400噸級航標布設船吊機改造方案探析

朱志紅

摘要：海事系統(tǒng)現(xiàn)有的400t級定型航標布設船大多建于20世紀80年代，功能定位為起吊和布設2.5t、直徑1.8m浮標。隨著港口經(jīng)濟的快速發(fā)展和進出港船舶的日漸大型化，港口航道和水深也在不斷增大，8t、直徑2.4m的中型浮標已成為沿海各航標處的主力型航標，而現(xiàn)有的400t級航標布設船因船型與技術設施落后，無法滿足該型浮標的作業(yè)要求。本文結合某航標處實際，就400t級航標布設船吊機改造方案進行了探討，為各兄弟單位升級改造現(xiàn)有航標船、緩解當前用船緊張局面提供了借鑒。

關鍵詞：航標船 吊機 改造 改裝

0 項目背景

某航標處400t級航標布設船因船齡較長、吊機故障無法使用等原因于2008年1月至2012年4月擱置保養(yǎng)，其余3艘船舶均沒有起吊能力。鑒于新造船舶項目短期內(nèi)難以實現(xiàn)，為緩解捉襟見肘的用船緊張局面，某航標處經(jīng)申報審批于2013年對該船進行吊機技術改造，改造目標是滿足起吊和布設直徑2.4m浮標的作業(yè)要求。經(jīng)過4年的使用，該船達到改造預期目標，成為某航標處的主力作業(yè)船。

1 改造設計方案

1.1 將原迴轉式起重機更換為經(jīng)濟實用型的吊桿裝置

受甲板作業(yè)面積限制，吊機采用復式滑車組的輕型吊桿典型裝置，此裝置適用于起貨量10t左右的吊貨桿。具體安裝如下：起吊作業(yè)區(qū)設置在36#～59#甲板面上，在36#處設置一高度9m，Φ402×12cm起重柱，配Φ273×8cm長10.5m的吊桿、8t吊重絞車一臺、8t變幅絞車一臺、3t橫移絞車左右各一臺，滿足起重10t、舷外跨2m、橫向力臂7.06m的浮標要求。起吊控制臺設在起重柱下，主甲板上留有三個直徑2.4m浮標（包括錨鏈及沉塊）的位置，正常出航可裝載兩只浮標，留有一個位置用來放置起吊后的浮標。

1.2 主甲板兩舷增加浮體結構

在船體兩側滿載水線至主甲板位置各增加一個舷側附體，按《鋼質(zhì)海船建造規(guī)范》（2006）進行設計，長33m，寬1.25m，深1.25m，殼板δ=8，甲板板δ=8，內(nèi)隔板δ=6，內(nèi)結構L75×50×6 角鋼，浮體總重量約18t，并與原船焊接，以此增大儲備浮力、初穩(wěn)性和甲板作業(yè)面積，使甲板作業(yè)面能同時放置三座直徑2.4m燈浮標。

1.3 艙室布置

原船艙底33～41#甲板下為船員艙，現(xiàn)改裝為絞車設備間，安裝8t起貨絞車、8t千斤索絞車和3t穩(wěn)索絞車，絞車鋼絲繩從船中穿過上甲板時用升高套管密封。其余艙室、船體構件、機電設備等基本沒有改變。

2 改造性能評估

2.1 船體結構評估

根據(jù)CCS頒布的現(xiàn)行《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》（2006）計算船體結構構件尺寸，根據(jù)計算結果經(jīng)比對外板測厚數(shù)據(jù)和現(xiàn)有可查看到的資料，該船現(xiàn)存船體結構情況尚可，基本能夠滿足現(xiàn)行規(guī)范要求的結構構件局部強度要求。另外本船改造時已更換船體主甲板、一層甲板，并對船體外板進行修補，對于銹蝕嚴重的其它部位，也已更換新板，使本船總縱強度滿足規(guī)范要求。

2.2 起吊設備評估

2.2.1 吊桿強度校核

吊桿按CCS《船舶與海上設施起重設備規(guī)范》（2007）2.3.1校核，吊桿長KL=9m，選用φ273x8無縫管，壁厚外徑比：8/273=1/34.12<1/30，φ273x8剖面慣性矩Jo=5851.71cm4，慣性半徑r=93.7mm，細長比λ= KL/r= 9000/93.7=96.05<150，構件軸向壓力 P= mEJ0/ nL2×10-5 kN。式中： m-系數(shù)，查表3.3（b） m=10，E-鋼材彈模量2.06×105Mpa，L-吊桿長度L=9m，n-安全系數(shù)n=5，J0-慣性矩J0=5851.71cm4，算得P=10×2.06×105×5851.71/（5×9×9×105）=297.6kN=29.76t，前述計算實用軸壓力Q=17.60t<構件軸向壓力P=29.76t，滿足規(guī)范要求。

