砂石自卸船穩(wěn)性影響因素及管理措施

，

(1．四川省瀘州市航務(wù)管理局，四川 瀘州 646000；2.中國船級社武漢規(guī)范研究所，武漢 430022)

川江砂石自卸船從20世紀90年代末期開始逐漸取代原砂船，這種砂石自卸船采用V型貨艙，貨艙底部設(shè)有輸送帶，船艏設(shè)有輸送帶架和大量機械設(shè)備，是一種卸載效率極高的現(xiàn)代化砂石運輸船舶。然而,V型貨艙在帶來高效卸載效率的同時,也使得貨物重心偏高, 船舶穩(wěn)性變差，加之不合理的砂石堆裝方式等，很容易引發(fā)船舶翻沉事故。為此，結(jié)合事故船舶的共同點，從技術(shù)上和管理上提出解決措施。

1 自卸船特殊結(jié)構(gòu)形式對穩(wěn)性的影響

普通貨船和自卸船的主要差別在于貨艙結(jié)構(gòu)形式的不同,普通貨船采用U形貨艙，自卸船采用V形貨艙[1]。自卸船輸送帶的安裝要求貨艙底部與船底要有必要的間隙高度，致使貨物裝載的高度相對基線的高度增加。

從事故統(tǒng)計看，事故船船長一般在30～50 m之間,大多數(shù)不超過50 m。為分析自卸船特殊結(jié)構(gòu)形式對穩(wěn)性的影響，以主尺度L×B×D×d=45.80 m×8.00 m×2.68 m×2.1 m，載貨量為400 t的船型為例，給出同尺度、同線型自卸船和普通貨船滿載狀態(tài)下的穩(wěn)性指標對比,見表1。

由表1可見，自卸船比普通貨船的裝載重心高度要高，初穩(wěn)性高度、穩(wěn)性面積等要低。即自卸船的各項穩(wěn)性指標均較普通貨船差，這是由于結(jié)構(gòu)形式的不同而造成的，說明與普通貨船相比，自卸船穩(wěn)性先天不足[2]。

表1 自卸船和普通貨船滿載狀態(tài)下的穩(wěn)性指標對比

2 堆裝方式對穩(wěn)性的影響

砂石自卸船在抽砂作業(yè)時通常無法做到均勻裝載，而是將貨物分為2堆、3堆、4堆進行裝載，在裝載量相同的情況下，其貨物堆高及重心高度等都不一致，裝載形式不同造成自卸砂船的穩(wěn)性指標也不相同。分析時依然采用上例船，見表2。

由表2可見，貨物的堆裝方式不同，各穩(wěn)性指標也不同。2堆裝載與均勻裝載相比，前者穩(wěn)性明顯變差；而4堆裝載與均勻裝載相比，穩(wěn)性影響在1%以內(nèi)，幾乎可以忽略不計,所以均勻裝載可以有效提高自卸船的穩(wěn)性指標。

如果穩(wěn)性衡準數(shù)提高為1.05，對于總長小于50 m的自卸船，可有效防止裝載不均造成的穩(wěn)性不足。

表2 不同堆裝方式下的穩(wěn)性指標對比

3 船舶主尺度對穩(wěn)性的影響

船舶的主尺度不同，穩(wěn)性也不相同。但是由于載貨量的不同，直接比較其滿載時的穩(wěn)性衡準數(shù)等指標是不科學(xué)的。通過比較不同堆裝方式對不同尺度的船舶穩(wěn)性影響大小來客觀地反映船舶主尺度對穩(wěn)性的影響。選擇3艘不同尺度的砂石自卸船作為研究對象,見表3～5，比較其3堆裝載與均勻裝載的穩(wěn)性指標。

3堆裝載相對于均勻裝載,穩(wěn)性指標變化隨船舶主尺度的增大而減少，也就是說船舶的主尺度越大，堆裝方式對船舶穩(wěn)性的影響就越小,即主尺度越大的船舶穩(wěn)性越好，當不利因素作用到船上時，船舶保持正常浮態(tài)的能力越強,據(jù)此得出結(jié)論,長江急流航段自卸船總長應(yīng)超過50 m。

