漓江游船變更為柳江游船的可行性分析

梁民杰

(柳州船舶檢驗(yàn)局，廣西 柳州 545001)

0 引言

近幾年，柳州百里柳江景區(qū)游客數(shù)量增長(zhǎng)較快，景區(qū)內(nèi)旅游客船的需求量也在增長(zhǎng)，現(xiàn)有的旅游客船數(shù)量已無法滿足需求，需要增加景區(qū)內(nèi)旅游客船的數(shù)量。增加旅游客船數(shù)量有兩種途徑：(1)新建船舶；(2)從外地購(gòu)買現(xiàn)有船舶。新建船舶周期較長(zhǎng)，而且造價(jià)不菲，并非是旅游公司的首選。近幾年，漓江旅游客船正在進(jìn)行更新改造，一些船齡比較大的船舶可能要被淘汰。一方面是柳江旅游客船需求量不斷增長(zhǎng)，另一方面是漓江旅游客船推陳出新，所以購(gòu)買漓江旅游客船變更為柳江旅游客船是旅游公司不錯(cuò)的選擇。但是，漓江旅游客船變更為柳江旅游客船存在適用規(guī)范不同的技術(shù)問題，漓江旅游客船適用規(guī)范是《漓江旅游客船法定檢驗(yàn)規(guī)定》，而柳江旅游客船適用規(guī)范是《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》以及《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》。因?yàn)檫m用規(guī)范的不同，使得這個(gè)項(xiàng)目在技術(shù)上是否可行不得而知。由此可見，研究漓江旅游客船變更為柳江旅游客船在技術(shù)上是否可行具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 可行性分析

經(jīng)過分析研究，發(fā)現(xiàn)《漓江旅游客船法定檢驗(yàn)規(guī)定》與《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》以及《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》在材料與焊接、輪機(jī)、電氣設(shè)備、乘客定額與艙室設(shè)備等方面要求基本一致，而在船體結(jié)構(gòu)、船舶穩(wěn)性、船舶干舷、船舶設(shè)備等方面要求則不盡相同，下面重點(diǎn)對(duì)船體結(jié)構(gòu)、船舶穩(wěn)性、船舶干舷、船舶設(shè)備這幾方面進(jìn)行分析研究。

1.1 船體結(jié)構(gòu)

1.1.1 主尺度比

表1 《漓江旅游客船法定檢驗(yàn)規(guī)定》對(duì)主尺度比要求表

表2 《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》對(duì)主尺度比要求表

從表1、表2可以看出，對(duì)于長(zhǎng)深比L/D的要求，《漓江旅游客船法定檢驗(yàn)規(guī)定》高于《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》；對(duì)于寬深比B/D的要求，《漓江旅游客船法定檢驗(yàn)規(guī)定》低于《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》。所以漓江旅游客船變更為柳江旅游客船應(yīng)主要考慮寬深比B/D是否滿足要求。據(jù)了解，漓江旅游客船大多為半艙型自航船，寬深比B/D大多在5.0到5.5之間，顯然并不滿足《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》的要求。按照《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》的規(guī)定，如果主尺度比不滿足要求，則應(yīng)該對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元計(jì)算分析，所以漓江旅游客船船體結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算分析是否滿足要求決定了其能否變更為柳江旅游客船。

下面對(duì)一艘典型的漓江旅游客船船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元計(jì)算分析(見圖1、圖2、表3)：

該船主要參數(shù)：總長(zhǎng)31.00 m，垂線間長(zhǎng)26.50 m，型寬5.30 m，型深1.00 m，吃水0.53 m，乘客定額98人。

圖1 旅客就坐于坐席工況應(yīng)力分布云圖

圖2 旅客就坐于坐席工況變形分布云圖

構(gòu)件名稱應(yīng)力種類許用應(yīng)力[σ](MPa)實(shí)際最大應(yīng)力σmax(MPa)σmax[σ]σl14431.30.22甲板板σe1791090.61τ8017.40.22σl1441040.72甲板縱桁σe17942.70.24τ8022.20.28σz16878.40.47σe19256.70.30強(qiáng)橫梁τ1057.950.08σz17652.10.30σl14431.30.22船底板及舷側(cè)板σe1791090.61τ80120.15σl14417.30.12船底龍骨σe1791090.61τ8012.20.15σz168770.46σe19248.30.25實(shí)肋板、強(qiáng)肋骨τ10510.90.10σz17652.20.30橫艙壁σe19239.80.21τ1055.530.05甲板橫梁σz17632.70.19舷側(cè)普通肋骨σz17625.50.14橫艙壁扶強(qiáng)材σz17648.10.27支柱σz17625.30.14σl14463.30.44主甲板以上甲板室σe17964.90.36τ8010.50.13主甲板以上甲板室骨材σz17674.20.42

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出來，該船通過有限元計(jì)算，旅客就坐于坐席工況各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)力水平均滿足結(jié)構(gòu)許用應(yīng)力要求，且還有較大余量，滿足規(guī)范要求。全船最大變形的僅18.9 mm，相對(duì)于全船而言，結(jié)構(gòu)變形也可滿足要求。由此可見，對(duì)于大多數(shù)漓江旅游客船，雖然其主尺度比不滿足《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》的要求，但其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度還是滿足要求的。

