3 600DWT雙尾鰭供油船總體設(shè)計(jì)

王國強(qiáng)

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海 201203）

0 前言

3 600DWT雙尾鰭供油船是中國船舶燃料有限責(zé)任公司（簡稱中燃集團(tuán)）委托上海船舶研究設(shè)計(jì)院完成方案及詳細(xì)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)設(shè)計(jì)工程。它是在船舶市場比較低迷的時(shí)候適應(yīng)渤海灣、上海、福建等沿海大港燃油供應(yīng)而產(chǎn)生的，對中燃國內(nèi)近海供油船的格局有著重要影響。該系列船共17艘，作為中燃集團(tuán)大連分公司、秦皇島分公司、上海分公司的成品油運(yùn)輸團(tuán)隊(duì)中相對較大的供油船，對該公司意義重大。

該公司目前主要以2 300 DWT和1 000 DWT供油船為主，已經(jīng)滿足不了日益增長的燃油運(yùn)輸要求，而如果增加這些船的數(shù)量，則雖然增加了運(yùn)輸量但會(huì)增加營運(yùn)成本，且這些船運(yùn)輸覆蓋范圍也很有限。從船型的戰(zhàn)略布置和發(fā)展規(guī)劃出發(fā)，3 600DWT的雙尾鰭供油船既可解決渤海灣區(qū)域燃油運(yùn)輸上的短板，又可兼顧國內(nèi)近海航運(yùn)和長江中下游各港口的要求，有效擴(kuò)大油品運(yùn)輸區(qū)域，營運(yùn)靈活，因此深得中燃集團(tuán)好評。

1 船舶基本概況

1.1 船舶航區(qū)及用途

本船主要航行于國內(nèi)近海航區(qū)，適合為第5代集裝箱船補(bǔ)充燃油，其出色的操縱性即使航行于內(nèi)河河道也是很突出的。本船主要用于運(yùn)輸密度為0.90～0.96 t/m3的燃料油。

1.2 船型

本船為尾機(jī)型，起居處所及駕駛室位于尾部，設(shè)有完整的尾樓和首樓。中高速柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)。設(shè)有傾斜船首，無球鼻，方尾。本船設(shè)5對貨油艙，1對污油水艙。

本船設(shè)有一層連續(xù)上甲板，布置有首尾樓、救生甲板、駕駛甲板、羅經(jīng)甲板，主船體自首至尾依次為首尖艙、應(yīng)急消防泵艙、貨油艙、污油水艙、泵艙、機(jī)艙及尾壓載水艙，共同構(gòu)成全船的橫向水密分割。船員生活區(qū)域布置在尾部上甲板、尾樓甲板、救生甲板。總布置如圖1所示。

圖1 總布置圖

1.3 船級

本船入中國船級社，入級符號為：

★CSAD雙殼油船，近海航區(qū)，Ice Class B，閃點(diǎn)＞60℃，ESP，AFS

★CSMD，BRC

1.4 主要參數(shù)

1.5 主推進(jìn)系統(tǒng)

本船采用雙機(jī)雙槳的推進(jìn)型式，主機(jī)選用4沖程、中高速、非可逆型，帶渦輪增壓和增壓空氣冷卻系統(tǒng)，機(jī)型為 6230ZC-4，2×960 kW（900 r/min），通過減速齒輪箱及軸系驅(qū)動(dòng)固定螺距螺旋槳。在卸貨油時(shí)，主機(jī)也可通過前端的增速齒輪箱及軸系驅(qū)動(dòng)貨油泵。在正常航行、進(jìn)出港和卸貨油工況下，主機(jī)能燃用黏度180 cSt的燃料油。

2 主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 主尺度

2.1.1 船長

船長L的考慮需著重放在本船營運(yùn)及建造成本的考慮上。本船在操縱性上要給予充分考慮，縮短船長對其操縱性亦有利，也作為對船長考慮的一個(gè)方面。本船Lpp=84.0m，也是考慮了85m以下可不設(shè)救生艇的法規(guī)要求。

2.1.2 船寬

考慮到主尺度對性能（特別是快速性和穩(wěn)性）的影響主要依賴于Lpp和B，船寬對船舶穩(wěn)性影響最大，船寬增加穩(wěn)性提高。因此，在可接受的L/B、B/D范圍內(nèi)，只要航道、碼頭等條件允許，船寬盡量做大些。另外從快速性角度來講，淺肥船采用雙尾鰭可有效減阻（見2.2.1），所以B/T可大一些，主要考慮布置的需要和經(jīng)濟(jì)性。在相同吃水條件下雙尾鰭船型允許有較大的船寬及較大的方形系數(shù)，其經(jīng)濟(jì)性也比較優(yōu)越。