表3 洪源號穩(wěn)性指標

注：該船船長39.8 m、型寬7.6 m、型深2.3 m。

表4 平豪號穩(wěn)性指標

注：該船船長45.8 m、型寬8 m、型深2.68 m。

表5 學(xué)才2號穩(wěn)性指標

注：該船船長52.8 m、型寬9.38 m、型深3.28 m。

4 超載對穩(wěn)性的影響

常見的超載量分別為5%、10%、15%(見表6)。從技術(shù)角度計算穩(wěn)性下降的具體指標，得出穩(wěn)性下降的程度,從而分析超載對自卸船穩(wěn)性的影響。

表6 超載穩(wěn)性指標對比

通過定量分析得出超載5%時影響近20%，超載10%時影響近50%，超載15%影響近80%，可見超載對砂石自卸船穩(wěn)性的影響十分巨大，而在砂石自卸船的實際裝載中，業(yè)主出自自身利益的考慮，超載還是屢禁不止，在超載較多的情況下,對穩(wěn)性的影響甚至可能超過其它幾種不利因素的總和。所以建議在安全監(jiān)管時,如果發(fā)現(xiàn)自卸砂船超載,應(yīng)嚴管重罰。

5 輸送帶架和抽砂裝置對船舶穩(wěn)性的影響

輸送帶架和抽砂裝置是自卸船的特殊結(jié)構(gòu)，可以不借助港口機械將貨物從貨艙輸送到岸上。輸送帶架通常位于船艏，抽砂裝置位于舷側(cè)。由于其重量較大，重心較高，對船舶穩(wěn)性也有較大影響，特別是意外轉(zhuǎn)動往往成為船舶翻沉的直接誘因。

5.1 抽砂裝置對裝載堆數(shù)的影響

由于抽砂裝置安裝在沿縱中船中部舷邊甲板位置，其定軸旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致裝砂堆最易裝載成與縱中相交的兩堆，人工調(diào)整裝多堆相當困難。抽砂裝置造成常態(tài)是堆2堆砂，最多堆3堆砂，各穩(wěn)性衡準數(shù)尤其是回航靜傾角衡準數(shù)降低最明顯。

5.2 輸送帶架未收回時產(chǎn)生傾側(cè)力矩對穩(wěn)性的影響

自卸船輸送帶卸貨大大提高了卸貨效率，給業(yè)主帶來了可觀的經(jīng)濟效益，但是由于輸送帶的存在，船舶航行中遇到風、浪、水流、船舶回航等外力影響，輸送帶的抖動、搖擺等會額外增加船舶傾側(cè)力矩，此力矩難以定量計算，現(xiàn)行船舶檢驗規(guī)范沒有相關(guān)的規(guī)定[3]。

經(jīng)測算、調(diào)查和經(jīng)驗總結(jié)，船寬8.0 m以下船舶以設(shè)不旋轉(zhuǎn)輸送帶架為宜，船寬8.6 m以上船舶以輸送帶架旋轉(zhuǎn)后固定在支架上為宜。

5.3 輸送帶架的安裝方式對船舶穩(wěn)性的影響

由于輸送帶架整體重量較大，約占空船重量的2%左右；重心較高，懸掛點高約為空船重心高度的3倍左右。為降低輸送帶架重心高度，通過不設(shè)艏升高甲板和將輸送帶架轉(zhuǎn)盤降到主甲板以下500～600 mm的辦法降低重心高度，并在“玉馬河8號”等船采用，取得了明顯效果。

5.4 抽砂器及輸送帶架意外旋轉(zhuǎn)對穩(wěn)性的影響

抽砂器及輸送帶的意外旋轉(zhuǎn)往往是導(dǎo)致船舶翻沉的誘因。由于意外旋轉(zhuǎn)的影響是旋轉(zhuǎn)重量與速度的平方關(guān)系，其速度不定，其影響大小也難以準確計算。當船舶處于超載、有大量自由液面、堆裝不均等情況下導(dǎo)致船舶穩(wěn)性不足時，遇上抽砂器或輸送帶的意外旋轉(zhuǎn)就會導(dǎo)致船舶翻沉。

6 其它影響因素

對貨艙結(jié)構(gòu)的適當調(diào)整可以有效降低貨物重心，提高船舶穩(wěn)性。具體措施是降低斜甲板上緣與主甲板平均相對高度、增加船中輸送帶槽口寬度、降低船中輸送帶槽口距基線的高度。

