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船舶性能 船舶装载及稳性计算 Ξ 关 爽 摘 要 本文介绍了当前船舶装载及稳性计算中遇到的情况,并结合规范,与船级社、 船东、 船厂共同探讨 而给出解决的方法,提醒注意计算中的问题 关键词 装载 稳性计算 船舶装载及稳性计算是船舶设计和性能计算的 重大内容,既要严格按照规范或公约要求进行计算 又要结合船的实际情况和船东的合理要求进行恰当 调整,也就是说在满足规范的前提下,最大限度地挖 掘潜力,提高装载率,充分发挥船舶经济效益 1 均质货装载和稳性 均质货装载是船舶稳性计算中最常见的装载状 态,其装载量为船舶排水量减去空船重量、 油水及常 数等因此其积载因数视船的具体情况而定船东 规定满载状态下装均质货时不允许加压载水,这就 要求设计者在考虑总布置和线型时充分注意重心纵 向位置和浮心纵向位置的协调一致,而浮心纵向位 置更与船舶快速性密切相关,因此需仔细考虑,必须 使船舶性能良好且在满载航行时不出现埋首现象 [1] 如28000 t多用途货船,其线型设计既要考虑 集装箱的合理布置又要考虑船的快速性要求, 型已基本确定后,经反复研究,在满足船东要求下调 整双底燃油舱、 备用淡水舱等位置,解决均质货装载 的浮态问题。

又如345 TEU多用途集装箱船,主要用途是装 载集装箱,总体设计也是环绕这个问题展开的,而对 均质货来说,重心和浮心纵向位置是浮态的关键因 数全船只有两个货舱,必须仔细调整好,达到船舶 处于略有尾倾的设计吃水状态 2 集装箱装载和稳性 对于多用途船来说,设计衡量指标既有载重量 DW T,又有载箱量TEU(装载20英尺标准箱)的要 求,而船东对后者期望值甚大 集装箱船的重要技术指标之一是在满足稳性要 求的前提下,其平均箱重为14t?TEU的载箱率(即 装14t的实箱数与总箱位数之比 ); 另一个重要技术 指标是规范明确规定的集装箱数为设计的最大货箱 数与空箱数之和,同一型号的货箱重量取满载出港 时可能达到的同一箱重[2]一般也以装载20英尺 标准箱为主 此两项要求是最基本的要求,在设计计 算中应尽可能挖掘潜力来提高指标 如28000 t多用途船,几个技术指标如下表所 列: 载 箱 量 (TEU) 平 均 箱 重 (t) 载 箱 率 (% ) 载 重 量 (t) GM o计算值 (m) 完整稳性要求的 GM值(m) 破舱稳性要求的 GM值(m) 106314. 097. 6268330. 6890. 30. 689 108912. 5100254630. 8030. 30. 795 第1- 2期(总第101期) 2000年6月 船舶设计通讯 JOURNAL OF SH IP DESIGN NO. 1- 2(SerialNO. 101) June 2000 Ξ收稿日期: 1999年9月 该船这两项主要指标满足了规范要求也超额完 成了船东的指标。

需要指出的是这些计算都经过了 反复考虑,尤其是14 t?TEU的情况,尽管完整稳性 要求比较容易满足,但破舱稳性要求严格,必须在此 基础上合理调整,并努力提高载箱率 又如345 TEU多用途集装箱船,几个技术指标 如下表所列: 载箱量 (TEU) 平均箱重 (t) 载箱率 (% ) 载重量 (t) 完整稳性要求 稳性衡准数 K?1. 0 241147049991. 136 2801081. 249651. 011 333 (12 空箱) 5. 7 (2. 3) 100%4628 1. 020 该船属于小型集装箱船,从以上指标可以看出, 为满足船东要求,在优化线型的前提下,已充分挖掘 了稳性的潜力,全箱位装载时K= 1. 020 集装箱船还应考虑到在舱盖上装箱时既要满足 舱盖板单位负荷,也要满足箱脚扭锁或绑扎件在船 舶摇摆时的受力限制,还要考虑配载时初稳性高度 不宜太大,以避免横摇周期过小总之,舱盖上平均 箱重量全面均衡 集装箱船装载后加满双层底压载水是降低全船 重心高度的有力措施,虽然增加了载重量,但它保证 了稳性,反而有利于提高装箱率 由于集装箱装载变 化对重心和风压力臂影响大,所以应设装载仪合理 配载。

