40 m巡航救助指揮艇總體設(shè)計(jì)

李鎮(zhèn)宇,張 林

(1.江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司,江蘇鎮(zhèn)江 212003; 2.總裝備部車船軍代表局駐哈爾濱地區(qū)軍代表室,黑龍江哈爾濱 150027)

0 引言

杭州灣水域內(nèi)沒有大的島嶼作為天然屏障,無合適的避風(fēng)錨地。每年臺風(fēng)季節(jié)來臨時(shí),港內(nèi)船舶只能離港避風(fēng)。從杭州港至乍浦的出海航道普遍存在水深較淺、航道隨季節(jié)性水流沖刷發(fā)生變遷的特點(diǎn),對船舶進(jìn)出杭州灣影響較大。

杭州灣水域是我國海上、海底重大建設(shè)項(xiàng)目較多的地區(qū)之一。目前,水域內(nèi)杭州灣跨海大橋、中石化海底輸油管道等均已建成;嘉紹通道跨江大橋也已進(jìn)入開工建設(shè)階段。這些重大項(xiàng)目影響面廣,對杭州灣通航環(huán)境和秩序都構(gòu)成了較大的影響,對于水域內(nèi)通航環(huán)境的安全提出了新的挑戰(zhàn)。杭州灣水域具有潮差大、漲落流急的特點(diǎn),嘉興沿海最大潮差7m左右。大潮汛期間,平均流速達(dá)到 6 kn左右,局部流速最大能達(dá)到10 kn左右。對轄區(qū)在港船舶的錨泊和靠離泊影響較大,容易發(fā)生走錨和斷纜移位險(xiǎn)情。

杭州灣沿海港口貨物吞吐量逐年攀升,進(jìn)出港船舶數(shù)量逐年增加,同時(shí)伴隨轄區(qū)水域日益增多的水工項(xiàng)目,需要投入大量的施工及輔助船舶,這些都將給轄區(qū)水域通航管理帶來越來越大的壓力。

2006年 ～2010年,杭州灣水域在建的水上水下施工作業(yè)項(xiàng)目呈現(xiàn)迅速增長態(tài)勢,勢必造成有超航區(qū)船舶和存在嚴(yán)重缺陷的船舶參與施工的現(xiàn)象。

在對外公告的航路、錨地及其他專用水域內(nèi)有養(yǎng)殖、捕撈等影響和妨礙船舶航行安全的活動存在,航運(yùn)水域與傳統(tǒng)養(yǎng)殖、捕撈水域的劃分未明確,存在各職能部門現(xiàn)場管理交叉現(xiàn)象。

綜上所述,目前杭州灣存在的通航環(huán)境問題,影響著轄區(qū)水上交通安全,需要相關(guān)的海事部門加大執(zhí)法力量,對轄區(qū)通航環(huán)境進(jìn)行綜合整治。添置搜救指揮艇對保護(hù)和維護(hù)水上交通安全秩序?qū)⑵鸬椒e極的作用。

受浙江省海事局委托,2008年底江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司開始進(jìn)行 40 m巡航救助指揮艇的技術(shù)設(shè)計(jì)工作?，F(xiàn)已完成建造、試航,船舶各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。該艇已被命名為“海巡116”號,目前已交付使用。

本文旨在通過“海巡 116”號總體布置形式、型線設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、減振降噪等方面的設(shè)計(jì)介紹,為今后同類型船舶的設(shè)計(jì)提供有益的參考和幫助。

1 總體設(shè)計(jì)思路

40 m巡航救助指揮艇是受浙江省海事局委托設(shè)計(jì)的新一代海事執(zhí)法及救援指揮艇。根據(jù)船舶自身的使用特點(diǎn),并兼顧“規(guī)范”對高速船的要求,最終確立了新型海事巡航救助指揮艇的總體設(shè)計(jì)方案。該船的總體設(shè)計(jì)思想如下:

(1)體現(xiàn)以人為本的設(shè)計(jì)理念,為海事執(zhí)法人員創(chuàng)造方便、舒適、優(yōu)良的工作和生活環(huán)境。

(2)船舶外形彰顯公務(wù)執(zhí)法形象,內(nèi)部格局體現(xiàn)海事文化。

(3)船舶技術(shù)性能先進(jìn),具有良好的快速性和抗風(fēng)浪能力。

(4)機(jī)電設(shè)備配套先進(jìn)合理,主要機(jī)電設(shè)備選用當(dāng)代國際先進(jìn)水平的產(chǎn)品,為船舶本身具有良好的技術(shù)性能提供了基礎(chǔ)。

