22 m航標(biāo)船改進(jìn)設(shè)計(jì)

李書豐，程獻(xiàn)兵，紀(jì) 偉，李云蕓

(1.江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.揚(yáng)州金海洋船舶設(shè)備有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000)

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22 m航標(biāo)船改進(jìn)設(shè)計(jì)

李書豐1，程獻(xiàn)兵2，紀(jì) 偉2，李云蕓1

(1.江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.揚(yáng)州金海洋船舶設(shè)備有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000)

為適應(yīng)新的航道條件，22 m航標(biāo)船進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。首先適當(dāng)增加船長(zhǎng)，合理優(yōu)化艙室布置；其次分析淺水阻力，減小干舷船側(cè)受風(fēng)面積，以提高船舶穩(wěn)性和抗風(fēng)能力,然后合理匹配螺旋槳，使其適用于淺水水域航行；最后選用性能優(yōu)越的主機(jī)，并采用高彈聯(lián)軸器加隔振墊的連接方式等，以降低艙室噪音。該船目前已投入使用，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，得到用戶好評(píng)。

航標(biāo)船；淺水效應(yīng)；減振降噪；改進(jìn)設(shè)計(jì)；

0 引言

22 m航標(biāo)艇改進(jìn)型是新一代內(nèi)河航標(biāo)艇，主要用于蘇北洪澤湖水域的航政執(zhí)法、航政設(shè)施維護(hù)、會(huì)務(wù)接待等。

據(jù)了解，洪澤湖正常水位常年保持在13 m左右，正常通航水位為12.5 m，最大水深約為5 m。因自然、人為的原因，洪澤湖水位有所降低，特別是高溫干旱時(shí)節(jié)，同時(shí)受上游無(wú)水、農(nóng)業(yè)灌溉的共同影響，水深在3.3 m左右，水位已低于正常通航水位，使得500總噸以上的船舶航行非常困難，船舶極易擱淺，載重較大的船舶不得不限制通航[1]。原先在洪澤湖航行的22 m航標(biāo)船在目前水域情況下，由于淺水效應(yīng)，使航行阻力增加，為避免船舶主機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，只能降速航行，因此有必要對(duì)22 m航標(biāo)船進(jìn)行改型設(shè)計(jì)，以改進(jìn)艙室的布局，提高船員及執(zhí)法人員舒適方便的工作環(huán)境和生活條件，且能適用于淺水水域航行，保證航道運(yùn)行的正常管理。

1 特點(diǎn)和主要參數(shù)

1.1 特點(diǎn)

22 m航標(biāo)船為單底、單甲板、橫骨架結(jié)構(gòu)形式，主船體、甲板室均為鋼質(zhì)全焊接結(jié)構(gòu)，采用雙機(jī)、雙槳推進(jìn)。本船具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

(1)采用帶短折角線CSSRC高速圓舭艇線型，可提高快速性、改善適航性。

(2)艏部采用壓浪條，以減少甲板上浪。

(3)采用5葉高速螺旋槳，達(dá)到提高推進(jìn)效率、減小船體艉部振動(dòng)和降低艙室噪聲的目的。

(4)采用綜合減振降噪措施，使艙室噪聲達(dá)到70 dB(A)左右。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)及性能指標(biāo)

總長(zhǎng)LOA

26.7 m

最大船長(zhǎng)LE

～27.6 m

水線長(zhǎng)L

25.0 m

船寬B

5.40 m

型深D

2.35 m

設(shè)計(jì)吃水d

1.25 m

排水量Δ

～71 t

航速V

20 km/h

主機(jī)型號(hào)

沃爾沃D7A T

主機(jī)功率×轉(zhuǎn)速×臺(tái)數(shù)

126 kW×1 900 r/min×2

續(xù)航力

150 km

船員

6人

乘員

10人

2 總體布置

為提高船上人員的工作環(huán)境和生活條件，本船船長(zhǎng)較原船增加了4 m,因而需要重新布置艙室,并對(duì)其合理優(yōu)化。

2.1 主甲板以下的底艙布置

本船主甲板以下共設(shè)4道水密橫艙壁，將主船體從艉至艏依次分隔為舵機(jī)艙、機(jī)艙、空艙、休息艙、艏尖艙。

(1)從艉至Fr5為艉尖艙兼作舵機(jī)艙。甲板上設(shè)1只鋁質(zhì)艙口蓋。舵機(jī)艙內(nèi)設(shè)有1臺(tái)電動(dòng)液壓舵機(jī)，左右舵柄通過連接桿連接實(shí)現(xiàn)雙舵同步。

