半潛船空船重量控制淺析

◎ 許旸 交通運(yùn)輸部廣州打撈局

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半潛船空船重量控制淺析

◎ 許旸 交通運(yùn)輸部廣州打撈局

本文通過對(duì)半潛船空船重量的主要組成、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、船廠建造的空船重量控制研究，分析了某5萬噸半潛打撈船的結(jié)構(gòu)形式選取及材料選擇等因素對(duì)半潛船船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建造中施工工藝執(zhí)行及質(zhì)量監(jiān)控對(duì)空船重量控制的影響。對(duì)如何妥善處理好總體性能對(duì)空船重量的控制要求，又要保障船舶的強(qiáng)度，提出解決方法和措施。

半潛船 船舶 空船重量

1.前言

隨著海洋經(jīng)濟(jì)、海上資源開發(fā)工程的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)離岸石油設(shè)施及配套服務(wù)設(shè)施的需求增長(zhǎng)，為海上工程提供服務(wù)的各種工程船舶已成為海上資源開采及勘探中不可缺少的組成部分。半潛船作為海上特種工程船在進(jìn)行海洋工程作業(yè)、重大件運(yùn)輸項(xiàng)目及海上應(yīng)急搶險(xiǎn)打撈的優(yōu)勢(shì)日益明顯，在整個(gè)航運(yùn)市場(chǎng)及海上應(yīng)急搶險(xiǎn)打撈中扮演的角色也日益重要。

半潛船是一種具有較大甲板面積，艏部和艉部有較高上層建筑（甲板室或浮箱），專門用于在甲板上裝/卸載體積或重量很大而又無法分割的超大型結(jié)構(gòu)物的船舶。在裝卸作業(yè)或操作需要時(shí)，半潛船除艏樓和浮箱外，主甲板以下船體均可潛入水下呈半潛狀態(tài)。由于半潛船半潛作業(yè)的要求，需要大量的壓載水艙來滿足完成下潛、起浮作業(yè)；又由于裝載運(yùn)輸重大構(gòu)件貨物的要求，希望半潛船具有足夠大的裝載能力。因此，有效地控制和降低半潛船的空船重量，提高半潛船的載重量及其綜合性能指標(biāo)具有積極的現(xiàn)實(shí)主義。

2.半潛船空船重量的組成

半潛船的空船重量主要由船體結(jié)構(gòu)重量、舾裝重量、輪機(jī)重量、管系重量以及電氣設(shè)備重量等組成，它們是固定重量，與裝載及作業(yè)工況無關(guān)?？刂瓢霛摯目沾亓恳蟊仨氃诖霸O(shè)計(jì)時(shí)，船體、輪機(jī)、電氣、舾裝各專業(yè)就要給予充分考慮?？沾亓枯p了，則在最大壓載水裝載狀態(tài)下不能達(dá)到最大下潛深度；空船重量重了，則在航行運(yùn)輸狀態(tài)不能達(dá)到規(guī)定的載重量指標(biāo)。半潛船船型與一般的普通貨船具有明顯區(qū)別，龐大的艏樓和主甲板上兩個(gè)高大的艉浮箱是半潛船船型的重要特征。半潛船的結(jié)構(gòu)重量占空船重量的比例較之一般的普通貨船要高，約占空船重量的80％，是構(gòu)成空船重量的主要部分。

半潛船的工作狀態(tài)多、變化大，對(duì)重量重心控制的要求高。半潛船的空船重量及載重量之和構(gòu)成了滿載吃水時(shí)的排水量。合理有效地控制空船重量，可最大限度地提高半潛船的裝載能力。另一方面，半潛船的作業(yè)特性要求以大量壓載水的裝載完成下潛作業(yè)任務(wù)，空船重量和壓載水的重量總和又是決定最大下潛深度的關(guān)鍵因素，增加空船重量又意味著可以減少壓載艙的艙容。因此控制半潛船的空船重量是一項(xiàng)非同于常規(guī)船舶的一項(xiàng)艱巨且關(guān)鍵的任務(wù)。