2.2.2 起重柱強度校核

起重柱按CCS《船舶與海上設施起重設備規(guī)范》（2007）2.4.8校核，頂桅選用φ450X16 無縫管，桅伸出頂甲板1.4m，伸出部分受力最大， φ450X16剖面積s=218.15cm2， 慣性矩J0=51432.65cm4， 剖面模數(shù)2285.9cm3.計算得出：

（1）最大彎矩加上偏心壓力得Mb=10.07×1.4+11.83×0.5=21.413t· m，彎曲應力σb=214130/2285.9=93.67MPa；

（2）壓縮應力σc= 1183/218.15=5.42MPa；

（3）扭矩引起剪應力τ=9.59×0.5×104/2/2285.9=10.49MPa。

按規(guī)范2.4.8，σt=[（σb+σc）2+3τ2]1/2=[（93.67+5.42）2+3x（10.49）2]1/2=100.74MPa，材料為Q235，查表得n=2，許用應力[σt]= 235/2=117.5>100.74（MPa），滿足規(guī)范要求。

2.3 穩(wěn)性評估

由于起吊重量10t，舷外跨2m，距中7m，吊重傾側力矩M=56t·m，按現(xiàn)有船舶初穩(wěn)性h=0.918m，排水量W=396+8=404t，起吊橫傾角tg= M/Wh=56/404/0.918=0.151，=8.6°。參照起重船的要求，在吊重時船舶局限靜傾角不超過3°，所以必須增加舷側浮體，浮體長33m，寬1.25m，深1.25m，水線面慣性矩增加 △Ix=1455m4，改裝后排水量增加26t，初穩(wěn)性增加△h=△Ix/W =1455/430=3.38m，初穩(wěn)性達到h=0.918+3.38=4.3m，橫傾角tg=56/430/4.3=0.0303，=1.73°，大幅提高了船舶水線以上的儲備浮力、初穩(wěn)性和大傾角穩(wěn)性，而且橫傾角基本都在18°左右，作業(yè)時吊重10.2t，橫傾力臂7.06 m時各種裝載情況下船舶橫傾角最大3.1°，滿足起重船極限靜傾角小于5 度的要求。

2.4 電力負荷評估

海標1508船現(xiàn)有兩臺發(fā)電機組，單機功率64Kw，有并車功能。按新增設備功率進行計算，考慮5%電網(wǎng)損失時所需總功率78Kw，小于并機總功率128 Kw，發(fā)電機負載率僅有56.52%，所有的電機同時工作，對船舶電站容量也不會有影響。

2.5 機電設備工況評估

該船改造前配有6名船員負責日常的設備檢修及維護管理，每月至少離岸航行2次，每次不低于1小時，主輔機等機電設備均能正常運轉。改造過程中對主機、副機、軸系、舵系、管系、錨系、電氣設備、通導設備等進行全面檢修，對不合要求的設備將進行了維修或更換。改造后已安全服役4年，目前船齡32年，超出最低服役年限7年。該船每年進廠維修，定期邀請CCS檢驗，確保全船機電設備工況良好，滿足相關規(guī)范要求。

2.6 改造后使用情況

該船于2013年6月完工出廠，經(jīng)過4年多的使用，基本滿足日常業(yè)務需要，每年作業(yè)航標150余座，有效緩解了用船緊張局面。由于加裝舷側附體后，增加了摩擦阻力和形狀阻力，船舶航速減少約1.5kn。輕型吊桿裝置有4條鋼絲繩，甲板作業(yè)人員需加強安全防范意識，避免發(fā)生意外。另外，由于船寬加大后船舶初穩(wěn)性的提高，船舶自搖及橫搖周期將縮短，對舒適性有一定影響。

3 結束語

目前，我國沿海各航標處普遍存在著航標數(shù)量急劇增加、航標船配置不足的供需矛盾，由于海事系統(tǒng)體制因素限制，建造航標船從申請立項到交付使用最快也需4～5年時間，短期內(nèi)配置新船的可能性較小。通過升級改造現(xiàn)有的航標船，可以大幅提升船舶的技術性能，滿足日益增長的業(yè)務需求，有效緩解當前的用船緊張局面，促進航標事業(yè)的科學發(fā)展。endprint