集裝箱船型的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

中船集團(tuán)七○八所 秦 琦

近年來，集裝箱船的創(chuàng)新設(shè)計(jì)風(fēng)起云涌。從發(fā)展特點(diǎn)看，主要體現(xiàn)在船型大型化；船體結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，如帶浮體的集裝箱船、多體集裝箱船都屬于船體結(jié)構(gòu)的變革性創(chuàng)新；環(huán)保以及船型“嫁接”，如Ulstein集團(tuán)將已經(jīng)在海工市場成熟的船型應(yīng)用到集裝箱船設(shè)計(jì)中。這些創(chuàng)新設(shè)計(jì)有相當(dāng)一部分來自歐洲，且主要針對歐洲區(qū)域運(yùn)輸而設(shè)計(jì)，這給我們一種啟示，船舶的“本土化”設(shè)計(jì)或?qū)⒊蔀橐环N趨勢且擁有廣闊的市場。

大型集裝箱船

近10年來，集裝箱船的大型化趨勢越來越明顯。據(jù)報(bào)道，韓國三星重工于1999年開始建造6200TEU集裝箱船，2003年開始建造9600TEU集裝箱船，2005年建造12000TEU集裝箱船，2006年建造13300TEU集裝箱船，2007年開始研發(fā)16000TEU集裝箱船。

目前，世界上最大級別的集裝箱船是14000TEU級集裝箱船，其中中國海運(yùn)集團(tuán)的14100TEU“中海之星”號就是世界上最大的集裝箱船之一。該船由韓國三星重工建造，是目前世界上現(xiàn)代化、快速化、信息化程度最高的超大型集裝箱船的典型船型，總長366.069米，船寬51.2米，船深29.9米，設(shè)計(jì)吃水14.5米。據(jù)了解，中海集運(yùn)共訂造了8艘該型船舶，“中海之星”為交付的第1艘，還有5艘將于今年交付，其他2艘將于2012年初交付。

舷側(cè)浮體集裝箱船

目前，世界油價(jià)不斷沖高，而且各國政府對于環(huán)保的要求越來越嚴(yán)格，瓦錫蘭公司開發(fā)出一型既高效又滿足環(huán)保要求的PROA型集裝箱船，主要適應(yīng)于歐洲內(nèi)河的交通運(yùn)輸。

該型船由一個(gè)細(xì)長的船體和浮體組成。細(xì)長的船體可以減少阻力，但是不能保證足夠的穩(wěn)性，而舷側(cè)的浮體能夠提供所需的浮力，并且可以增加裝箱量。該型船與三體船不同，雖然后者的對稱結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上較為方便，但是2個(gè)浮體產(chǎn)生的阻力比單個(gè)浮體大。此外，PROA型的一側(cè)與常規(guī)船相似，更有利于船舶在港口的簡單操作。據(jù)分析，該型船體與普通集裝箱船相比，航速為21節(jié)時(shí)可以減少12%的阻力，23節(jié)時(shí)可以減少25%的阻力。

PROA型船體總長227米，船寬40米（主船體寬23米），服務(wù)航速21節(jié)，裝載量1800TEU。船上的集裝箱一部分布置在主船體上，一部分布置在浮體上，最多可以布置10列，集裝箱采用敞開式布置，提高了操作的簡便性并降低了成本。該船還增加了箱格導(dǎo)軌的高度，使得甲板以上可以布置3層集裝箱。

PROA型船的另外一個(gè)創(chuàng)新就是動(dòng)力裝置方面。該船安裝有1臺(tái)雙燃料主機(jī)，可以使用LNG、HFO或柴油作燃料，NOX和SOX的排放量較低，可以滿足IMO的有關(guān)規(guī)定和排放控制區(qū)對環(huán)保的要求。此外，該船安裝有3臺(tái)雙燃料發(fā)電機(jī)和2個(gè)小型燃料電池模塊。

圖1:帶舷側(cè)浮體的PROA型集裝箱船

五體集裝箱船

為了解決集裝箱船的航速和油耗問題，瑞士Norasia Services SA公司于上世紀(jì)90年代提出了FFB型船設(shè)計(jì)方案，航速為25節(jié)時(shí)載重量能夠達(dá)到1萬噸，裝機(jī)功率不超過20000kW。在經(jīng)過大量試驗(yàn)后，決定采用FFB型五體船結(jié)構(gòu)，即1個(gè)細(xì)長主體加2對浮體。為了減小阻力和所需功率，F(xiàn)FB并沒有設(shè)計(jì)船龍骨，采用單槳推進(jìn)。為了降低重量，該船采用高強(qiáng)度鋼并安裝了輕型主機(jī)。它的最大特色是其較高的燃油效率，與常規(guī)船體相比，可以提高30%的效率。