3.半潛船空船重量控制分析

空船重量重心的控制關(guān)系到半潛船設(shè)計(jì)、建造的成敗。半潛船設(shè)計(jì)時(shí)必須就空船重量對(duì)半潛船安全裝載和作業(yè)能力等方面進(jìn)行全面的分析與評(píng)估，制定空船重量重心的控制措施和指標(biāo)?？沾亓恐匦目刂频臏?zhǔn)確性和可靠性，可有力保證了半潛船載重量和下潛作業(yè)設(shè)計(jì)目的的順利實(shí)現(xiàn)。

3.1主船體結(jié)構(gòu)重量的控制

根據(jù)半潛船的作業(yè)特點(diǎn)，其作業(yè)工況有：無限航區(qū)航行、半潛作業(yè)和甲板上貨（尾部或橫向）三種工況，每種工況又有許多種不同的裝載狀態(tài)。全船骨架形式的確定必須綜合考慮各工況及其不同狀態(tài)對(duì)強(qiáng)度的要求。

3.1.1船體骨架形式的選取

半潛船的骨架形式選取必須結(jié)合船舶主尺度以及其功能定位和用途。考慮到搶險(xiǎn)打撈和運(yùn)營(yíng)中重大型結(jié)構(gòu)件尾部上貨工況的情況（尾部上貨比橫向要求高，計(jì)算時(shí)考慮尾部上貨工況），某5萬噸半潛打撈船的主船體為雙甲板、雙底、單殼結(jié)構(gòu)，主甲板，平臺(tái)，縱壁（2道），舷側(cè)和船底均采用縱骨架式，主要構(gòu)件縱向連續(xù)構(gòu)件自船舯向艏、艉盡可能延伸并保持連續(xù)貫通，以保證船舶有足夠的總強(qiáng)度；同時(shí)又考慮到在打撈和運(yùn)營(yíng)中也存在橫向上貨的情況，故甲板承載貨區(qū)沿船長(zhǎng)方向每3個(gè)肋位（2400mm）設(shè)置橫向強(qiáng)框架用于支撐縱向構(gòu)件，全船設(shè)11道水密橫艙壁，水密橫艙壁扶強(qiáng)材垂向布置，以保證船體橫向強(qiáng)度。

3.1.2中橫剖面結(jié)構(gòu)及材料

船體中橫剖面是承受和傳遞船舶自身載荷、貨物載荷、靜水載荷和波浪載荷關(guān)鍵結(jié)構(gòu)；是空船重量重心控制、獲取較大剖面模數(shù)的主要方面；是提高船舶強(qiáng)度、確保半潛船功能（大裝載能力和下潛）實(shí)施的重要環(huán)節(jié)。中橫剖面上的結(jié)構(gòu)件布置會(huì)直接影響到總體結(jié)構(gòu)的合理性。以較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)形式和較輕的結(jié)構(gòu)重量，獲取較大中剖面模數(shù)、傳承船舶的靜水彎矩和波浪彎矩，滿足總縱強(qiáng)度的要求，是船體結(jié)構(gòu)研究和設(shè)計(jì)的目標(biāo)，是半潛船空船結(jié)構(gòu)重量控制的關(guān)鍵。

為此，中橫剖面設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮載荷（靜水彎矩和波浪彎矩）、骨架和骨材形式選取、材料選擇等因素影響。5萬噸半潛打撈船的結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件尺寸通過多種途徑對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸及形式優(yōu)化的結(jié)果為：

（1）主船體（包括艏樓、艉浮箱）采用AH36、DH36或EH36高強(qiáng)度鋼，以盡量輕的鋼料重量獲取較大的剖面模數(shù)，使船體中橫剖面的設(shè)計(jì)既滿足總體性能對(duì)結(jié)構(gòu)重量的控制要求，又保障該船的總強(qiáng)度以及局部強(qiáng)度，使該船的結(jié)構(gòu)達(dá)到相對(duì)最優(yōu)化。