1.1.2 結(jié)構(gòu)規(guī)范計(jì)算

《漓江旅游客船法定檢驗(yàn)規(guī)定》與《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》在結(jié)構(gòu)規(guī)范計(jì)算方面的要求是有區(qū)別的?？紤]到漓江水深較淺，漓江旅游客船的吃水都比較小，船舶受到的舷外水壓力是比較小的，所以船舶航行水域由漓江變更為柳江，其舷側(cè)骨架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度還是滿足要求的。另外，由于客船甲板承受的載荷較小，所以甲板骨架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也可以滿足要求。唯一可能不滿足要求的就是船底骨架，下面重點(diǎn)對(duì)船底骨架進(jìn)行分析。

1.1.2.1 船底板

《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》要求船底板厚度t按下列二式計(jì)算，取大者：

t=a(αL+βs+γ)mm

(1)

t=4.8s(d+r)1/2 mm

(2)

《漓江旅游客船法定檢驗(yàn)規(guī)定》對(duì)船底板厚度要求是≥3 mm。

由于漓江旅游客船吃水d較小，而且柳江屬于C級(jí)航區(qū)，半波高r較小，所以按式(2)算出的t較小，船底板厚度t一般由式(1)計(jì)算得出。漓江旅游客船變更為柳江旅游客船，其船底板厚度是否滿足要求，取決于按式(1)算出的t是否≤3 mm，即：

a(αL+βs+γ)≤3

(3)

按《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》規(guī)定分別查出系數(shù)a、α、β、γ代入(3)式，即：0.7(0.046L+3.3×0.5+0.8)≤3，可以得出L≤39.91 m。

也就是說，只要漓江旅游客船船長(zhǎng)L≤39.91 m，變更為柳江旅游客船后，其船底板厚度是可以滿足要求的。而《漓江旅游客船法定檢驗(yàn)規(guī)定》規(guī)定漓江旅游客船船長(zhǎng)≤30 m，所以漓江旅游客船變更為柳江旅游客船，其船底板厚度是可以滿足要求的。

1.1.2.2 實(shí)肋板、龍骨

《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》要求實(shí)肋板、龍骨剖面模數(shù)W1應(yīng)不小于按下式計(jì)算所得之值：W1=Ks(fd+r)l2。

《漓江旅游客船法定檢驗(yàn)規(guī)定》要求實(shí)肋板、龍骨剖面模數(shù)W2應(yīng)不小于按下式計(jì)算所得之值：W2=Ksdl2+10。

漓江旅游客船變更為柳江旅游客船，其實(shí)肋板、龍骨是否滿足要求，取決于W1是否≤W2，即：Ks(fd+r)l2≤Ksdl2+10。

按《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》規(guī)定貨艙外f值取1，則：rl2≤10。

C級(jí)航區(qū)半波高r取0.25，則：0.25l2≤10，可以得出l≤6.33 m。

由于實(shí)肋板跨距l(xiāng)一般取船寬，也就是說，只要漓江旅游客船船寬≤6.33 m，變更為柳江旅游客船后，其實(shí)肋板、龍骨結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是可以滿足要求的。

1.1.3 艙壁布置

《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》對(duì)艙壁布置要求如下：防撞艙壁一般設(shè)置在距首垂線0.05 L～0.1 L范圍內(nèi)。尾尖艙艙壁一般應(yīng)設(shè)置在距尾垂線0.1 L范圍內(nèi)。客船干舷甲板下相鄰水密橫艙壁的間距l(xiāng)應(yīng)不大于下式計(jì)算所得之值：

l=0.75(1-d/D)Lm

當(dāng)l>6D時(shí)，取l=6D；當(dāng)l<0.15 L時(shí)，取l=0.15 L。

《漓江旅游客船法定檢驗(yàn)規(guī)定》對(duì)艙壁布置要求如下：船舶防撞艙壁距首垂線的距離應(yīng)≤3.0 m。在尾部也應(yīng)設(shè)置一道水密艙壁。橫艙壁間距應(yīng)不大于型深的6倍。如不能滿足此項(xiàng)要求時(shí)，應(yīng)在兩橫艙壁之間增設(shè)符合沿船寬方向的布置要求的支柱。

可見，在對(duì)艙壁布置要求方面，《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》高于《漓江旅游客船法定檢驗(yàn)規(guī)定》。所以，漓江旅游客船變更為柳江旅游客船，應(yīng)特別注意其艙壁布置是否滿足要求。

1.2 船舶穩(wěn)性

《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》規(guī)定風(fēng)壓穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)Kf應(yīng)符合下式：

Kf=Mq/Mf≥1或Kf=lq/lf≥1

《漓江旅游客船法定檢驗(yàn)規(guī)定》規(guī)定風(fēng)壓穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)Kf應(yīng)符合下式：

