低潮位時某型船進出塢分析

尚朝陽，黃 健，鄭向宇

（滬東中華造船（集團）有限公司，上海 200129）

0 引 言

進入21世紀(jì)以來，中國水面艦船因自身的需求獲得巨大發(fā)展。隨著種類和數(shù)量的增加，水面艦艇進、出塢日益頻繁，由于水面艦艇水下附體較多（例如：球鼻首、螺旋槳、舭龍骨等），所以對潮位的要求特別高。目前在國內(nèi)，大部分的水面艦船習(xí)慣于高潮位時進出塢，低潮位時只能延長艦船的保養(yǎng)周期，這極大地影響了艦船的塢修周期，艦船數(shù)量愈多，等候大潮高潮位進、出塢的周期越長。

為了最大限度地降低潮位的影響，對各類船舶的進、出塢從5個方面作出分析。

1 進、出塢方式

船舶進塢的方式分為兩種，艏部先進艉部靠近塢門一側(cè)的方式稱之為艏進，而艉部先進艏部靠近塢門一側(cè)的方式稱之為艉進。一般情況下，相對于艏部的球鼻艏和舯部的減搖鰭、舭龍骨，艉部螺旋槳的下端往往是整個船體的最低點，所以艏進方式對潮位的要求小于艉進方式對潮位的要求，故水面艦艇優(yōu)先選用艏進方式。

以某型船為例，其球鼻首距基線尺寸-0.66m，螺旋槳槳葉下緣距基線尺寸-1.45m，艉進方式對潮位的要求比艏進方式對潮位的要求高0.79m。

2 船舶配載

2.1 重量調(diào)整

船舶所受的浮力等于船舶自身的重力也等于船舶所排開水的重量[1]：

式中：W——船舶自身重力；F浮——船舶所受浮力；ω——水的重量密度；?——船舶排水體積。

從式（1）可知，控制船舶重量就能減少船舶的排水體積，降低船舶的吃水，從而降低進、出塢對潮位的要求。

水面艦艇進、出塢前需在碼頭進行重量調(diào)整，除留少量的油和水進行狀態(tài)調(diào)整外，盡可能地清空油艙和水艙。條件允許的話，船上工作人員的日常生活用品及可移動的大件物品均移至碼頭倉庫安置。

2.2 配載調(diào)整

船舶的浮態(tài)有正浮、橫傾、縱傾、橫傾加縱傾四種。船舶進、出塢前需要把浮態(tài)調(diào)整到正浮（見圖1）。在正浮狀態(tài)下，船舶的艏吃水dF和艉吃水dA相對均衡，不會出現(xiàn)極限，一定程度上減少了對潮位的依賴。

調(diào)整浮態(tài)時，依據(jù)船舶艏、舯、艉3個區(qū)域的淡水艙、燃油艙、滑油艙等艙室分布制定船舶配載預(yù)案，然后通過NAPA軟件調(diào)整配載方案，最終確定每個艙室的配載重量，從而使得調(diào)整后的船舶基本接近正浮狀態(tài)。表1為某型船通過NAPA軟件計算調(diào)到正浮狀態(tài)時的配載。

圖1 正 浮

3 塢墩

3.1 塢墩高度

潮位與塢墩高度有著直接的關(guān)系，最小潮位值如公式（2）所示[2]：

式中：H潮位——船舶進出塢的最小潮位值；H吃水——船舶進出塢的吃水值；H附體——船舶水下附體距基線最大值；H塢墩——塢墩距基線最大值。

由式（2）可知，船舶進、出塢排墩時要盡可能地降低塢墩的高度，從而降低對潮位的要求。某型船的進、出塢方案設(shè)計的中墩高度是2.2m，其水下附體距基線的最大尺寸是1.55m，當(dāng)潮位值不充裕時，可以將中墩的設(shè)計高度降低到1.85m，這樣就節(jié)約潮位0.35m。

3.2 塢墩設(shè)計優(yōu)化

船舶進、出塢時，塢墩高度超過一定值就不能滿足潮位的要求，對于這些特殊的塢墩，可以設(shè)計成軌道式塢墩或者是可移動式塢墩。

軌道式塢墩就是給塢墩的4個角增設(shè)滑輪并鋪設(shè)相應(yīng)的軌道。此類塢墩在船舶進塢前先擺放在船舶行進路線的一側(cè)以防止與水下附體相撞，待船舶進塢到位后，通過牽引裝置將此類塢墩平移到相應(yīng)位置，最終實現(xiàn)抽水后的坐墩（見圖2）。入塢前塢墩擺放在A點，船舶到位后通過軌道平移到B點指定位置。

軌道式塢墩適合設(shè)置在船舶首尾部的塢墩，此區(qū)域的塢墩由于艏艉部線型上翹，所以塢墩的高度值都很大（見圖3），某型船將艉部的最高中墩設(shè)計為軌道式塢墩，極大地降低了對潮位的要求，船舶按計劃完成了進塢。

圖2 軌道式塢墩

圖3 艏艉部塢墩

可移動式塢墩就是將鋼墩和鋼墩上的木墩設(shè)計成相互獨立的兩部分，船舶出塢前先將鋼墩和木墩之間的固定扁條拆除，待船舶浮起后通過牽引裝置將木墩移開至兩側(cè)塢壁處，然后實施船舶出塢。當(dāng)潮位不充裕時可以通過采用可移動式塢墩來降低出塢時塢墩的高度，避免船舶出塢時與水下附體發(fā)生碰撞或摩擦。為了方便移位，需要在木墩的一側(cè)增設(shè)耳環(huán)（見圖4），通過耳環(huán)可以將木墩移開，一般情況下木墩的高度為0.3～0.5m，移開木墩后的船舶對潮位要求就降低了0.3～0.5m。

