旋槳伴流出現(xiàn)空洞增大旋渦阻力,同時使槳轉(zhuǎn)矩過大,加劇艉部振動[4]。

        由于自吸自卸砂船的B/d 比較大,因此水流方向更接近于沿縱剖線方向,對此應(yīng)重視縱剖線水平面的夾角。 圖3 為自吸自卸砂船的尾部線型,該船船員艙室、駕駛室均集中設(shè)置在船艉,尾部線型變化較小,有足夠的寬度和吃水,達(dá)到螺旋槳的來流充分,提高螺旋槳在各種裝載下的敞水效率。 自吸自卸砂船一般運(yùn)程較短, 砂子運(yùn)輸?shù)絼e的貨船,在與其他船過駁的過程中需要不?;剞D(zhuǎn)、橫移或倒車等操作, 而雙機(jī)雙槳雙舵具備良好的操縱性能,能在短時間內(nèi)快速倒車、橫移或回轉(zhuǎn)。 因此,自吸自卸砂船選取雙機(jī)雙槳船型能充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)。

        圖3 自吸自卸砂船的尾部線型

        4 結(jié)論

        隨著砂子需求的增加,沿海省份涌現(xiàn)大批自吸自卸砂船,從內(nèi)河到沿海出現(xiàn)航區(qū)上的變更,對沿海自吸自卸砂船的操縱性、快速性能等相關(guān)的航行性能是重要的研究對象,與其息息相關(guān)的船舶主尺度和線型是研究的重中之重。 在未來的使用中將不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,同時不斷地進(jìn)行更深入的分析研究,選取適合船型,來保證船舶的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

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