影響船舶常數(shù)精度的因素及對策

王 威

(南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院航海系，江蘇南通 226010)

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影響船舶常數(shù)精度的因素及對策

王 威

(南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院航海系，江蘇南通 226010)

船舶常數(shù)是計算貨物裝載量的一個重要因素，船舶常數(shù)的誤差直接導(dǎo)致貨物質(zhì)量與實際不符。文章分析了計算船舶常數(shù)的方法，從影響船舶常數(shù)的各個因素指出了誤差產(chǎn)生的原因，給出了精確計算船舶常數(shù)的注意事項及方法，對實際在船測量船舶常數(shù)有理論指導(dǎo)意義。

船舶常數(shù)；誤差；精度；修正

船舶常數(shù)是剛出廠或者是投入營運一段時間之后的船舶，其總重量中產(chǎn)生的一些難以確切計量的重量的總和。在船舶資料中都記載著本船的空船重量，但是船舶營運一段時間之后，經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)空船重量大于其剛出廠時的空船重量，這個差值即船舶常數(shù)。隨著船舶的營運，其常數(shù)也在不斷變化，但是在某一段時間內(nèi)，船舶常數(shù)基本恒定。船舶常數(shù)雖然難以被確切估計，但大致由以下幾部分重量組成：(1)船體或機械設(shè)備經(jīng)定期修理或局部改裝而導(dǎo)致的空船重量的改變量；(2)船上留存的各種屬具、拆卸或換新的設(shè)備部件和各種廢舊物料；(3)隨著船舶的營運，在貨艙角落或艙壁骨架處殘留的貨物、垃圾或墊艙物料等；(4)污水井或污油水柜所殘存的污油水及沉淀物等；(5)船體外殼，尤其是船底附著的藻類、貝類等；(6)船舶各壓載艙隨著打、排壓載水而殘存在壓載艙底的泥漿。

貨物的裝載重量，尤其是散裝貨物的裝載重量是根據(jù)觀測裝貨后船舶的六面水尺，經(jīng)修正、計算、查靜水力參數(shù)表來得出船舶的排水量，再減去空船重量、油水、壓載水存量、船舶常數(shù)，即可得到所載貨物重量。因此可以看出，精確的船舶常數(shù)對于準確計算所載貨物重量有著至關(guān)重要的作用。筆者曾對數(shù)條大靈便型散貨船船舶常數(shù)的測定進行跟蹤研究，發(fā)現(xiàn)在短時間內(nèi)相鄰幾次測定的常數(shù)其差值達到二三百噸之多，究其原因是沒有對影響船舶常數(shù)測定精度的若干因素進行深入考慮，導(dǎo)致產(chǎn)生較大誤差。

1 船舶常數(shù)測定的方法

每航次在裝貨前或卸貨后大副都要測定本船的船舶常數(shù)，通常在港內(nèi)或錨地進行。船舶常數(shù)(C)的計算公式是：

(1)

式中，C為船舶常數(shù)；Δ為船舶排水量；Δl空船重量(船舶資料中提供)；W0為船舶的燃油存量；Wb為船舶壓載水重量；Wf為船舶所存淡水重量。

測定船舶常數(shù)的步驟如下：(1)觀測船舶六面水尺對應(yīng)的吃水，并用密度計測量當(dāng)時的港水密度；(2)測量船存壓載水、燃油、淡水的重量；(3)計算船舶的六面平均吃水；(4)根據(jù)裝載手冊查取平均吃水對應(yīng)的船舶排水量；(5)用船舶的排水量減去空船重量、船存壓載水、燃油、淡水的重量即可得到船舶常數(shù)。

2 影響船舶常數(shù)測量精度的因素

從船舶常數(shù)的計算公式可以看出，船舶常數(shù)的大小與測量時船舶排水量、空船重量、燃油、淡水、壓載水的重量有關(guān)，而這些因素都是通過實際觀察、測量、計算而得出，在觀測時由于外界環(huán)境、人為因素等原因難免存在誤差，因此船舶常數(shù)最終的計算結(jié)果往往有較大出入。究其原因，其誤差影響因素有如下幾個方面：

(1)在觀測船舶的六面吃水時，由于有波浪影響導(dǎo)致觀測的吃水讀數(shù)不夠精確；

(2)在觀測時如果同時進行壓排水作業(yè)、吊桿的起吊等使船舶產(chǎn)生傾斜角或搖擺也會影響六面吃水的觀測精度；

(3)測量港口水密度時所采水樣的位置、深度不同，最后測量出的水密度也不同；

(4)測量燃油、淡水、壓載水存量時如果船舶有較大縱、橫傾，且測量孔不在該艙室中點處則會造成較大誤差；

(5)在淺水水域，水深與吃水的比值較小，由于水流的原因會使船舶產(chǎn)生一定的下沉量，繼而增加了船舶的排水量，也會使船舶常數(shù)的測定產(chǎn)生誤差；