本船為圓舭排水型艇,按航速劃分處于高速船的下限。為控制整船重量提高航速,上層建筑采用2層鋁質(zhì)結(jié)構(gòu)形式,外觀采用整體深色玻璃幕墻形式使本案具備美觀、大方的造型。較大的干舷使上層建筑與主船體之間更加協(xié)調(diào)勻稱,并體現(xiàn)了執(zhí)法艇的威嚴(yán);本方案在振動、噪音的控制上具有獨(dú)到之處,布置上充分利用大廳對多功能室及貴賓室形成有效的空間隔斷,加之一系列的減振、降噪措施,使本案的振動、噪音降至最低,充分體現(xiàn)“以人為本”的設(shè)計(jì)理念。內(nèi)部裝飾高檔、典雅,設(shè)施齊全。同時(shí)本船還配備了較為先進(jìn)的機(jī)電設(shè)備。

2 主要量度及總體布置

2.1 船舶主要量度

2.2 總體布置

40 m巡航救助艇總布置圖如圖 1所示。

2.2.1 主甲板下布置

主甲板以下從尾向首依次為尾尖艙兼作舵機(jī)艙、機(jī)艙、空艙、空艙兼作儲物艙、首尖艙。其中燃油箱的總型容積為7.68m3,裝載燃油～6.3 t(續(xù)航力～20 h);淡水艙可以裝載淡水～5.5 t。

2.2.2 一層甲板室的布置

主甲板上設(shè)有750mm寬的外走道,通往首、尾甲板區(qū)域。甲板外邊緣設(shè)舷墻和欄桿,以方便人員安全通過。首、尾甲板主要為工作區(qū)域。

一層甲板室從首向尾依次為多功能室、大廳區(qū)域、衛(wèi)生間、配餐間、值班室、工作室和機(jī)艙棚。

2.2.3 二層甲板室的布置

二層甲板外走道約 0.72m。甲板室從首向尾依次為駕駛室、貴賓室、大廳區(qū)域。

3 船舶性能

3.1 靜力學(xué)性能

本船滿載出航狀態(tài),船舶基本平浮,略帶尾傾,平均吃水約為1.45m,排水量為～145 t。

本船穩(wěn)性按《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》(2004年)和 2007年、2008年修改通報(bào)對 A級航區(qū)客船的要求核算滿載出港、滿載到港、空載到港 3個(gè)狀態(tài),經(jīng)核算各狀態(tài)均滿足“規(guī)范”要求。

本船破艙穩(wěn)性滿足《內(nèi)河高速船入級與建造規(guī)范》(2002)對A級航區(qū)高速船的要求。

3.2 快速性

本船為雙機(jī)、雙槳、雙舵。

本船主機(jī)為 2臺康明斯船用柴油機(jī),額定功率為477 kW,額定轉(zhuǎn)速為1 800 r/min,設(shè)計(jì)滿載航速≥31.5 km/h;配備2只高效率TS螺旋槳,槳直徑1.04m,盤面比0.80。

3.3 操縱性

本船設(shè)置2只NACA 0015流線型平衡舵,舵面積為2×1.224 m2,舵面積比為 4.54%,平衡比為0.235,展弦比為 1.176。船舶的操縱性能良好。

4 船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和用材

本船主體結(jié)構(gòu)為鋼質(zhì),按 CCS《內(nèi)河高速船入級與建造規(guī)范》(2002)對 A級航區(qū)要求進(jìn)行設(shè)計(jì);上層甲板室結(jié)構(gòu)為鋁質(zhì),參照 CCS《內(nèi)河高速船入級與建造規(guī)范》(2002)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.1 上層建筑有限元計(jì)算

運(yùn)用MSCPatran、MSCNastran程序,用有限元法進(jìn)行計(jì)算。上甲板合成應(yīng)力圖如圖 2所示。

圖2 上甲板合成應(yīng)力云圖

甲板板、甲板縱骨、甲板橫梁、甲板縱桁、強(qiáng)橫梁、側(cè)壁豎桁的計(jì)算應(yīng)力見表 1。

表1 上層甲板室應(yīng)力計(jì)算表 MP a

由上表可知,甲板橫梁、甲板縱骨、甲板縱桁、強(qiáng)橫梁、側(cè)壁豎桁的最大應(yīng)力值σ=23.4 MPa,小于許用應(yīng)力[σ];甲板板的最大應(yīng)力為σ=23.4 MPa,小于許用應(yīng)力[σ],所以上甲板強(qiáng)構(gòu)件尺寸滿足局部強(qiáng)度的要求。