砂石自卸船主要裝載貨品為剛采集的河砂或卵石，與普通干散貨物不同的是砂石中通常含有大量水分，在貨艙內(nèi)形成自由液面，在水的作用下砂石會產(chǎn)生滑移，對船舶穩(wěn)性產(chǎn)生不利影響。

計算表明貨物滑移對最大復(fù)原力臂、最小傾覆力臂、穩(wěn)性面積及衡準數(shù)等主要穩(wěn)性指標的影響在7.7%～9.4%之間，對穩(wěn)性影響較大。

貨物密度對自卸船穩(wěn)性的影響也是不容忽視的。煤的密度小、砂石的密度大，當裝載重量相同時，載煤的體積要大于載砂石的體積。貨物重心更高，穩(wěn)性更差。船舶設(shè)計和船舶檢驗時應(yīng)充分考慮自卸船載運煤炭等小于砂石密度貨品時的穩(wěn)性,必要時應(yīng)減載。

7 針對穩(wěn)性影響因素采取的措施

1)砂石自卸船裝載方式不同會導(dǎo)致船舶實際重心高度不同。堆裝的堆數(shù)越多，船舶的重心高度越接近均勻堆裝狀態(tài)，穩(wěn)性面積衡準數(shù)也越大，船舶抵抗外力作用的能力越強，安全性能也就越好。對于砂石自卸船，船舶檢驗證書上應(yīng)限定為“均勻裝載”；針對實際裝載中無法達到均勻裝載，且原建造總長小于50 m現(xiàn)有自卸船，不得少于3堆裝載，各穩(wěn)性衡準數(shù)不得低于1.05。

2)在長江四川段，應(yīng)大力推廣50 m以上砂石自卸船，逐步淘汰50 m以下砂石自卸船。其它水域應(yīng)鼓勵建造較大型砂石自卸船[2]。

3)鼓勵設(shè)置縱向隔板防止貨物滑移。貨物滑移會對船舶穩(wěn)性造成一定影響，但設(shè)置一道縱向隔板對穩(wěn)性各指標的要求改善很??；而且考慮到貨物裝載時會造成船舶橫傾，設(shè)置多道隔板又會影響到貨艙裝卸和清理，故對設(shè)置縱向隔板不作強制要求。

4)由于自卸船的特殊結(jié)構(gòu)形式，超載對自卸砂船穩(wěn)性的影響很大，與普通干散貨船相比，危害更大。在超載較多的情況下,對穩(wěn)性的影響甚至可能超過其余幾種不利因素的總和,鑒于此，監(jiān)管部門應(yīng)加大監(jiān)管力度，嚴厲杜絕超載。

5)按以下方法布置輸送帶架，降低船舶重心、提高穩(wěn)性。

①船寬8.0 m以下船舶設(shè)不旋轉(zhuǎn)輸送帶架；②船寬8.6 m以上船舶輸送帶架旋轉(zhuǎn)后固定在支架上；③不設(shè)艏升高甲板；④將輸送帶架轉(zhuǎn)盤降到主甲板以下500～600 mm。

6)按以下方法調(diào)整貨艙結(jié)構(gòu)，降低船舶重心、提高穩(wěn)性。

①適當降低斜甲板上緣與主甲板平均相對高度；②船中輸送帶槽口寬度不小于貨艙寬度的15%；③槽口距基線的高度不超過1.5 m。

7)船舶各穩(wěn)性衡準數(shù)不得小于1.05。

8)采用抽運分離方式能有效降低翻沉事故發(fā)生率。

9)砂石自卸船運煤時應(yīng)較運砂石時減載。

10)為防止輸送帶意外旋轉(zhuǎn)，應(yīng)加裝自鎖裝置。

11)限制輸送帶長度。

12)根據(jù)事故勘察，船員溺亡的主要原因是未能及時沖出艙室，建議根據(jù)GB725-77將艙室門改為彈簧門,可降低翻沉事故死亡率。

[1] 白 婷，張少雄.自卸船改裝散貨船結(jié)構(gòu)強度和屈曲有限元分析[J].船海工程，2011，40(6):69-72.

[2] 歐 珊，毛筱菲.漁船非線性橫搖理論研究分析[J].船海工程，2011，40(3):5-9.

[3] 中華人民共和國海事局.內(nèi)河船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則[S].北京：人民交通出版社，2011.