2.1.3 型深

本船為A型干舷，在保證船舶穩(wěn)性、貨艙艙容和主機(jī)吊缸高度的條件下，干舷甲板的高度盡量小。型深D減小能夠減小舷側(cè)板架的構(gòu)件和板材尺寸，減小舷側(cè)板架的重量，進(jìn)而影響空船重量，減小營運(yùn)成本，但這些考慮需要結(jié)合本船的干舷、艙容和裝載彎矩。型深D的確定需考慮寬深比B/D，做到穩(wěn)性、強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)性的合理統(tǒng)一。

本船寬深比B/D=2.113，相比較同類型大小相仿的海船而言略大一點(diǎn)，但也不過分大，這個(gè)值會(huì)影響貨艙段結(jié)構(gòu)布置上的經(jīng)濟(jì)性。B/D越大，尤其是越接近2.5，船底板架橫向屈曲應(yīng)力增大的隱患就越明顯［1］，雖然 CCS 要求船長小于 90m［2］的船舶可對屈曲應(yīng)力不予考慮，但過分增大的寬深比還是會(huì)造成屈曲應(yīng)力上的困擾，也會(huì)造成結(jié)構(gòu)重量的增加。另外，過大的寬深比B/D還會(huì)造成船舶承受彎矩的能力降低，為了達(dá)到預(yù)期的彎矩就需要增大甲板和船底板架的剖面模數(shù)，這樣也會(huì)增加空船重量［1］。B/D越小，雖然船舶承受彎矩的能力很容易就能提高，但型深會(huì)取得比較大，造成舷側(cè)構(gòu)件加大，板架加重，反而對結(jié)構(gòu)布置的經(jīng)濟(jì)性不利，同時(shí)，初穩(wěn)性還會(huì)受到影響。

2.2 水動(dòng)力性能

燃料油供應(yīng)船雙尾鰭線型（見圖2）的選擇，首先考慮的是船東對操縱性的需求。作為供油船，其靈活的操縱性［3］是船東比較在意的一點(diǎn)，所以基于我們曾經(jīng)批量建造過的600 TEU集裝箱船的優(yōu)秀雙尾鰭線型，在這艘船上也采用雙尾鰭、雙機(jī)、雙槳、雙舵，操縱性極好，后來經(jīng)過試航也證實(shí)了這一點(diǎn)，其航向穩(wěn)定性也不受影響，船東對此十分滿意。

2.2.1 快速性

本船F(xiàn)n=0.212，較船東提供的3 000噸級雙尾鰭油船的Fn=0.189偏高，所以在型線上注意了一下去流段的設(shè)計(jì)。本船將母船線型從第6站開始的尾鰭部分適當(dāng)向船中延伸1站，從第7站開始，尾鰭長度從船長L的27.9%提高至31.8%，有效增加了后體去流段的長度，再加上方尾效應(yīng)的影響，去流段得到進(jìn)一步加長，從而可以減小一部分形狀阻力。在實(shí)船營運(yùn)中可以看到雙尾鰭船型的尾部水面僅稍有漣漪，無太大的尾波。

圖2 型線圖

參閱相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示［4］，對于寬深比B/T（本船B/T=2.885）更大的船，在這方面的表現(xiàn)會(huì)較同等寬深比B/T的單槳或雙尾船優(yōu)勢更加明顯。

雙尾鰭線型最突出的優(yōu)點(diǎn)是可以在槳前方形成一股預(yù)旋流，更使螺旋槳效率提高。因可獲得較常規(guī)雙槳船高得多的伴流（由于較大的周向伴流的影響），而推力減額t不比常規(guī)雙槳船的大，這樣就提高了船身效率［5］。

2.2.2 操縱性

本船采用盡可能大的舵面積，雙槳舵面積比達(dá)1／29.6以上，操縱非常靈活方便。滿舵時(shí)的回轉(zhuǎn)直徑僅為2.3倍船長，遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的4.5倍船長；全速停船倒車試驗(yàn)測得的航跡小于IMO規(guī)定的15倍船長要求。航向穩(wěn)定性也令人滿意。實(shí)船試航記錄的航行軌跡見圖3。

