管路布置對(duì)特種用途船破損穩(wěn)性的影響

高 慧 姜廣煜

（1.天海融合防務(wù)裝備技術(shù)股份有限公司 上海201612；2.上海中船船舶設(shè)計(jì)技術(shù)國家工程研究中心有限公司 上海 200114）

引 言

近年來航運(yùn)業(yè)高速發(fā)展，海上交通越來越繁忙，船舶在航行中可能會(huì)發(fā)生碰撞、觸礁、擱淺等造成船體破損的事故，這些雖是偶然事件，但可能會(huì)造成嚴(yán)重后果，甚至?xí)股?cái)產(chǎn)遭到重大損失。因此在船舶最初設(shè)計(jì)時(shí)，需要全面考慮船舶可能發(fā)生的破損，分析船舶進(jìn)水情況，預(yù)估破損后的殘存狀態(tài)，從而采取措施改進(jìn)設(shè)計(jì)，保障船舶的破損穩(wěn)性。

為保障船舶的破損穩(wěn)性需要，水密艙壁將船體分隔成適當(dāng)數(shù)量的艙室，但船舶內(nèi)部有著錯(cuò)綜復(fù)雜的管路或管隧、通風(fēng)管等，它們穿梭于船體的各個(gè)角落。若這些管路在破損范圍內(nèi)，又沒有遙控閥門，那么海水會(huì)通過破損的管路或管隧流到管路的另一末端所在的艙室，這種延伸進(jìn)水會(huì)對(duì)船舶破損穩(wěn)性造成影響。本文著重分析管路各種走向?qū)Υ捌茡p穩(wěn)性的影響［1-3］。

本文以某飽和潛水支持船（附加SPS船級(jí)符號(hào)）作案例，在該船基本設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)如何布置船舶內(nèi)部管路走向，提高破損穩(wěn)性作了大量的計(jì)算及研究，對(duì)這些計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，最終選取最優(yōu)管路走向，提高了該船破損后的殘存穩(wěn)性，保證了船舶破損后的安全。

1 案例船背景介紹

本文以飽和潛水支持船為例，該船是一艘先進(jìn)的，可在大部分環(huán)境狀況下作業(yè)，并且具有良好操縱性和定位能力的深海工程船。總長(zhǎng)124 m、船寬24.0 m、型深10.2 m、夏季吃水7.30 m、總?cè)藬?shù)120人，首部為居住區(qū)及工作區(qū)，尾部主甲板上為載貨區(qū)（參見圖1）。若船體內(nèi)部各個(gè)艙室通風(fēng)管路均可以無障礙垂直向上通出主甲板，則管路走向布置對(duì)本船破損不會(huì)產(chǎn)生影響。但該船露天甲板上設(shè)有載貨區(qū)域，甲板下載貨區(qū)的艙室通風(fēng)管不能直接垂直延伸至主甲板面載貨區(qū)域，需穿過其他邊艙后垂直向上穿出甲板面。以下針對(duì)甲板載貨區(qū)域下的艙室通風(fēng)設(shè)計(jì)了三種管路走向，并分別評(píng)估了對(duì)船破損穩(wěn)性的影響。圖1為飽和潛水支持船平面圖。

圖1 飽和潛水支持船平面圖

2 管路走向布置方案1

2.1 管路走向布置設(shè)計(jì)

艙室通風(fēng)管路為避免垂直伸到載貨區(qū)域，需橫向走到舷側(cè)艙室再伸出甲板面，下頁圖2為典型剖面管路走向示意圖。舷側(cè)聚集了大量的管路，且這些管路是無閥設(shè)計(jì)。船舶在航行過程中，若發(fā)生舷側(cè)碰撞性破損，大量海水將會(huì)通過破損管路流向中間艙室。如圖2，陰影部分為破損范圍（船舶任一舷側(cè)都可能發(fā)生破損，下文僅以一側(cè)破損為例分析，另一側(cè)類似），破損后水會(huì)沿著管路流向其他艙室，即舷側(cè)小范圍破損，將會(huì)擴(kuò)至更大范圍的進(jìn)水，水密艙壁形同虛設(shè)［2-5］。

圖2 方案1 典型剖面管路走向示意圖

2.2 載貨甲板區(qū)域下管路布置

上述只描述了一個(gè)典型示意圖，甲板下還有很多類似布置，船舶甲板舷側(cè)則會(huì)有密密麻麻的透氣管頭伸出。舷側(cè)如果大面積的碰撞破損，這些管子也會(huì)一同連著破損進(jìn)水，通過這些管子透氣的艙室自然也會(huì)全部被延伸進(jìn)水。管路平面布置見圖3（僅顯示載貨區(qū)域下的管路布置）。