4.2 結(jié)構(gòu)形式及材料

本船為單底、單甲板、縱骨架式鋼結(jié)構(gòu),肋距為0.5m。上層建筑為無立柱鋁合金框架結(jié)構(gòu)。全船在Fr8、Fr29、Fr52、Fr67設(shè)4道水密橫艙壁。船底在Fr8～Fr29區(qū)域內(nèi)每個(gè)肋位上均設(shè)置實(shí)肋板,其余部位隔檔設(shè)置實(shí)肋板。

鋁合金是目前快速船舶常用的材料,其優(yōu)點(diǎn)是:①重量輕并能降低重心高度從而改善船舶的穩(wěn)性,而且在相同的主機(jī)功率時(shí)對速度有利;②具有較好的耐腐蝕性,在使用過程中可以減少保養(yǎng)費(fèi)用。

主船體結(jié)構(gòu)材料均采用CCSA,屈服應(yīng)力σS= 235 MPa,其他材料選用 Q235A。上層建筑鋁材選用CCS認(rèn)可的鋁合金。其鋼質(zhì)主船體與鋁質(zhì)上層建筑間,采用經(jīng)過CCS認(rèn)可的鋁-鈦-鋼復(fù)合材料作過渡接頭形成焊接結(jié)構(gòu)。本船選用的鋁-鈦-鋼復(fù)合材料的材料組合為3A21+TA2+CCSB,厚度組合為(8+2+14)mm,條形寬度為20mm。

5 舾裝設(shè)備及內(nèi)裝飾

5.1 錨泊及系泊設(shè)施

本船錨泊及系泊設(shè)施按《內(nèi)河高速船入級與建造規(guī)范》(2002)第3章第2節(jié)的要求,配80 kg的快艇錨 1只,電動立式錨絞盤 1臺。另外,參照《鋼質(zhì)內(nèi)河建造規(guī)范》(2009年)配82.5 m長的AM2級Φ12.5 mm的有檔焊接錨鏈。錨鏈存放于首尖艙內(nèi)。

本船配2根Φ24mm、2根Φ22 mm長度均為50m的錦綸繩作系船索。錦綸繩索是各種化纖繩索中最為堅(jiān)實(shí)的一種繩索,抗拉強(qiáng)度最佳,柔軟易用,不腐蝕。

全船配4只C125不銹鋼帶纜樁,8只D260mm ×170mm導(dǎo)纜孔。所配的帶纜樁均經(jīng)過拋光處理,既經(jīng)久耐用又外形美觀。

5.2 門、窗及欄桿、扶手

本海事執(zhí)法艇所有的門均選用或設(shè)計(jì)成既符合船用標(biāo)準(zhǔn)又能達(dá)到外形美觀的船用鋁合金門,保證門的風(fēng)雨密性能;全船上層建筑采用大面積的深色玻璃幕墻形式,以達(dá)到整體美觀的效果。前方和轉(zhuǎn)圓處采用弧形大面積固定玻璃窗,整體美觀、適用,因而機(jī)艙、接待室、會議室及駕駛室透光面積較大,視野比較開闊。全船側(cè)面所有上層玻璃幕墻玻璃均采用(6+6)mm鋼化夾膠玻璃。

夾膠玻璃是由2層鋼化玻璃之間夾PVB膠片(聚乙烯醇縮丁醛薄膜),經(jīng)高溫、高壓粘接而成。其具有很高的機(jī)械強(qiáng)度以及防碰撞性能,即使因外力作用破碎時(shí)其玻璃碎片也不會散落,是理想的安全玻璃。其透光率大于80%。

全船主甲板外走道欄桿、扶手均為工業(yè)用厚壁不銹鋼管并經(jīng)拋光處理,既考慮到其美觀性,又要求有一定的強(qiáng)度,以防止日常使用過程中因船舶的碰撞或受力過大而造成的變形。游步甲板欄桿及扶手采用普通的拋光不銹鋼管,在人員經(jīng)?；顒拥膮^(qū)域其高度為0.9m。

