海上浮動核電站人員疏散船方案設(shè)計

王藝 黎春梅 頡利東 夏軍寶 苗怡然 張騏 李瑋瑋

【摘 要】海上浮動核電站人員疏散船對核電站的運行、維護和危急情況的處理具有重要意義。本文運用船舶總體設(shè)計的理論方法，對人員疏散船進行船舶主尺度、主機選型、航速、浮力、艙容、穩(wěn)性、干舷和橫搖周期等關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計計算，確定可行的主尺度方案。本文為促進海上浮動核電站的發(fā)展以及浮動核電站輔助船舶的設(shè)計提供參考。

【關(guān)鍵詞】浮動核電站;人員疏散船;方案設(shè)計;船型參數(shù)

中圖分類號： F426.23 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）23-0008-005

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.003

【Abstract】The personnel evacuation ship of offshore floating nuclear plant is of great importance to the operation， maintenance and crisis management of nuclear plant. According to the theoretical method of the overall design of the ship， the design and calculation of the key parameters such as the principal dimensions of ship， main engine selection， speed， buoyancy， capacity， stability， freeboard and roll cycle of the evacuation ship were carried out to determine the feasible principal dimensions scheme. This paper provides a reference for promoting the development of offshore floating nuclear plants and the design of the auxiliary ships for floating nuclear plants.

【Key words】Floating nuclear plant; Personnel evacuation ship; Conceptual design; Ship hull parameters

0 引言

核能作為21世紀重要的新興能源，對其的開發(fā)利用占據(jù)了世界能源市場的重要地位，其中最主要的應(yīng)用方向是利用核能進行發(fā)電。但是，隨著一系列陸上核安全事故的發(fā)生，海上浮動核電站受到了社會各界的廣泛關(guān)注[1]。浮動核電站能夠遠離陸上人口稠密地區(qū)，并且在遠海島嶼、基地、油氣資源開采平臺的供電，極地科學(xué)考察以及救災(zāi)等方面具有巨大應(yīng)用前景[2]。因此，開發(fā)設(shè)計海上浮動核電站及其輔助船舶具有重要意義。

正是在這種情況下，為了便于浮動核電站上的專家和工作人員往返于浮動核電站平臺和陸上生活基地、遠海島嶼、油氣開采平臺等以及危急情況下人員的安全疏散撤離，本文初步設(shè)計一艘浮動核電站的人員疏散客船。文中根據(jù)母型船資料，運用船舶總體設(shè)計的有關(guān)理論方法，對人員疏散客船進行主尺度的選擇、主機選型、航速、浮力、艙容、穩(wěn)性、干舷和橫搖周期等進行設(shè)計計算，確定一個可行的主尺度方案。本文對加快海上浮動核電站發(fā)展，對浮動核電站輔助船舶的設(shè)計具有一定的參考意義。

1 船型的方案構(gòu)思及主尺度論證

1.1 方案構(gòu)思

設(shè)計方案構(gòu)思的綜合性強，涉及面廣。就一般情況而言，船舶設(shè)計方案構(gòu)思主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：

（1）船型特征和總布置設(shè)想。

（2）考慮和初步選擇主尺度。

（3）主要技術(shù)性能的估算與分析。

（4）其他重要方面的考慮（如船舶的主要裝備、法規(guī)和規(guī)范的要求等）。

船舶的主尺度是描述船舶幾何特征的最基本的參數(shù)。主尺度對船舶的運載能力、航海性能、操作使用和船舶的經(jīng)濟性等都有重要影響。合理的選擇和確定主尺度是船舶設(shè)計中最基本最重要的工作之一，也是開展各項具體設(shè)計工作的基礎(chǔ)。而主尺度選擇的一般步驟如圖1所示[3]。

1.2 主尺度選取所考慮的因素及其確定

船舶主要要素受到一系列因素的制約，如：航道、港口和船舶建造、修理廠的客觀條件對主要要素有限制;船舶的各項技術(shù)性能、使用要求和經(jīng)濟性對主要要素的選擇有很大影響。因此，選取新船主要要素時必須對影響其選擇的各種因素進行綜合分析。考慮到提高浮動核電站人員疏散船的經(jīng)濟性，方便人員疏散船快速靠近和離開浮動核電站，避免長時間靠近核電站情況下由于海浪波動造成碰撞，以確保核電站和人員疏散船的安全。因此，人員疏散船的主尺度和排水量不宜太大，以保證船舶的快速性和機動性，本文設(shè)計的人員疏散客船為80客位，主尺度和排水量較為合適。

1.2.1 母型船資料

該母型船選取的是150客位客船，其主要要素如表1。

新船的設(shè)計要求如表2。

1.2.2 船長L的選擇

航線上船閘長度、?？扛鄣拇a頭泊位長度、建造廠船臺長度及修理廠船塢長度均限制船舶總長。

參考母型船，由于母型船是歷年來的客船，其性能已經(jīng)得到各方面的認可，因此本船采用與母型船相近的布置。首甲板取4m，駕駛室取3.5m，客艙取10m（一列座椅船長方向長度為1.2m，本船共7列，合計8.4m;客艙兩端的過道長度為0.8m，共計1.6m），服務(wù)臺取2m，儲藏間取1.5m，機艙取3.0m，船員室取2m，尾甲板取2.0m，則總長取LOA=28m。