(6)拋錨時，由于錨和臥底錨鏈的重量使空船重量產(chǎn)生改變；

(7)系泊時由于纜繩與水線面存在一定角度，系纜力的垂直分力會施加給船體，使船體下沉，從而排水量增大，使船舶常數(shù)增大。

上述原因都會對船舶常數(shù)的最終確定帶來不容忽視的影響，因此大副在測量船舶常數(shù)時需要考慮多方面的因素，力求達到最大精度。

3 提高船舶常數(shù)測量精度的方法

船舶常數(shù)測量精度與多個因素有關(guān)，筆者根據(jù)多年在船工作經(jīng)驗以及對多條散貨船船舶常數(shù)測定跟蹤調(diào)查得出如下方法。

3.1 船舶排水量的測定

3.1.1 船舶六面吃水的觀測與修正

船舶的排水量是根據(jù)船舶六面平均吃水確定的，因此觀測吃水的精度直接影響船舶排水量計算的精度。觀測吃水的時機最好選擇較小波浪或平靜海面時，這樣會減少目視誤差。如果觀測時有海浪的影響，則要連續(xù)觀測多次，取波峰和波谷處吃水的平均值。同時，站在碼頭上或是放舷梯來觀測吃水，都會因為俯視觀測從而帶來目視誤差。因此，如果條件允許，大副最好乘坐小艇近距離的觀測，使吃水所帶來的誤差減少到最小。

由于勘繪的實際需要，船舶的首尾吃水標志往往并不在船舶首、尾垂線處，因此要進行首尾垂線修正[1]。

圖1 船舶首尾垂線修正

由圖1可知，首垂線修正值：

CF=t×lF/(Lbp-lF-lA) (m)

(2)

尾垂線修正值：

CA=-t×lA/(Lbp-lF-lA) (m)

(3)

式中：t——首、尾垂線修正前的船舶吃水差(m)，首傾取(+)，尾傾取(-)；Lbp——船舶垂線間長(m)；lF——首吃水水尺與首垂線間的水平距離(m)；lA——尾吃水水尺與尾垂線間的水平距離(m)。其中Lbp，lF，lA可從船舶資料里查取，當(dāng)吃水差絕對值小于0.3米時可以不進行此項修正，但當(dāng)吃水差絕對值大于0.3米，其對船舶排水量帶來的影響不容忽視。

3.1.2 舷外水密度的測定

測定舷外水密度在采取水樣時，要選擇在船舯吃水深度的一半處，同時要避開船舶的排水管口，碼頭的排水或排污口等。在感潮港口或河段內(nèi)，觀測完吃水后要立即測定舷外水密度，以防由于舷外水密度的變化對計算結(jié)果產(chǎn)生影響。以寶山港為例，在落潮時港水密度是0.998KG/L,但在漲潮時港水密度可達1.016KG/L，差值達到0.018KG/L。對于壓載量達2萬噸的船舶來講，由于水密度的不同其壓載水重量相差360噸；對于滿載排水量5萬噸級船舶來講，計算結(jié)果則相差900噸之多。因此水密度的測定應(yīng)和觀測吃水同時進行，而且要注意選擇合適的位置來取樣測量。

3.1.3 水流以及淺水效應(yīng)至船舶下沉量的增加

較小的水深吃水比以及水流的影響會使船舶的下沉量增加，從而增大了船舶排水量。關(guān)于淺水效應(yīng)的影響很多國家都有研究，Hooft理論給出了如下公式[2]：

(4)

日本學(xué)者本田啟之輔通過船模試驗，考慮到水流以及水深吃水比的因素，給出了如下公式[3]：

(5)

式中Lpp為船長；B為型寬；hd為吃水；h為水深；cb為方形系數(shù)；Fr為傅汝德系數(shù)。以大靈便型散貨船“Q輪”為例，其Lpp為192米，型寬B為32.36米，方形系數(shù)0.85，滿載吃水10.2米，滿載排水量Δ為54524噸，TPC為59噸。δΔ=ds·TPC，，式中δΔ為排水量增加量。由公式可知，在流速3節(jié)，水深與吃水的比值為1.2時，由于淺水效應(yīng)和水流的共同作用，Q輪的吃水增加了3.5 cm，排水量增加了207噸。因此，在淺水區(qū)同時有水流影響時測定船舶常數(shù)要注意修正此方面的誤差。

3.1.4 系船纜對排水量的影響

船舶無論是空載還是滿載都很難做到系船纜與水線面沒有夾角，因此系船纜張力的垂直分力會施加給船體，增大船舶的排水量。由于出纜位置的不同，各系船纜與碼頭的交角不盡相同，施加給船體的分力也不同，因此系船纜對船舶排水量的影響往往難以確切估計。在測量船舶常數(shù)時我們可以盡量把系船纜系在離船較遠的纜樁上，減小系船纜與水線面的夾角。在無風(fēng)無流港口，如果條件允許，可以放松系船纜，使之不受力以減小系船纜對船舶排水量的影響。

3.2 空船重量的測定

空船重量是新造或改建船舶在出廠前測定并記載在船舶資料當(dāng)中的，在測定船舶常數(shù)時把空船重量當(dāng)做常量，直接加以使用?？沾亓坑扇舾刹糠纸M成，包括錨和錨鏈的重量。因此在拋錨時測定船舶常數(shù)就要在空船重量中扣除錨和臥底錨鏈的重量。