(2)機(jī)艙位于Fr5至Fr20，總長(zhǎng)7.5 m。機(jī)艙內(nèi)設(shè)有機(jī)械通風(fēng)，并在兩側(cè)機(jī)艙升高棚設(shè)有舷窗，供機(jī)艙采光通風(fēng)。艙內(nèi)安裝2臺(tái)D7A T船用高速柴油機(jī)和2臺(tái)120C齒輪箱。

(3)空艙位于Fr19至Fr30。其中，設(shè)1個(gè)獨(dú)立燃油箱(與船底結(jié)構(gòu)分隔)，裝載燃油～3.5 t；1個(gè)約5 m3壓載水艙、1只約2 m3清水箱。

(4)Fr30至Fr44基線以上950 mm處設(shè)置休息艙，主要用于隨船人員休息使用。內(nèi)部設(shè)置8張單人沙發(fā)和1只茶幾、1只電視柜，另放置2套帶監(jiān)控設(shè)備的工作桌椅。機(jī)艙和船員艙室之間采用空艙進(jìn)行物理分隔以減少噪音。在兩側(cè)甲板以上設(shè)有矩形窗，供艙室采光。

(5)艏尖艙位于Fr44至艏。艙內(nèi)設(shè)有錨鏈箱，并可用于儲(chǔ)存纜繩等物件，通過設(shè)在甲板上的鋼質(zhì)風(fēng)雨密艙口蓋進(jìn)入。

2.2 上層甲板室布置

22 m航標(biāo)船上層建筑位于主甲板上中部，兩側(cè)設(shè)700 mm寬外走道，側(cè)壁采用2%內(nèi)傾，外走道僅設(shè)置風(fēng)暴扶手，不設(shè)欄桿，以減少船舶靠泊橫搖時(shí)對(duì)上層建筑的影響。上層建筑采用一層半的布置形式。駕駛室升高800 mm，下方設(shè)置隨船人員休息艙室。主通道及航政指揮室(兼會(huì)議室)、配餐間、衛(wèi)生間設(shè)于駕駛室之后，層高均為2 300 mm。這樣可以盡量減小船側(cè)受風(fēng)面積，降低上層建筑的高度，從而降低重心，提高船舶的抗風(fēng)能力及適航性能。

Fr27至Fr30為艙室主通道。通道向艏設(shè)置上駕駛室的梯道，以及下船員艙室的梯道。艙室通道與駕駛室連為一體，駕駛室后部采用不銹鋼欄桿加以保護(hù)。Fr18至Fr27為會(huì)議室，設(shè)有2只3人高級(jí)真皮沙發(fā)、2只單人高級(jí)真皮沙發(fā)、2只木質(zhì)茶幾，前部配茶具柜、液晶電視等，為船上主要工作場(chǎng)所，滿足本船航政執(zhí)法及會(huì)議使用。會(huì)議室往后右舷設(shè)置衛(wèi)生間，左舷設(shè)置配餐間。在配餐間后壁設(shè)1扇鋁質(zhì)風(fēng)雨密門通向機(jī)艙升高棚甲板。

22 m航標(biāo)船總布置如圖1所示。

圖1 22 m航標(biāo)船總布置圖

3 快速性

本船為傅氏數(shù)0.36的圓舭艇，阻力估算按圓舭艇船模阻力實(shí)驗(yàn)圖譜近似計(jì)算而得。首先根據(jù)圖譜估算深水剩余阻力CR，然后用平板公式計(jì)算摩擦阻力CF，從而得出總阻力RT。通常阻力估算是假定船在無(wú)限寬廣深水中運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下，實(shí)際船舶航行時(shí)受水深和航道的限制，其所受的阻力將不同于在深水水域中航行時(shí)的情況。