Kf=Mq/(Mf+Mw)≥1或Kf=lq/(lf+lw)≥1

《漓江旅游客船法定檢驗(yàn)規(guī)定》不僅考慮風(fēng)壓傾側(cè)力矩Mf或力臂lf，還考慮水流傾側(cè)力矩Mw或力臂lw?？梢?，在對(duì)風(fēng)壓穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)Kf要求方面，《漓江旅游客船法定檢驗(yàn)規(guī)定》高于《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》。但是《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》要求核算突風(fēng)穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)Kf0，而《漓江旅游客船法定檢驗(yàn)規(guī)定》卻不要求?？梢姡趯?duì)突風(fēng)穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)Kf0要求方面，《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》高于《漓江旅游客船法定檢驗(yàn)規(guī)定》。

經(jīng)過分析研究發(fā)現(xiàn)漓江旅游客船的船型特點(diǎn)對(duì)穩(wěn)性是有利的：

(1)船寬相對(duì)較寬。受漓江航道條件限制，漓江旅游客船船長(zhǎng)和吃水相對(duì)較小，為了保證船舶有一定的排水量，只能增加船寬。增加船寬除可以有效增大船舶初穩(wěn)心高度外，還對(duì)增加大傾角時(shí)的復(fù)原力臂有較大的作用。船寬增加時(shí)出水及入水楔形體積靜矩也增大，因而可增加復(fù)原力臂。

(2)干舷吃水比F/T較大。受漓江航道條件限制，漓江旅游客船吃水較小，但為了保證船舶強(qiáng)度，型深又不能太小，所以漓江旅游客船干舷吃水比F/T相對(duì)較大。據(jù)了解，絕大多數(shù)漓江旅游客船干舷吃水比F/T均>0.85，這樣的干舷吃水比在內(nèi)河客船當(dāng)中是相對(duì)比較大的。增加干舷吃水比F/T可增加大傾角時(shí)復(fù)原力臂，對(duì)船舶穩(wěn)性是有利的。

由此可見，漓江旅游客船的船型特點(diǎn)對(duì)穩(wěn)性是有利的。如果船舶重心不是很高，且受風(fēng)面積不是很大，比如只有二層甲板的半艙型載客船舶，即使按《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》核算穩(wěn)性，其穩(wěn)性依然是滿足要求的。但如果船舶重心較高，且受風(fēng)面積較大，比如有三層甲板的甲板型載客船舶，應(yīng)注意其穩(wěn)性是否滿足《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》的要求。

1.3 船舶干舷

《漓江旅游客船法定檢驗(yàn)規(guī)定》與《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》在船舶干舷方面的要求還是有區(qū)別的?！独旖糜慰痛ǘz驗(yàn)規(guī)定》規(guī)定漓江旅游客船船長(zhǎng)不得>30 m，按《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》要求，C級(jí)航區(qū)船長(zhǎng)30 m船舶基本干舷為250 mm，加上型深、舷弧以及艙口圍板對(duì)干舷的修正，計(jì)算出的最小干舷≤300 mm。受漓江航道條件限制，漓江旅游客船吃水較小，但為了保證船舶強(qiáng)度，型深又不能太小，所以漓江旅游客船干舷相對(duì)較大。據(jù)了解，絕大多數(shù)漓江旅游客船干舷均>400 mm。可見，漓江旅游客船變更為柳江旅游客船后，其船舶干舷是可以滿足要求的。

1.4 船舶設(shè)備

《漓江旅游客船法定檢驗(yàn)規(guī)定》與《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》在船舶設(shè)備方面的要求是有些區(qū)別的。比如《漓江旅游客船法定檢驗(yàn)規(guī)定》規(guī)定船員和旅客每人應(yīng)配備1件救生衣，應(yīng)按乘客定額人數(shù)的5%增配兒童救生衣。而《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》規(guī)定除船員和旅客每人應(yīng)配備1件救生衣外，還應(yīng)增備不少于船上乘客總數(shù)5%的救生衣，應(yīng)按乘客定額人數(shù)的10%增配兒童救生衣。此外，在消防設(shè)備、信號(hào)設(shè)備配備等方面的要求也有所不同。漓江旅游客船變更為柳江旅游客船后，應(yīng)注意增配相關(guān)船舶設(shè)備。

2 結(jié)語

對(duì)于大多數(shù)漓江旅游客船，變更為柳江旅游客船后，其技術(shù)狀況是可以滿足要求的，但對(duì)于某些漓江旅游客船，比如船寬較大、重心較高、受風(fēng)面積較大的船舶，應(yīng)注意其是否滿足要求。此外，應(yīng)注意船舶艙壁布置是否滿足要求，還應(yīng)注意增配相關(guān)船舶設(shè)備。

[1]中華人民共和國(guó)海事局.內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2]中國(guó)船級(jí)社.鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2016.

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[4]馮恩德，席龍飛.船舶設(shè)計(jì)原理[M].大連：大連海運(yùn)學(xué)院出版社，1990.

[5]王杰德，楊永謙.船體強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1992.

[6]龍 凱，賈長(zhǎng)治，李寶峰.Patran2010與Nastran2010有限元分析從入門到精通[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.