如果錨重為P，根據(jù)有關(guān)建造規(guī)范可知60米長錨鏈重量等于單只錨重。由圖2可知，懸鏈長度L2=H/cosθ，不考慮水對懸垂錨鏈的浮力，對于出鏈長度為L的的船舶，則拋錨時的空船重量表達式如下：

拋錨時的空船重量=空船重量

圖2 錨和臥底錨鏈修正

(6)

3.3 油水、壓載水存量的測定

3.3.1 壓載艙液位高度縱、橫傾修正

燃油艙以及淡水艙數(shù)量較少，正常情況下每天都測量其液位深度，且在航海日志和輪機日志上都有記載，誤差較小。但壓載水艙數(shù)量較多，有的壓載艙測量孔并不在該艙中點處，因此要對測量出的液位高度進行縱、橫傾修正。以5萬噸級大靈便型散貨船“Q輪”為例，壓載艙共二十二個，壓載能力達到20000 m3，在船舶存在縱、橫傾時，若不進行修正將產(chǎn)生較大誤差。

對于縱傾修正，絕大部分船舶在壓載艙艙容表當(dāng)中已經(jīng)給出了修正方法，可以根據(jù)船舶吃水差和測量高度直接讀取壓載水體積，然后乘以壓載水密度就可以得出壓載水重量。

在船舶橫傾時，若對稱位置的壓載艙液位高度一致，其誤差正好互抵，對計算結(jié)果并不產(chǎn)生影響，但是當(dāng)對稱位置的壓載艙液位高度不同時，則要逐艙進行修正。圖3所示，壓載艙的測量孔不在該艙縱中線處。

圖3 壓載艙修正示意圖

由圖3可知，δh=L·tanθ，式中δh為壓載艙液位高度修正量，L為測量孔距該壓載艙縱中線的距離，θ為橫傾角。若該艙形狀為矩形，液位高度修正量和艙室面積與壓載水密度的乘積即為該艙壓載水重量修正量。以Q輪為例，NO.2壓載艙長32米，寬14米，測量孔距縱中線3米，壓載水密度為1.025g/cm3，則船舶橫傾1°時，壓載水的測量誤差達到24噸。

3.3.2 壓載艙產(chǎn)生誤差的其他因素

壓載艙數(shù)量較多，位置不同，分布于船首到船尾的壓載艙形狀也不盡相同，由于壓載水的影響使船舶常數(shù)產(chǎn)生的誤差還表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)壓載艙的測量孔一般位于該艙室的后部，當(dāng)船舶有縱傾，尤其是尾傾時，從測量孔測量出的“滿艙”往往并非真正意義上的滿艙，應(yīng)注意由于縱傾使該艙前部產(chǎn)生的空檔進行修正[4]。(2)有些壓載艙測量出的“空艙”往往也并非真正意義上的空艙，因為有些壓載艙為了減少測深錘對于船底板的撞擊，在測量孔下部船底板上覆焊了一小塊有一定厚度的鋼板[5]。當(dāng)該艙壓載水深度小于該鋼板厚度時，壓載水無法測量出來，使之產(chǎn)生誤差，因此大副要注意查閱船舶資料進行該誤差的修正。

4 結(jié) 語

船舶常數(shù)是計算貨物裝載量的一個重要因素，精確的船舶常數(shù)對于保證貨物質(zhì)量，順利交接貨物有著至關(guān)重要的作用，大副在測定船舶常數(shù)時要注意精確測定六面吃水和港水密度，同時要注意淺水中水流因素和系泊時纜繩對船舶排水量的影響，以及拋錨時錨和臥底錨鏈對空船重量的影響，正確對壓載艙進行縱、橫傾修正，這樣才能保證船舶常數(shù)的精度。

1 邱文昌.海上貨物運輸[M].人民交通出版社，1999

2 戴冉，賈傳瑩.船舶下沉量的實測研究[J].交通運輸工程學(xué)報，2002，2(2)：59—62

3 本田.啟之輔.操船通論[M].株式會社成山堂書店，2000

4 陳吉.船舶水尺計重誤差及校正[J].中國水運,2006(3):50 -51

5 張鋼.散裝貨物運輸中水尺計重的原則和方法[J]. 中國航海,2006(4):35-38

(責(zé)任編輯：張 輝)

Study on the Factors Influencing Ship Constant Accuracy and Countermeasures

WANG Wei

(Nantong Vocational & Technical Shipping College, Nantong 226010，China)

The ship constant is an important factor in calculating the amount of cargo loading. This paper analyzes the influence of error of the ship constant measuring precision, and puts forward the matters needing attention and the accurate calculation method of ship constants, which will serve as the theoretical guidance for the actual measurement of ship constant.

Ship’s constant；error correction；accuracy；Correction

2014-12-16

王 威，男，碩士，講師，南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院航海系大副。

U662

A

1671-8100(2015)03-0024-04