單艙萬(wàn)噸重吊船1 000 t聯(lián)吊試驗(yàn)研究

吳 忠 張 開(kāi)（泰州口岸船舶有限公司 泰州225321）

單艙萬(wàn)噸重吊船1 000 t聯(lián)吊試驗(yàn)研究

吳 忠 張 開(kāi)
（泰州口岸船舶有限公司 泰州225321）

以左舷配備2臺(tái)450 t起吊機(jī)的單艙萬(wàn)噸重吊船為例，分析兩個(gè)克令吊聯(lián)合起吊1 000 t載荷的過(guò)程。在試驗(yàn)過(guò)程中，采用水箱式載荷，通過(guò)壓載水調(diào)節(jié)和安裝舷側(cè)浮筒提高船舶穩(wěn)性，研究起吊過(guò)程中船舶狀態(tài)，并對(duì)該試驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)分析。

重吊船；聯(lián)合起吊；試驗(yàn)載荷；壓載水調(diào)節(jié)

引　言

近年來(lái)，由于國(guó)際貿(mào)易和海工裝備業(yè)的迅猛發(fā)展，全球航運(yùn)中對(duì)于多用途重吊船的要求逐年增高。起吊機(jī)車的起重噸位隨之增加，國(guó)內(nèi)船廠關(guān)于此類船型也已形成較為全面的建造體系。在航運(yùn)過(guò)程中，重吊船需適應(yīng)各種復(fù)雜的起吊工況，并且其運(yùn)載貨物具有很大的不確定性，因此，要求船舶具有較高的穩(wěn)性和較大的起重能力。

在多用途重吊船建造完成后，負(fù)荷試驗(yàn)是其中最為關(guān)鍵的步驟，而在負(fù)荷試驗(yàn)中又分為單吊試驗(yàn)和聯(lián)吊試驗(yàn)。鑒于聯(lián)吊試驗(yàn)對(duì)操作人員的專業(yè)素養(yǎng)和船舶穩(wěn)性要求較高，通常省略不做，只做單吊試驗(yàn)。本文以泰州口岸船舶有限公司建造的10 000 t重吊船的聯(lián)吊試驗(yàn)為例，進(jìn)行分析和研究。

1　船舶主尺度

泰州口岸船舶有限公司為德國(guó)船東建造的10 000 t重吊船僅設(shè)一個(gè)貨艙，貨艙開(kāi)口達(dá)94.25 m×16.2 m，單艙載重量超過(guò)1萬(wàn)噸，是目前全球載重噸最大的單一貨艙重吊船；該船配備兩臺(tái)450 t電液驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)式甲板起重機(jī)，全部安裝在船舶的左舷，通過(guò)聯(lián)吊梁實(shí)現(xiàn)聯(lián)吊，可聯(lián)吊900 t的貨物。最后確定船舶的主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　船舶主尺度

2　聯(lián)吊試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作

2.1 試驗(yàn)載荷的準(zhǔn)備

對(duì)于克令吊的起重能力，GL船級(jí)社規(guī)定“在重吊試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn)負(fù)荷為110%的SWL（安全負(fù)荷）［1］?！北敬瑔蝹€(gè)克令吊的安全負(fù)荷為450 t，故起吊試驗(yàn)的單吊載荷為495 t，聯(lián)吊載荷約1 000 t。

常見(jiàn)的試驗(yàn)載荷有固體壓鐵、水袋、沙袋、水箱和小駁船等，而國(guó)內(nèi)船廠重吊船吊機(jī)一般采用水箱法和水袋法進(jìn)行負(fù)重試驗(yàn)［2］，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，本船采用水箱作為載荷，進(jìn)行試驗(yàn)。選用水箱尺寸為13 m×8.6 m×5 m，滿足起吊重量500 t的要求，實(shí)際試驗(yàn)需采用兩個(gè)水箱作為起重載荷［3］。

2.2 試驗(yàn)前的船舶狀態(tài)