2.3 舷側(cè)破損分析

舷側(cè)破損范圍為管路平面布置圖上舷側(cè)陰影區(qū)域， 剖面分艙模型見圖4， 破損進(jìn)水艙室見下頁表1。

圖3 方案1 管路平面布置圖

圖4 剖面分艙模型圖

表1 破損進(jìn)水艙室

分析結(jié)論：破損后船舶狀態(tài)如圖5所示。艙室在延伸進(jìn)水后，船舶已180°側(cè)翻。圖6顯示船舶復(fù)原力臂GZ已為負(fù)值，表示船舶已完全喪失穩(wěn)性，發(fā)生傾覆。

圖5 方案1 破損后船舶狀態(tài)

圖6 方案1 破損后船舶穩(wěn)性曲線

3 管路走向布置方案2

3.1 管路走向布置設(shè)計(jì)

船舶破損后，船處于大傾角傾斜狀態(tài)，水位正常情況下是無法到達(dá)船舶中心線高處。這就形成了一個(gè)安全角落，船只要不翻沉，不管怎么傾斜，船舶中心線高處始終有一小部分是干燥的。把焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)該干燥處，由于甲板裝貨緣故，透氣管必定要走舷側(cè)，然而走了舷側(cè)必定破損，既然阻止不了管子破損，那么就該考慮阻水不擴(kuò)散。經(jīng)反復(fù)研究，設(shè)計(jì)出圖7的管路走向，所有穿水密艙壁的管路必須在進(jìn)入其他破損區(qū)域前穿過干燥區(qū)域。

圖7 方案2 典型剖面管路走向示意圖

3.2 載貨甲板區(qū)域下管路布置

需穿艙的管路先拐向船舯干燥區(qū)，再走向舷側(cè) 穿出，管路布置見圖8。

圖8 方案2 管路平面布置圖

3.3 舷側(cè)破損分析

分析結(jié)論：表2為破損進(jìn)水艙室，破損后船舶狀態(tài)如圖9所示。舷側(cè)艙室破損后，因管路穿到船中干燥區(qū)，水無法晃過干燥區(qū)而流入其他艙室。由下頁圖10可以看出，船破損后橫傾角達(dá)到13.9°，且還具有剩余穩(wěn)性，剩余穩(wěn)性范圍14.6°，船舶破損后可以自存。

表2 破損進(jìn)水艙室

圖9 方案2 破損后船舶狀態(tài)

圖10 方案2 破損后船舶穩(wěn)性曲線

4 管路走向布置方案3

4.1 管路走向布置設(shè)計(jì)

上述方案是基于如何設(shè)計(jì)管路走向來避免延伸進(jìn)水，其實(shí)換個(gè)角度思考，發(fā)生延伸進(jìn)水并非只有不利之處，也可以將其引向有利方向。延伸進(jìn)水若能平衡船舶的傾斜，減小橫傾，這將會(huì)大大提高船舶的破損穩(wěn)性。經(jīng)研究，設(shè)計(jì)出圖11的管路走向，所有需穿艙的管路均往相反方向走，即左舷管路往右舷出，右舷管路往左舷出。

圖11 方案3 典型剖面管路走向示意圖

若左舷管路破損，海水則會(huì)通過左舷管路破損口流向右舷，進(jìn)入右舷艙室，從而減小橫傾角度，提高船舶的破損穩(wěn)性。

4.2 載貨甲板區(qū)域下管路布置

管路交叉走向的平面管路布置見圖12。

4.3 舷側(cè)破損分析

分析結(jié)論：表3為破損進(jìn)水艙室，由破損分析圖13和圖14可以看出，船舶破損后，橫傾角度達(dá)到8.3°，具有17°的穩(wěn)性范圍，表示船舶破損后可以自存。

表3 破損進(jìn)水艙室

圖13 方案3 破損后船舶狀態(tài)

圖14 方案3 破損后船舶穩(wěn)性曲線

5 方案選擇及比較

表4所示為三種方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比。該船方案2與方案3均適用，但綜合考慮后最終選擇了方案2的管路走向，從而避免船舶因延伸進(jìn)水而引起的破損穩(wěn)性不足。該方案已得到DNV及CCS的認(rèn)可，現(xiàn)已成功交船并投入使用。

表4 三種方案對(duì)比表

6 結(jié) 語

在船舶設(shè)計(jì)過程中，特別是破損穩(wěn)性緊張的船舶，管路走向是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，本文解析了三種方案，這三種方案基本能夠涵蓋目前特種用途船舶的管路走向。希望本文的研究，能夠?qū)罄m(xù)船舶的設(shè)計(jì)及研發(fā)提供幫助。