該船總長217.1米，型寬26.66米，型深21.95米，設(shè)計(jì)吃水8.7米，最大載重量14190噸，服務(wù)航速25節(jié)，定員25人，裝載量1387TEU+300個(gè)冷藏插座，主機(jī)為2臺(tái)蘇爾壽ZAV40S型柴油機(jī)，單機(jī)功率為12000kW，發(fā)電機(jī)為1臺(tái)2500kVA軸帶發(fā)電機(jī)和2臺(tái)1500kVA柴油發(fā)電機(jī)。

圖2：FFB船的基本設(shè)計(jì)圖

X型船首集裝箱船

據(jù)了解，Ulstein集團(tuán)于2005年開發(fā)的X型船首船舶目前已成功應(yīng)用于海洋工程領(lǐng)域。近兩年來，該公司又努力創(chuàng)新，將該船型應(yīng)用于小型集裝箱船，比如650TEU、1200TEU、1800TEU。據(jù)了解，首艘X型船首集裝箱船有望于今年面世。

X型船首集裝箱船具有適應(yīng)惡劣氣侯的良好性能，耐波性較佳，因此適合在北歐地區(qū)進(jìn)行貿(mào)易運(yùn)輸。據(jù)分析，在北大西洋一年的航行中，X型船首集裝箱船能夠比普通集裝箱船平均多航行2周，以1200TEU集裝箱船為例，一年可以節(jié)省燃油費(fèi)3000～4000美元。由于X型船首外形類似雞蛋，因此結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較大，與同尺度普通集裝箱船相比用鋼量較少。同時(shí)，在惡劣環(huán)境中，該型船相比普通集裝箱船能更好地保護(hù)甲板貨物。另外，X型船首集裝箱船的居住室布置較靠前，可以降低振動(dòng)和沖擊，有利于提高船員的生活環(huán)境。

X型船首1200TEU級集裝箱船總長150.97米，型寬23.5米，至主甲板深12.45米，設(shè)計(jì)吃水8.45米，結(jié)構(gòu)吃水8.6米，載重量13800噸，總噸10800噸，凈重4300噸，服務(wù)航速18.2節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)裝載量1258TEU，推進(jìn)裝置為1個(gè)調(diào)距螺旋槳，轉(zhuǎn)速117r/m，1個(gè)850kW的舷側(cè)電動(dòng)推進(jìn)器，動(dòng)力裝置為1臺(tái)MANB&W6S50ME-B9型柴油機(jī)，轉(zhuǎn)速為117r/m時(shí)功率為10680kW，2臺(tái)1280kW的發(fā)電機(jī)，1臺(tái)780kW的發(fā)電機(jī)，1臺(tái)1400kW的軸帶發(fā)電機(jī)；貨艙內(nèi)布置為6列40英尺的集裝箱，甲板上布置9列40英尺集裝箱。

圖3:X型船首集裝箱船“Eurofeeder”號

超環(huán)保集裝箱船

現(xiàn)代船舶的設(shè)計(jì)越來越趨向于環(huán)保性和可再生能源的利用，日本郵船公司日前公布了其設(shè)計(jì)的超環(huán)保集裝箱船“Super Eco Ship 2030”船。該項(xiàng)目由日本郵船下屬M(fèi)TI公司、意大利Garroni Progetti船舶設(shè)計(jì)公司、芬蘭Elomatic船舶技術(shù)咨詢公司共同開發(fā)。

與普通集裝箱船不同的是，“Super Eco Ship 2030”船的甲板不再裝載貨物，貨物儲(chǔ)存在上下兩層貨艙，上層貨艙采用卷簾式自動(dòng)蓋覆蓋，可用岸上起重機(jī)裝卸；下層貨艙裝卸通過側(cè)裝窗口，靠多套內(nèi)置式的裝卸系統(tǒng)裝卸。生活區(qū)設(shè)置在船首，與傳統(tǒng)的集裝箱船也有著根本的不同。

該型船的主動(dòng)力裝置使用LNG的燃料電池，功率為40000kW，僅為普通的集裝箱船64000kW柴油機(jī)功率的62.5%。此外，船上安裝有風(fēng)帆和太陽能燃料電池，可獲取1000～3000kW的風(fēng)能和最多2000kW的太陽能。為了降低對推進(jìn)功率的需求，該船還減少了船體重量和船體阻力。據(jù)了解，該船每海里航行中CO2的排放量約為62g/TEU，而目前集裝箱船的CO2排放量為195g/TEU。

圖4:日本郵船公司構(gòu)想的“Super Eco Ship 2030”船

圖5：“Super Eco Ship 2030”船降低CO2排放的途徑

“Super Eco Ship 2030”船總長352米，最大船寬54.6米，至主甲板型深24米，設(shè)計(jì)吃水11.5米，最大吃水13米，載重量70000噸，裝載量為8000TEU，其中，貨艙內(nèi)儲(chǔ)存4470TEU，甲板上儲(chǔ)存3530TEU，冷藏箱500TEU；推進(jìn)功率44000kW，動(dòng)力裝置為燃料電池和太陽能電池混合裝置，太陽能電池面積21000m2，1000～2000kW，風(fēng)帆面積4000m2，螺旋槳為2個(gè)反轉(zhuǎn)螺旋槳。