本船在吊裝前需調(diào)整船舶至平浮狀態(tài)，盡可能保持首尾吃水相近，所有雙層底均為滿艙，沒(méi)有自由液面，因試驗(yàn)起吊重物在左舷，考慮邊壓載水艙距船中距離最遠(yuǎn)，單位質(zhì)量的壓載水產(chǎn)生的復(fù)原力矩較大，因此布置足夠的壓載水在右側(cè)的邊艙內(nèi)，而距離船中相對(duì)較近的雙層底艙較小，可對(duì)橫傾起到微調(diào)作用，將上述兩種壓載水艙配合使用，使船舶達(dá)到一個(gè)較為理想的狀態(tài)。計(jì)算船舶試驗(yàn)狀態(tài)需包括燃油、潤(rùn)滑油和乘客行李等因素，具體分布見(jiàn)圖1和圖2。

圖1　吊裝前布置圖

圖2　吊裝前壓載水分布圖

2.3 舷側(cè)穩(wěn)性浮筒的安裝

試驗(yàn)起吊載荷要求為1 000 t，受制于船舶自身主尺度，其壓載水艙的調(diào)節(jié)無(wú)法滿足船舶聯(lián)吊的穩(wěn)性要求，因此設(shè)置舷側(cè)浮筒以提高船舶穩(wěn)性，具體見(jiàn)圖3。

3　起吊過(guò)程注意事項(xiàng)

船舶聯(lián)吊時(shí)浮筒、水箱和吊機(jī)之間的相對(duì)關(guān)系可見(jiàn)圖4。由于起吊重量過(guò)大，操作難度系數(shù)增加，安全性降低，因此起吊過(guò)程中應(yīng)注意下列三項(xiàng)：

（1） 在聯(lián)吊的操作過(guò)程中保持其起吊動(dòng)作的協(xié)調(diào)性，要求起吊操作人員有較高的專業(yè)素養(yǎng)，同時(shí)指揮人員應(yīng)提高警惕，觀察物體受力是否均勻，是否出現(xiàn)傾斜狀態(tài)并隨時(shí)匯報(bào)。

圖3　重吊船浮筒安裝圖

圖4　船舶起吊俯視圖

（2） 在起吊過(guò)程中，注意載荷不應(yīng)碰到克令吊下部的支撐圓筒，尤其是在起吊物上船時(shí)，此處試驗(yàn)采用的是水箱式載荷，要求相對(duì)較低，如起吊物為：拖船、挖沙船、駁船等工具船，由于其外形尺寸遠(yuǎn)大于兩克令吊間距離，因此，需注意提升時(shí)船舶長(zhǎng)度與兩吊梁的夾角問(wèn)題。

（3） 克令吊大噸位吊重試驗(yàn)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，而壓載水調(diào)穩(wěn)也是一個(gè)相應(yīng)變化的過(guò)程，在每次調(diào)整時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵守試驗(yàn)步驟。

4　穩(wěn)性和剪切應(yīng)力/力矩分析

在起重機(jī)聯(lián)吊時(shí)，首先需保證船舶穩(wěn)性滿足要求，試驗(yàn)過(guò)程中，船舶的靜穩(wěn)性曲線如圖5所示。

圖5　靜穩(wěn)性曲線圖

IMO的穩(wěn)性衡準(zhǔn)中規(guī)定［5］，對(duì)于船舶的穩(wěn)性曲線特征值規(guī)定如下：

（1）橫傾角30°時(shí)復(fù)原力臂曲線下的面積為0.389 4＞0.055 m·rad，滿足要求；

（2）橫傾角40°時(shí)復(fù)原力臂曲線下的面積為0.627 2＞0.09 m·rad，滿足要求；

（3）在橫傾角30°至40°之間復(fù)原力臂曲線下的面積為0.237 7＞0.03 m·rad，滿足要求；

（4）橫傾角等于或大于30°處的復(fù)原力臂最大值為：1.305＞0.2，滿足要求；

（5）最大復(fù)原力臂對(duì)應(yīng)角度：37.15°＞30°，滿足要求；

（6）經(jīng)自由液面修正后的初穩(wěn)性高：4.320＞0.15，滿足要求。

國(guó)際航行船舶在各種裝載情況下的穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)K，應(yīng)符合下式要求：