5.3 艙室內(nèi)裝飾及設(shè)施的選擇

船舶裝潢的總體原則是環(huán)保、淡雅、美觀,同時(shí)又要具有防火、保溫、降低噪音的功能。裝潢材料一定要采用輕型材料,盡量降低其重量。

5.3.1 機(jī)艙

頂篷及圍壁內(nèi)襯鋁質(zhì)輕鋼龍骨、吸音巖棉,外表面貼多孔吸音板,機(jī)艙地面為花紋鋁板。

5.3.2 衛(wèi)生間

衛(wèi)生間地面要求鋪設(shè)防滑地磚,內(nèi)襯鋼架和鋼板。四周墻面和頂篷內(nèi)裝襯料用鋁質(zhì)輕鋼龍骨、玻璃棉和鋁箔,表面貼塑鋁板,內(nèi)裝飾色彩清新、淡雅。

5.3.3 廚房

廚房地面鋪設(shè)PVC塑料地板。四周墻面和頂篷內(nèi)裝襯料用鋁質(zhì)輕鋼龍骨、玻璃棉和鋁箔,表面貼塑鋁板。

5.3.4 多功能室、貴賓室和大廳

地面鋪設(shè)高檔木地板;艙室四周圍壁與頂篷內(nèi)裝襯料用鋁質(zhì)輕鋼龍骨、襯玻璃棉和鋁箔,外表面貼裝飾板或塑鋁板。內(nèi)裝飾色彩淡雅,光線柔和。地面應(yīng)鋪設(shè)高檔印花地毯。

5.3.5 駕駛室及艙室內(nèi)走道

駕駛室及艙室內(nèi)走道地面鋪設(shè)高檔地板;圍壁與頂篷內(nèi)裝襯料用鋁質(zhì)輕鋼龍骨、襯玻璃棉和鋁箔,外表面貼裝飾板或塑鋁板。

5.3.6 游步甲板、首尾甲板及外走道

游步甲板、首尾甲板及外走道的地面鋪設(shè)戶外柚木地板。柚木地板具有耐水、耐磨、富有彈性、不易灼燒、不怕霉?fàn)€、耐酸堿、易洗滌、防滑等優(yōu)點(diǎn),適合作為船舶露天甲板及外走道的地面鋪設(shè)材料。

艙室內(nèi)家具、座椅均選用專業(yè)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品,或由專業(yè)生產(chǎn)廠家定做。

此種裝潢方案僅供船東參考,船東可根據(jù)自身的意圖選定裝潢色調(diào)和風(fēng)格。但本方案中的內(nèi)襯材料及衛(wèi)生間的裝潢原則不可變動,以便控制總體裝潢材料的重量。

6 艙室的隔音、隔熱及減振降噪

為了改善船上的工作和生活條件,本艇在艙室的隔音、隔熱及減振降噪方面,除了從機(jī)電設(shè)備的選型和主輔機(jī)的安裝等聲、振源方面控制外,在艙內(nèi)裝飾和螺旋槳的選取方面采取以下措施:

(1)艙室圍壁、天花板內(nèi)采用50 mm的玻璃棉隔熱。

(2)機(jī)艙四周及頂棚內(nèi)襯吸音巖棉,外覆鋁質(zhì)多孔吸音板。

(3)采用了適當(dāng)?shù)臉~葉梢安裝間隙及艉部流線形狀,以減少螺旋槳處水流在尾部引起的振動。

(4)在機(jī)艙前壁、機(jī)艙頂部、主機(jī)座下及螺旋槳上方船殼板上貼一層阻尼涂料,使振動及噪聲衰減加快,達(dá)到減振、降噪效果。

本船試航實(shí)測各艙室噪音控制指標(biāo)見表 2。

表2 試航實(shí)測各艙室噪音控制指標(biāo)

實(shí)船測試證明,本船在振動、噪音方面控制的結(jié)果滿足總體設(shè)計(jì)的理念,滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)船體各部位振動小、噪音低。實(shí)測結(jié)果已達(dá)到國內(nèi)同類型船舶的先進(jìn)水平。

7 實(shí)船應(yīng)用情況

本船于2010年6月 1日順利下水,2010年 7月20日進(jìn)行系泊試驗(yàn),8月 25日在杭州錢塘江進(jìn)行了航行試驗(yàn),各項(xiàng)試驗(yàn)情況正常,總體性能優(yōu)良,各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。