方如意

（南通潤(rùn)邦海洋工程裝備有限公司，江蘇 啟東 226255）

針對(duì)現(xiàn)有風(fēng)電項(xiàng)目的現(xiàn)狀，大型樁基、導(dǎo)管架等趨于主流，因此增大船舶載貨區(qū)域面積以及單位面積承載噸位，平衡能耗和提高單次運(yùn)輸效率，即采用較小的燃油費(fèi)用、較小的廢氣排放量以達(dá)到最大最合理的經(jīng)濟(jì)航速及運(yùn)輸量成為風(fēng)電運(yùn)輸船主要設(shè)計(jì)和建造難點(diǎn)。[1]

1 船舶經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸噸位及幾何要素的選擇

1.1 船舶經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸噸位

船舶經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸噸位，顧名思義，在經(jīng)濟(jì)航速的工況下，所裝載貨物的噸位[2]，由于本項(xiàng)目主要用于海上大型鋼構(gòu)運(yùn)輸，存在大體積、小噸位的特點(diǎn)，因此，確定主要裝載貨物的主體尺寸是確定本項(xiàng)目船舶幾何要素的重點(diǎn)，按海上風(fēng)電導(dǎo)管架的常規(guī)尺寸，其占甲板面積在約為長(zhǎng)33 米*寬33 米，直立放置裝載，高度方向?yàn)?0 米左右，因此考慮多套運(yùn)輸方案以及結(jié)合船舶方形系數(shù)的選取來(lái)確定船舶幾何要素。

本項(xiàng)目船體幾何要素為：總長(zhǎng)152.8 米，型寬40 米，型深9.6 米，主甲板載貨區(qū)域133.3 米*40 米，滿足常規(guī)導(dǎo)管架三套同時(shí)運(yùn)輸?shù)囊?，將運(yùn)輸費(fèi)用利用達(dá)到最大化。

1.2 船舶幾何要素

船型對(duì)阻力性能的影響與船速有密切的關(guān)系，在不同的速度范圍內(nèi)，船型參數(shù)對(duì)阻力的影響有本質(zhì)上的差別[3]。實(shí)體模型試驗(yàn)是預(yù)估船舶水動(dòng)力性能的傳統(tǒng)方法，其缺點(diǎn)為時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展，船體計(jì)算機(jī)CFD 模擬分析以其速度快、耗費(fèi)低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。

因此，采用CFD 模擬分析驗(yàn)證本船船舶幾何要素并優(yōu)化其線型及阻力作為本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，針對(duì)本項(xiàng)目的船舶幾何要素以及上述要求，做出如下兩種線型優(yōu)化方案：

1.大幅度優(yōu)化艏柱線型，大幅度優(yōu)化艉框及艉流場(chǎng)，如圖1。此方案優(yōu)點(diǎn)是，船首航行阻力優(yōu)化明顯，有效抑制興波阻力，但涉及水線出水線較瘦，向主甲板過(guò)渡較大，局部線型外飄明顯?？紤]到主機(jī)額定功率為3530kW*2 臺(tái)，在主機(jī)功率儲(chǔ)備率為15%，航行風(fēng)浪裕度為15%，軸系及齒輪箱綜合效率為95%，且使用高效螺旋槳的前提下，航速預(yù)報(bào)值為13 節(jié)；上述條件下如使用MAU 槳，航速預(yù)報(bào)為12.8 節(jié)。

圖1 線型優(yōu)化方案a

2.小幅度優(yōu)化艏柱線型，大幅度優(yōu)化艉框及艉流場(chǎng)，如圖2。此方案優(yōu)點(diǎn)是，船首航行阻力優(yōu)化明顯，在一定程度上抑制興波阻力，但船艏部線型過(guò)渡平緩，沒(méi)有明顯的突出性外飄?？紤]主機(jī)額定功率為3530kW*2 臺(tái)，在主機(jī)功率儲(chǔ)備為15%，航行風(fēng)浪裕度為15%，軸系及齒輪箱綜合效率為95%，且使用高效螺旋槳的前提下，航速預(yù)報(bào)值為12.7 節(jié)；上述條件下如使用MAU 槳，航速預(yù)報(bào)為12.5 節(jié)。

圖2 線型優(yōu)化方案b

結(jié)論：綜合上述兩點(diǎn)及CFD 分析結(jié)果，考慮航線及運(yùn)輸成本等綜合因素，選擇方案b 為本項(xiàng)目最終船舶外形參數(shù)。

2 等效設(shè)計(jì)申請(qǐng)

2.1 規(guī)則及要求

本項(xiàng)目屬于特定構(gòu)造和用途的船舶，上層建筑和甲板室設(shè)置在首部區(qū)域，根據(jù)本船的預(yù)定用途，擬在主甲板裝運(yùn)大件鋼結(jié)構(gòu)貨物，若按此要求設(shè)置后桅，會(huì)帶來(lái)以下困難：