式中：A為風(fēng)浪等外力所做的功；B為船舶復(fù)原力所做的功；

A = 0.336 1 rad·m， B = 0.766 7 rad·m，可知：

K = B / A = 0.766 7 / 0.336 1

= 2.28＞1

滿足IMO穩(wěn)性要求，以上穩(wěn)性參數(shù)值可在下頁(yè)表2中查找。

計(jì)算船體兩吊過(guò)程中的總縱強(qiáng)度， 由下頁(yè)圖6可知船舶最大剪切應(yīng)力分別出現(xiàn)在克令吊所對(duì)應(yīng)船長(zhǎng)位置處，分別為：FR58處FN = 745 t，F(xiàn)R112處FN = -698 t，與實(shí)際情況相符，且其最大值滿足船舶最大剪切力要求，在其許用應(yīng)力范圍內(nèi)，符合要求。

表2　靜穩(wěn)性曲線數(shù)值匯總表

圖6　沿船長(zhǎng)方向的剪切應(yīng)力分布圖

在聯(lián)吊時(shí)，由于兩個(gè)克令吊均參與起吊，因此船舶縱向剖面會(huì)出現(xiàn)中拱現(xiàn)象，其最大值應(yīng)出現(xiàn)在船中位置，由圖7可知最大力矩Mmax= 25 213 t·m發(fā)生在FR82，與實(shí)際情況相符，且數(shù)值在許用剪切力矩包絡(luò)線范圍內(nèi)，符合要求。

圖7　沿船長(zhǎng)方向的力矩分布圖

綜合所述可知，船舶在進(jìn)行聯(lián)吊1 000 t載荷時(shí)，船舶實(shí)際穩(wěn)性和剪切應(yīng)力/力矩均滿足要求，符合船舶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度規(guī)范。

5　聯(lián)合起吊的特點(diǎn)

顯而易見(jiàn)，聯(lián)吊的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：起吊物體質(zhì)量的上限有較大提升；起吊駁船、泥沙船等工具船時(shí)，被起吊物不可拆卸，只能采用聯(lián)吊進(jìn)行作業(yè)，保證了起吊物的完整性，提高工作效率。

實(shí)際應(yīng)用時(shí)，聯(lián)吊還有一定局限性：一方面需消耗大量人力物力，間接提高成本；另一方面，操作如此重的吊重物，是極具安全風(fēng)險(xiǎn)的，因此在實(shí)際操作中應(yīng)慎之又慎。

6　結(jié)　論

綜上所述，10 000 t重吊船可滿足克令吊聯(lián)吊的穩(wěn)性和強(qiáng)度要求。在以后的實(shí)際營(yíng)運(yùn)過(guò)程中，雖然起重物尺寸會(huì)有所變化，但過(guò)程及原理相同，具有一定的參考價(jià)值。本文探討的試驗(yàn)過(guò)程有較高的實(shí)用性，希望能為開(kāi)展同類項(xiàng)目的實(shí)施提供一些借鑒。

［1］ ICAS. GL Rules and Programs 9.0 ［S］. 2007.

［2］ 陳駿峰. 28 000噸重吊船超大型克林吊負(fù)重試驗(yàn)研究［J］. 船舶標(biāo)準(zhǔn)化工程師，2015（2）：37-39.

［3］ 許建中，張代龍. 700 t重吊碼頭試驗(yàn)介紹［J］.船舶，2014（6）：97-102.

［4］ 吳忠，劉雪松.單艙萬(wàn)噸重吊船輔助穩(wěn)性裝置設(shè)計(jì)和試驗(yàn)［J］. 船舶，2011（5）：66-70.

［5］ 顧敏童. 船舶設(shè)計(jì)原理［M］. 上海：上海交通大學(xué)出版社，2003.

1 000 t combination lifting test research for singal hold 10 000 dwt heavy lift vessel

WU Zhong ZHANG Kai
(Taizhou Kouan Shipbuilding Co., Ltd., Taizhou 225321,China)

The process of combination lifting of 1 000 t loads through two cranes is analyzed for singal hold 10 000 DWT heavy lift vessel with two 450 t cranes at the port. The tank type load is adopted in the test to improve the ship stability by ballast water adjustment and side pontoon. Finally, the situation of the ship is studied during the lifting process for the conclusion and analysis of the test.

heavy lift vessel; combination lifting; test load; ballast water adjustment

U674.35

A

1001-9855（2016）04-0087-06

10.19423 / j.cnki.31-1561 / u.2016.04.087

2016-05-01；

2016-06-04

吳 忠（1977-），男，工程師，研究方向：船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

張 開(kāi)（1989-），男，碩士，助理工程師，研究方向：船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。