2.3 兩種雙尾鰭型式的比較

雙尾鰭型線在機(jī)艙區(qū)域由于機(jī)艙布置等原因往往會(huì)比單槳船略肥大一些，會(huì)導(dǎo)致水線面也跟著增大，KM值增大，對提高穩(wěn)性比較有利。

雙尾鰭型線尾部流場較單槳船平順，而且不會(huì)輕易產(chǎn)生尾部振動(dòng)的問題［4］。但是如果尾部型線過于開闊，則內(nèi)部結(jié)構(gòu)垂向連續(xù)性不好，又容易產(chǎn)生振動(dòng)。所以，對于雙尾鰭型線的結(jié)構(gòu)需要考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件垂向連續(xù)性，不能僅限于機(jī)艙布置的考慮，這一點(diǎn)至關(guān)重要。

目前有兩種常見的雙尾鰭型式，如圖4所示。圖4（a）的雙尾鰭型線本身在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)舷側(cè)構(gòu)件的連續(xù)性比較容易一些，能夠很好地過渡，從而降低振動(dòng)的影響。圖4（b）是出于機(jī)艙布置或者浮心位置的需要，型線開闊，有提高穩(wěn)性增大尾排水量的優(yōu)勢，但折角線處應(yīng)力集中的隱患更為明顯一些，在結(jié)構(gòu)加強(qiáng)上需要特別注意到，結(jié)構(gòu)垂向連續(xù)性也需要在布置上特別關(guān)照，處理不好反而更容易產(chǎn)生振動(dòng)。綜合考慮，本船采用圖4（a）的型線形式。

圖3 航跡圖

圖4 雙尾鰭型式

3 與同類船舶的比較

表1中提供的3 000 DWT油船是船東2年前為自己的船隊(duì)訂購的一型船，掛香港旗，由其他公司設(shè)計(jì)，采用雙機(jī)、雙槳、雙舵、非雙尾鰭，目前營運(yùn)狀態(tài)良好。

由表1數(shù)據(jù)可以看出，本船即使在航速12.5 kn時(shí)，較3 000DWT油船在航速10.0 kn時(shí)的油耗還低：每海里主機(jī)油耗低1.6%，每載重噸對應(yīng)的主機(jī)日耗油量低10%，而本船航速卻較之大25%。如果將油耗換算到同等航速下，本船的油耗指標(biāo)將更具優(yōu)勢。3 600 t供油船航速較高使得它在跨港供油時(shí)反應(yīng)快，尤其受船東青睞。

4 結(jié)語

1）在船市低迷的時(shí)候?qū)τ么蛻舻牧私夂推浯?duì)分布的了解會(huì)成為我們船型設(shè)計(jì)上的一個(gè)有利因素，使我們能夠很好地把握客戶需求，進(jìn)行有針對性的設(shè)計(jì)。本船改變以往小油船單槳、常規(guī)的設(shè)計(jì)理念，將雙尾鰭線型靈活應(yīng)用到噸位較小的供油船上，并且從設(shè)計(jì)優(yōu)勢、建造成本和客戶的供油船戰(zhàn)略布局的角度給客戶作了一個(gè)很好的推介，令客戶滿意。

2）船舶主尺度確定的經(jīng)濟(jì)性需要作為目前船舶設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一。

3）雙尾鰭線型、寬深比B/D等因素確定時(shí)，對結(jié)構(gòu)有一個(gè)較清晰的認(rèn)識(shí)，能夠綜合考慮。

4）油耗成本也是航運(yùn)公司最關(guān)心的一部分，雙尾鰭相對于其他雙槳船減阻效果明顯，螺旋槳效率高，使得整船省油效果好，與船東提供的掛香港旗的3 000DWT油船相比較，油耗節(jié)省明顯。

表1

5）本船稍加改型即可滿足新加坡等國的供油船規(guī)范要求，已有不少中間商前來索取船型資料，前景看好。

［1］王國強(qiáng)，詹明珠.45 000 t散貨船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］船舶設(shè)計(jì)通訊，2008，（2）：42-46.

［2］鋼質(zhì)海船入級規(guī)范［S］.中國船級社，2006.

［3］孫家鵬，王國強(qiáng)，郭晟江，等.新一代自卸水泥船設(shè)計(jì)特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)［J］.船舶工程，2012，（3）：18-20.

［4］張大有，朱濤，李紹波.雙尾鰭船型研究與發(fā)展分析［J］.船舶工程，2006，（6）：58-62.

［5］陸稼玲.雙尾鰭船型研究［J］.船舶設(shè)計(jì)通訊，1989，（3）：101-111.