設(shè)計水線長根據(jù)下式計算[4]：

LWL=（LOA-0.3）/1.07（1）

根據(jù)公式（1），計算結(jié)果得：LWL=（28-0.3）/1.07=25.89m，取為26.0m。

1.2.3 船寬B的選擇

船寬對穩(wěn)性的影響最大。由于橫穩(wěn)性半徑r與船寬的平方成正比，因此根據(jù)橫穩(wěn)性方程可知，增加B將引起初穩(wěn)性高顯著增加，但過大的初穩(wěn)性又使橫搖周期縮短，橫搖加速度及橫搖幅值均增大，這對橫搖不利。從總布置來說，增加船寬對機艙、船員艙、客艙、貨艙等布置都是有利的。

本船船寬按艙室內(nèi)布置和穩(wěn)性的要求來確定：本船客艙座椅規(guī)格為0.45×0.40×0.35（寬度×深度×間距），橫向排8列;中間為走道，規(guī)范要求不小于0.7m，可取0.7m;考慮小型船設(shè)計的舷側(cè)過道不提供旅客走動，只用來做船員洗窗壁、維修使用，其寬度按結(jié)構(gòu)規(guī)范要求取0.1B左右，實取0.6m;圍壁的厚度（包括裝修層）取0.05m;則型寬為：B=8×0.45+0.7+2×0.6+2×0.05=5.6m。

1.2.4 吃水T的選擇

在排水量Δ基本不變時，增大T可相應(yīng)地減小L、B和Cb，從而減輕船體的重量，降低船價，減小船舶阻力，同時可加大螺旋槳直徑，提高推進效率，改善快速性[5]。因此，在吃水受限制時，總是取設(shè)計吃水等于或接近限制值，以有利于浮力、快速性和經(jīng)濟性。本船的吃水取自一艘已經(jīng)建好的游覽船，因此取T=1.0m。

1.2.5 型深D的選擇

對布置地位型船舶，船舶主體內(nèi)的布置要求是選取D的主要依據(jù)。當吃水一定時，增加D即增加干舷，一則可以減小甲板上浪，二則可以增加船的儲備浮力，有利于抗沉性。

實船設(shè)計中型深D的選取，除一般要滿足建造規(guī)范對L/D和B/D的規(guī)定外，常根據(jù)船舶類型的不同作不同的處理，對布置地位型船、小型船舶一般按總布置要求選取D。

參照母型船的設(shè)計，因為機艙正常的運轉(zhuǎn)和維修需要人員管理，按每個船員身高1.7m來算，且本船屬于小型客船，取型深D=1.80m，設(shè)計吃水T=1.0m，所以干舷高F=D-T=0.8m。

3）排水量裕度

排水量裕度也叫排水量儲備。在估算空船重量時，通常要考慮加一定的排水量裕度。

就一般情況而言，在初步設(shè)計階段，排水量裕度可取空船重量LW的4%～6%。對于客船，由于舾裝重量所占比例較多，且各種零星設(shè)備和材料特別多，因此要取較大的排水量裕度。

因此本船的排水量裕度去空船重量LW的6%，即70.81×6%=4.249t，新船的排水量應(yīng)為85.009t，實取85t，與靜水力計算所得排水量吻合，所以滿足要求。

1.2.7 船型系數(shù)的選取

（1）方形系數(shù)Cb的選取

方形系數(shù)Cb是聯(lián)系排水量Δ和主尺度（L、B、T）的紐帶，當浮力相差不大時，保持L、B、T不變而適當改變Cb可很方便地調(diào)整浮力的大小。減小Cb有利于降低剩余阻力Rr，對于剩余阻力所占比重大的高速船，一般取較小Cb，以改善阻力性能，特別是減小Cb并增大L時快速性與耐波性的改善最顯著。

實際方形系數(shù)的確定通常依船舶類型的不同而不同，對于布置地位型船，因其L、B、T往往為艙容及甲板面積要求所決定，故一般根據(jù)重量與浮力平衡的條件和吃水T相互調(diào)節(jié)綜合權(quán)衡選取Cb。本船方形系數(shù)取為：Cb=Δ/ρkLBT=85/（1.0×1.01×26.0×5.6×1.0）=0.578，實取0.58。

（2）菱形系數(shù)Cp的選取

2 結(jié)論

海上浮動核電站輔助船舶對核電站的運行、維護和危急情況處理具有重要意義。本文對80客位人員疏散船進行了初步設(shè)計。在設(shè)計過程中參考了母型船資料，提出了初步的設(shè)計方案，進行了主尺度的論證、主機選型以及航速、浮力、艙容、穩(wěn)性、干舷和橫搖周期等重要參數(shù)的設(shè)計計算。

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