（2）主甲板采用普通鋼，且主甲板板厚在滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上再加厚3mm，以適應(yīng)打撈作業(yè)和重大件裝缷載過程產(chǎn)生的磨損要求。

（3）對(duì)特殊構(gòu)件作適當(dāng)加強(qiáng)。

3.2艏樓及艉浮箱結(jié)構(gòu)重量的控制

半潛船的特殊船型決定了半潛船的儲(chǔ)備浮力主要是靠艏部的高艏樓及艉部的艉浮箱提供，合理設(shè)計(jì)半潛船的艏樓和艉浮箱是確保半潛船具有足夠儲(chǔ)備浮力的重要保障。必須注意到，艏、艉的外形尺寸及結(jié)構(gòu)合理與否，不但關(guān)系到半潛船甲板有效作業(yè)長(zhǎng)度及面積大小，還直接關(guān)系到半潛船的適貨性（超長(zhǎng)貨物）及裝載能力。另一方面，盡量控制艏、艉結(jié)構(gòu)的重量亦是有效地控制船舶空船重量重心的關(guān)鍵因素之一。

艏、艉的外形尺寸小了，儲(chǔ)備浮力不能達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)要求；艏、艉的外形尺寸大了，勢(shì)必占用了主甲板的長(zhǎng)度，降低了裝載能力；艏、艉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大了，則會(huì)增加空船重量及其重心高，降低半潛船的載貨量及下潛過程的穩(wěn)性。

合理有效設(shè)計(jì)半潛船的艏樓和艉浮箱，盡量控制其長(zhǎng)度，是結(jié)構(gòu)重量控制的一項(xiàng)關(guān)鍵的任務(wù)。某5萬噸半潛打撈船艏樓外形尺度（長(zhǎng)×高）：46.4m×38.7m（距主甲板），艉浮箱大?。ㄩL(zhǎng)×寬×高）：14.4m×6.125m×17.4m（距主甲板）。

3.3建造過程空船重量控制的保障措施

空船重量及重心的控制除了在船舶設(shè)計(jì)上對(duì)船舶結(jié)構(gòu)重量的控制高度重視外，還要在設(shè)備訂貨、船廠建造的全過程加以密切關(guān)注、實(shí)時(shí)跟蹤。擬定半潛船重量重心控制目標(biāo)，制定空船重量控制保障措施?？蓮娜缦聨讉€(gè)方面著手：

（1）嚴(yán)格執(zhí)行施工工藝，按圖施工；

（2）建造過程中盡量減少結(jié)構(gòu)尺寸、位置的改變，控制結(jié)構(gòu)的增減及構(gòu)件材料的代用；

（3）設(shè)備訂貨過程中嚴(yán)控裝船設(shè)備重量的偏離及設(shè)備的增減，做好設(shè)備重量統(tǒng)計(jì)；

（4）船東監(jiān)造人員、船廠相關(guān)管理人員在船舶建造全程，對(duì)空船重量實(shí)施定期通報(bào)，及時(shí)采取措施，糾正空船重量的偏離。確保船舶空船重量控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

4.結(jié)論

某5萬噸半潛船傾斜試驗(yàn)結(jié)果證明，空船重量為27945.7t，相對(duì)詳細(xì)設(shè)計(jì)差值445.7t，重心高度11.51m，相對(duì)差值-0.052m（降低），均位于預(yù)先設(shè)定的合理變化范圍之內(nèi)。主要考核技術(shù)指標(biāo)如載重量、下潛起浮能力、航速、DP動(dòng)力定位性能、振動(dòng)噪音等，經(jīng)實(shí)船試驗(yàn)或測(cè)試，均達(dá)到或超過設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求。

該船通過多種途徑對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸和形式的優(yōu)化，合理使用高強(qiáng)度鋼，嚴(yán)控設(shè)備訂貨、建造全程材料替代數(shù)量等一系列措施，從而保障了空船重量重心的主要因素在可控的范圍之內(nèi)。