1.設(shè)置的后桅位于露天裝貨區(qū)域尾部，對(duì)于大件貨物采用滾裝等方式進(jìn)行裝卸作業(yè)等將造成很大的影響。

2.本船為首駕駛船型，尾部無(wú)上層建筑，造成所設(shè)后桅燈高度偏高（后桅燈高度高于前桅燈4.5 米），后桅桿高度約19 米，如此高的后桅桿安裝后不易加固，船舶航行時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大振動(dòng)，會(huì)對(duì)操船人員造成一定的危險(xiǎn)，另外后期維護(hù)也十分困難。

因此需要向中國(guó)海事部提交等效設(shè)計(jì)方案，其等效設(shè)計(jì)方案需滿足《1972 國(guó)際海上避碰規(guī)則》以及《國(guó)際航行船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（2014）及其2016/2019修改通報(bào)相關(guān)條款。

2.2 國(guó)內(nèi)外類似案例

2.2.1 IMO 通報(bào)挪威海事局的免除案例

根據(jù)IMO 頒布的SN/Circ.116 通函，挪威海事主管當(dāng)局對(duì)長(zhǎng)度為50 米或50 米以上的近海供應(yīng)船舶安置兩盞桅燈的要求予以免除，尾燈應(yīng)盡可能靠近船尾，如果尾燈安裝在上建的后面，需要用投光燈照明后甲板，以顯示船長(zhǎng)。如果安裝兩盞桅燈，其安裝位置要滿足規(guī)則的要求。但是考慮到前后桅燈全部設(shè)置，從安全角度上明顯比免設(shè)后桅燈要高，同水域航行船舶可以通過(guò)觀察前后桅燈角度變化判斷本船的航行動(dòng)態(tài)，比單獨(dú)通過(guò)前桅燈更利于判斷。因此本船擬采用設(shè)后桅前置的方案，仍保持兩盞桅燈，但水平距離小于1/2船長(zhǎng)。

2.2.2 國(guó)內(nèi)同類型船舶或類似船舶免除案例

浙江建揚(yáng)航務(wù)工程有限公司建造的無(wú)限航區(qū)130米海洋工程大件運(yùn)輸船，依據(jù)主管機(jī)關(guān)的相關(guān)規(guī)定和船上的實(shí)際布置，向中國(guó)海事局申請(qǐng)并獲得批準(zhǔn)放寬前后桅燈水平距離的等效措施，海便函（2016）98 號(hào)《中華人民共和國(guó)海事局關(guān)于130 米海洋工程大件運(yùn)輸船免除后桅燈事宜的批復(fù)》可查。

2.3 等效方案設(shè)計(jì)

1.設(shè)置前、后2 盞桅燈，后桅燈前置，在駕駛甲板左右兩舷的后端各設(shè)置1 盞能照亮尾部甲板的專用探照燈TG28（220V 2000W），在主甲板尾部左右舷各增設(shè)一盞能顯示船舶尾部寬度的補(bǔ)充照明用投光燈TG5（220V 400W）。

2.本船在駕駛臺(tái)的適當(dāng)位置標(biāo)識(shí)航行警示，確保船舶航行期間任何時(shí)候打開(kāi)航行燈的同時(shí)，即打開(kāi)探照燈照亮尾部甲板（通過(guò)在航行燈控制板上設(shè)置開(kāi)關(guān)與探照燈聯(lián)鎖，并在航行燈板上設(shè)置連通指示燈，以確保航行燈打開(kāi)時(shí)，探照燈也是處于打開(kāi)狀態(tài)，且在航行燈板上可觀察到探照燈的接通狀態(tài)）。

3 壓載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目壓載系統(tǒng)設(shè)計(jì)需結(jié)合船舶裝載狀態(tài)及船舶航行穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)來(lái)考慮，另外，到港壓載排放速度以及國(guó)內(nèi)外跨區(qū)域壓載水處理速率也是本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，本項(xiàng)目考慮采用2500 方/小時(shí)排量壓載泵兩臺(tái)作為壓載系統(tǒng)主泵，為了防止海洋生物污染并考慮到IMO 海事組織《國(guó)際壓載水管理公約》要求，本項(xiàng)目配備過(guò)濾加電催化雙重作用的壓載水處理裝置，其最大處理量達(dá)3000 方/小時(shí)，該系統(tǒng)可以生產(chǎn)羥基自由基，高效殺滅船舶壓載水的微生物，且活性物質(zhì)本身可迅速分解成無(wú)害物質(zhì)而不會(huì)殘留。

4 結(jié)語(yǔ)

總體來(lái)說(shuō)，在分析船舶經(jīng)濟(jì)航速的時(shí)候，需要合理地優(yōu)化船舶線型，降低船舶運(yùn)行的阻力，有效增加船舶運(yùn)行的效率，再次為優(yōu)化船舶甲板載貨面積，提高裝載量，以達(dá)到船舶運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效率。