12屆國(guó)際船模試驗(yàn)水池會(huì)議(ITTC)推薦的實(shí)船試驗(yàn)不計(jì)淺水影響的最小水深h公式為：

(2)h>2.75 V2/g

式中：B為船寬，B=5.4m；d為吃水，d=1.25m；V為航速，V=20km/h=5.56m/s；g為重力加速度，g=9.81m/s2。

經(jīng)計(jì)算,式(1)h>7.8m，式(2)h> 8.7m。

本船航行于洪澤湖水域，水深約5m，小于規(guī)范最小水深h的要求，受淺水阻力影響。

文獻(xiàn)[2]提供一個(gè)不考慮L/d影響時(shí)的通用淺水阻力修正圖譜。其中，橫坐標(biāo)為傅氏數(shù)Fr，縱坐標(biāo)為淺水阻力修正系數(shù)η，水深船長(zhǎng)比h/L作為參數(shù)。η為淺水剩余阻力CRH與深水剩余阻力CR系數(shù)之比，η=CRH/CR。圖2為h/L=0.2時(shí)修正系數(shù)η的示意圖。假定不同航速下的傅氏數(shù)由圖中可查得相應(yīng)的η值，換算出淺水剩余阻力，繼而得到總阻力曲線。阻力估算結(jié)果見表1。

圖2 淺水阻力修正系數(shù)η示意圖

表1 阻力估算結(jié)果

本船在此確定的淺水阻力基礎(chǔ)上，匹配1對(duì)B型5葉螺旋槳，直徑為0.86 m，螺距比為0.9，盤面比為0.605。在水深5 m，船體水下部分無(wú)污底，船舶滿載，風(fēng)力小于蒲氏3級(jí)，水面波浪小于2級(jí)，潮流平穩(wěn)，主機(jī)處于100%最大持續(xù)功率(MCR)狀態(tài)下，選用此螺旋槳可以使設(shè)計(jì)航速達(dá)到20 km/h。

4 艙室的隔音隔熱及減振降噪措施

為了減少振動(dòng)降低艙室噪音，提高船上人員的舒適度，本船選用了性能優(yōu)越額定轉(zhuǎn)速較低的沃爾沃主機(jī)，并采用高彈聯(lián)軸器加隔振墊的連接方式。除此之外，在艙內(nèi)裝飾和螺旋槳的選取方面采取以下措施：

(1)在艙室布置上，將機(jī)艙與航政指揮室(兼會(huì)議室)、船員生活艙室采用隔離空艙進(jìn)行物理分隔，以降低工作、生活艙室的振動(dòng)、噪音。

(2)機(jī)艙前壁及與上層艙室相鄰部分均內(nèi)襯陶瓷棉防火材料，外設(shè)微孔吸音板，既滿足防火分隔要求又能隔音降噪。所有甲板室的頂板、側(cè)壁板內(nèi)采用50 mm的玻璃棉隔熱、吸音，外設(shè)鋁扣板或鋁塑板，達(dá)到減少船舶自重和吸音降噪目的。

(3)采用5葉螺旋槳，適當(dāng)增加槳葉葉梢與船殼板的間隙，以減少由螺旋槳自身及水流引起的艉部振動(dòng)。

(4)在振動(dòng)噪音來源處，如主機(jī)座下、螺旋槳上方的船殼板上，并在機(jī)艙前壁及與生活艙室相鄰部分涂一層阻尼涂料，可有效控制聲音傳播，起到隔音降噪的作用。

5 結(jié)語(yǔ)

與原22 m航標(biāo)船相比，本船做了以下幾個(gè)方面的改進(jìn)：

(1)適當(dāng)增加船體尺度，優(yōu)化艙室布局，并采取有效的艙室隔音、隔熱及減振降噪措施，從而改善了船上人員的工作環(huán)境和生活條件。

(2)減小干舷、船側(cè)受風(fēng)面積，降低船體重心，以提高船舶的穩(wěn)性和抗風(fēng)能力。

(3)合理匹配螺旋槳，以適應(yīng)淺水水域航行。

該船于2016年11月底交付使用，在洪澤湖水域航行最大航速為20 km/h，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

[1] 湯苗苗，楊海飛，張軍.江蘇洪澤湖水位降至12.1 m低于正常通航水位[EB/OL].(2011-05-26)[2016-08-30].http://roll.sohu.com/20110526/n308653551.shtml.

[2] 邵世明,趙連恩,朱念昌.船舶阻力[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1995.

2016-09-05

李書豐(1981—)，男，工程師，主要從事船舶設(shè)計(jì)工作；程獻(xiàn)兵(1978—)，男，工程師，從事船舶與海洋工程建造工作；紀(jì)偉(1982—)，男，工程師，從事船舶與海洋工程建造工作。

U662.2

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