应提醒船东对稳性不富裕的工况,遇到恶劣的 海况,如无装载仪时,不能只考虑满足初稳性,要分 析大倾角稳性和动稳性,及时核查极限重心高度曲 线,必要时舱盖上一定要减箱[3] 3 谷物装载和稳性 笔者曾在 “船舶设计通讯”(1994年第3期)上, 撰文专门阐述关于谷物装载问题,题名是 〈关于散装 谷物稳性最新计算〉 文中结合谷物稳性规范的发展 变化以及本人多年来的工作实践,介绍了有关规范 背景、 计算方法及体会本文不再赘述下面就这几 年遇到的新情况,再谈几点认识 311 70800 t自卸散货船 a. 谷物平整 I MO规则规定,对一般散货船来说,在平整过 的满载舱内,在与水平面小于30° 倾角的所有边界 面下有一个与边界面平行的空档(即舱口前后端存 在由于谷物自然下沉而产生的空档 ), 所谓边界面也 就是甲板下平面,空档平均深度按舱口所设桁材的 公式计算I MO同时也规定,在装满的舱口内,有一 个自舱口盖最低部分(如封闭箱型舱盖的下缘)向下 量至谷物表面的平均深度为150 mm的空档 70800 t自卸散货船是一种特殊船舶,在每个舱 口下的前后端设有结构加强的顶墩,但不设纵桁,见 图1。

这些顶墩下的谷物空档应该如何考虑?经过认 真分析,并与LR和DNV船级社讨论认为,如果假 设谷物表面是与水平面成30° 倾角从舱口边缘向四 周倾泻到顶墩以下,所形成的空档面积将很大,不符 合平整后的实际情况;相反,这种考虑已属于舱口端 谷物免除平整的范围了 因此一致认为该顶墩下缘边界面完全可以理解 为上述规则规定的谷物平整情况: 如图1所示,NO12货舱口的前端顶墩下缘边 界面与水平面夹角为30°,可以不考虑该边界下存 在空档;舱口的后端顶墩下缘边界面与水平面夹角 小于30°,则存在与边界面平行的空档,由于舱口无 纵桁,该空档可假定类似舱口盖下情况据此,来计 算空档面积和体积倾侧力矩 b. 谷物免除平整 由于该船设有甲板下顶墩的特殊性,免除平整 计算中的舱口端深度有两种思路,一种是考虑从顶 墩下缘向四周倾泻,然后按I MO规定计算所形成的 空档面积和体积倾侧力矩 以图2NO13货舱为例,其甲板下顶墩下缘在舱 口端深度为2 m ,若以此考虑谷物向四周倾泻,则空 档深度相当大,最后形成的总体积倾侧力矩VH= 4537m 4 再分析该舱横剖面, 如图3所示,其顶墩和 边水舱交界面深度为0. 755 m ,根据I MO规则,在 未经平整的满载舱内,应假定装载后的谷物表面将 从装满区域从舱口端梁下缘以30° 角度向四周倾 泻。

此处的舱口端梁深度,应该理解为就是顶墩和边 水舱交界面深度,即图3中C3点舱口角隅处,空档 深度按舱口角隅处实际深度0. 755 m加上按I MO 规则的计算方法求得,见图3示例,最后形成的总体 积倾侧力矩VH= 3298 m 4 ·24·船舶设计通讯JOURNAL OF SH IP DESIGN 2000年第1- 2期(总第101期) ·34· 关爽:船舶装载及稳性计算 ·44·船舶设计通讯JOURNAL OF SH IP DESIGN 2000年第1- 2期(总第101期) 图3 70800DW T自卸船货舱口端谷物不平整计算典型图 显然,第二种计算结果符合I MO规定的精神, DNV船级社表示同意所以,一定要仔细分析船舶 的具体情况,作出合理的计算假定 如果按第一种结 果,不但不合理,而且由于空档太大造成稳性损失和 装载量的减少 本船的顶墩设置正好可以减小在舱口前后端处 的免除平整空档面积,有利于稳性 另外I MO规定, 如果在舱口端梁上开有添注孔,可以减小谷物的空 档深度,这对稳性不富裕的船非常有利,但对本船不 适用,对谷物平整的舱也不适用 c. 双排舱口谷物体积倾侧力矩计算 本船在第三货舱设有双排舱口,是一种特殊形 式,其谷物平整的方法见图4。