可移動式塢墩適合于設(shè)置在船舶兩側(cè)的邊墩，此區(qū)域的塢墩緊鄰塢璧，方便牽引裝置移開木墩。某型船出塢時，采用此方案對邊墩進行了優(yōu)化，從而使得潮位滿足了船舶安全進、出塢的要求。

圖4 可移動式塢墩

4 船塢優(yōu)化設(shè)計

目前國內(nèi)船企大多數(shù)的船塢都屬于中、小型船塢，在這種情況下對船塢進行優(yōu)化設(shè)計是經(jīng)濟可行的辦法。塢內(nèi)標(biāo)高是反映船塢放水后水位高低的直觀因素，塢內(nèi)標(biāo)高越高，此船塢對潮位的依賴就越低。

為了減少船塢對潮位的依賴，可以采取挖塢坑的方式局部增加塢內(nèi)標(biāo)高。塢坑是專門針對球鼻首、螺旋槳等水下附體設(shè)置的，以防止船舶坐墩后水下附體與塢底相撞（見圖5），某船塢針對螺旋槳設(shè)置的塢坑。

塢坑一般的尺寸：深度0.3～0.5m，寬度3～4m，長度6～8m。目前國內(nèi)已有3家船企的船塢設(shè)置了塢坑。為了使塢坑能夠方便、迅速、安全地進行塞填及撤空，塢坑應(yīng)配有帶吊環(huán)的水泥塊或者帶有漏孔的鋼板蓋，鋼板蓋厚度一般為30mm，滿足強度要求。當(dāng)潮位充裕時，船舶在塢坑塞填狀態(tài)下進出塢；當(dāng)潮位不充分時，船舶在塢坑撤空狀態(tài)下進出塢（見圖6），塞填塢坑采用專用的水泥塊和鋼板蓋。

圖5 螺旋槳塢坑

圖6 水泥塊和鋼板蓋

5 鋼浮箱

進出塢過程中，可以通過工裝設(shè)備向船舶施加向上的外力從而減少其吃水，鋼浮箱就能實現(xiàn)這一目標(biāo)。制作鋼浮箱之前利用有限元軟件ANSYS建立模型進行結(jié)構(gòu)強度計算，制作完成后進行水密性檢驗保證浮箱的水密性[3]。

鋼浮箱3個為一組，相互之間用鋼絲繩連接。限位裝置通過肘板與船體鋼性連接，用來約束浮箱，為了保護船體外板需在浮箱和船體之間放置松木（見圖7）。

定位浮箱時，根據(jù)浮箱所在的位置向浮箱里注入一定量的水，使浮箱在此位置處于漂浮狀態(tài)以便于浮箱的定位。定位結(jié)束后，利用氣壓機把空氣壓進浮箱內(nèi)排出浮箱里的水，此時浮箱對船體的浮力降低了船舶的吃水。當(dāng)船舶進、出塢到位后，向浮箱里注滿水，浮箱就逐步脫離船體下沉到塢底。

浮箱的數(shù)量和外形尺寸依據(jù)需要來定，為了減少水對浮箱的阻力，浮箱前進方向的一側(cè)設(shè)計成錐形，長度與寬度的比例一般為3～4，浮箱的自身重量與排水量的比例≤0.2[4]。

圖7 水泥塊和鋼板蓋

6 案例分析

表2為黃浦公園某年9月份的潮位表，從潮位表可以看出1～10日的最大潮位主要集中在8～10日，同時最大潮位的時間集中在夜間0：00～1：00。

表2 黃浦公園某年9月份潮位表

某型船進出塢需要的潮位是3.3m，依據(jù)潮位表可以看出滿足進出塢條件的只有8～10日，其他7天不具備進、出塢條件。除此之外，進出塢只能在夜間進行，不利于現(xiàn)場的生產(chǎn)協(xié)調(diào)，增大了進出塢的風(fēng)險和成本。

該船舶采取上述措施中的3項措施后進出塢需要的潮位降低到2.6m，比理論的潮位低0.7m。其中經(jīng)調(diào)整配載降低了0.2m，采用可移動塢墩降低了0.3m，通過塢坑降低了0.2m。依據(jù)潮位表可知1～10日全部滿足進出塢條件，此船舶可以安排在1～7日的白天實施進、出塢，大大增加了進、出塢的選擇空間且降低了風(fēng)險和成本。

7 結(jié) 語

通過5個方面的分析，總結(jié)出了水面艦船在低潮位時進、出塢的多項措施。當(dāng)實際潮位與所需潮位相差不大時，可通過采取1～2項措施解決進出塢問題；當(dāng)實際潮位與所需潮位相差較大時，可通過采取5～6項措施解決進出塢問題。目前國內(nèi)南方和北方一些船企已將上述措施逐步運用到生產(chǎn)實踐中并且取得了實效。

[1] 盛振邦，楊尚榮，陳雪深. 船舶靜力學(xué)[M]. 上海：上海交通大學(xué)出版社，2003.

[2] GJB國家軍用標(biāo)準(zhǔn). GJB4000-2000（總）. 艦船通用規(guī)范[S]. 2012.

[3] CB/T 257-2001，鋼質(zhì)海船船體密性實驗方法[S]. 2001.

[4] 饒昌波，姚 靜，樊洪浪. 浮箱下水方案與安裝工藝研究[J]. 船舶與海洋工程，2013 (4)： 59-62.