即运用谷物由低边到 高边倾侧力矩转移分配的方法双排舱口之间甲板 下的倾侧力矩仍按I MO规则计算 对谷物免除平整 计算,由于形式较复杂,如完全从双排舱口来考虑计 算也较繁复,故假定是一个大舱口形式,计算舱内空 档面积这样结果偏保守 312 12000 t多用途货船 本船是普通二甲板形式,见图5船东要求装谷 时货舱分上下舱,二甲板舱盖关闭 按I MO规则,这 类船应采用上下舱共同装载的方法,即二甲板舱盖 打开,二甲板下谷物空档有一部分要转移到上甲板 下及舱口内 由于舱口部分开口不大,谷物既散落在 双层底内底板上,也散落在二甲板上 本船内底板的单位负荷为14 t?m 2, 以偏重的谷 物积载因数S. F. = 1. 17 m 3? t考虑,其最大装载高 度可达14×1. 17= 16. 38 m ,本船实际装载高度为 11. 22 m ,强度当无问题但二甲板上单位负荷为 3. 11 t?m 2, 其最大装载高度以偏轻的谷物积载因数 S. F. = 1. 533 m 3? t考虑仅为3. 11×1. 533= 4. 768 m , 二甲板上实际装载高度为6 m ,显然从强度要 求,二甲板上谷物是不能装满的。

因此,形成每个上 舱都是谷物部分装载舱,全船将产生极大的谷物倾 侧力矩,无法满足稳性若从满足稳性出发,每个上 舱或压包或只装极少部分谷物,在装载上很不合理 如果二甲板舱盖关闭,情况也一样因此,经和船东 及船级社商讨认为,这类船受谷物稳性和结构强度 限制,只能在上舱装一个谷物部分装载舱,其余均为 空舱;下舱均为满载舱这种装法不太经济,为此我 ·54· 关爽:船舶装载及稳性计算 们建议船东可在下舱装满谷物,而在上舱装其他轻 货至于打开二甲板舱盖,让上下舱共同装载,也由 于二甲板强度限制对该船不可行) 图4 70800DW T自卸船双排货舱口端谷物平整计算图 ·64·船舶设计通讯JOURNAL OF SH IP DESIGN 2000年第1- 2期(总第101期) 313 28000 t多用途货船 本船为特殊型的二甲板船,其货舱为双壳阶梯 式,见图6二甲板处舱口部分开口很大,除沿横舱 壁设有0. 8 m宽的走道外,舱盖板就是二甲板经 和船级社讨论,这种船上下舱共同装载时不存在二 甲板下谷物转移问题,可以作为特殊单甲板散货船 处理本船内底板单位负荷为20 t?m 2, 实际装载高 度为16. 2 m ,故所允许的谷物积载因数最小为 S. F. = 0. 81 m 3? t, 对船东要求和规范建议的谷物积载 因数(1. 1721. 449),不存在强度问题。

但在完整稳 性计算装载铁矿石时,因其积载因数S. F. = 0. 53 m 3? t, 货物很重,货舱富裕舱容多,应在装载手册中 提醒船东最大装载高度不能大于101 6m ) 根据船东要求,计算二甲板舱盖关闭后的上下 舱谷物体积倾侧力矩,作为实船配载依据同时,应 主动提供船东有关装载高度限制数据如二甲板舱盖 单位负荷为 4 t ?m 2, 相对于不同的积载因数,谷物装 载高度限为4. 68 m25180 m本船货舱二甲板以上 实际高度为712 m 还应提醒船东,尽管本船稳性较富裕,但谷物部 分装载舱体积倾侧力矩太大,下舱必须装满,上舱至 多装122个部分装载舱,否则如前所述,上舱应改装 其他货种,以满足稳性和提高运输效益 这里再强调一下,以上所分析的各种装载满足 浮态稳性和单位负荷强度问题,首先也是在满足船 舶总纵强度的同时进行 图6 28000DW T多用途集装箱货船货舱形式 ·74· 关爽:船舶装载及稳性计算 314 谷物装载及稳性计算特别要注意的问题 a. 谷物满载舱端部不平整(免除平整)时的体积 倾侧力矩比端部平整时的力矩往往要大两至三倍, 只有稳性较富裕的大型货。