40000 t舉力多功能運(yùn)輸塢的研發(fā)設(shè)計(jì)

羅 良，李衛(wèi)華，陸懿東

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海 201203）

0 引 言

隨著現(xiàn)代造船技術(shù)的發(fā)展，為了進(jìn)一步縮短建造周期，提高生產(chǎn)效率，往往選擇在岸上進(jìn)行船體分段建造，待合攏后再將其從岸上平移下水；更有考慮到船廠建造設(shè)備能力的限制，需要將建造中的船舶或海上設(shè)施從A地轉(zhuǎn)移到B地、繼續(xù)建造的情況。針對(duì)新涌現(xiàn)的上述設(shè)施及其分段的下水、上排，以及短途轉(zhuǎn)運(yùn)的需求，常規(guī)的浮船塢已然難以應(yīng)對(duì)。本文以上海船舶研究設(shè)計(jì)院為俄羅斯石油公司旗下的紅星造船廠設(shè)計(jì)的40 000 t舉力多功能運(yùn)輸塢為例，對(duì)其研發(fā)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。結(jié)合船東的實(shí)際使用需求，所設(shè)計(jì)的該運(yùn)輸塢針對(duì)建造中的船舶或海上設(shè)施，能完成從岸上平移下水、從水中移至岸上，以及予以裝載后在指定水域運(yùn)輸?shù)亩囗?xiàng)操作，是適用于船廠修造船作業(yè)的核心裝備。

1 船舶概況

1.1 主尺度

該40 000 t舉力多功能運(yùn)輸塢的主尺度見表1。

表1 40 000 t舉力多功能運(yùn)輸塢的主尺度

1.2 船級(jí)

船體（包括設(shè)備）、輪機(jī)（包括設(shè)備）、電氣及特殊設(shè)備等按俄羅斯船級(jí)社現(xiàn)行的規(guī)范和規(guī)則設(shè)計(jì)、建造，并受其檢驗(yàn)，取得船級(jí)符號(hào)：KE R3 FLOATING DOCK / PONTOON FOR TRANSPORTATION SERVICES。

2 船舶作業(yè)功能和作業(yè)方式

2.1 作業(yè)功能

該運(yùn)輸塢是一艘集船舶和海工設(shè)施下水與轉(zhuǎn)運(yùn)功能于一體的多功能運(yùn)輸塢，其主要功能如下：

1）具有將最長(zhǎng)為300 m、最寬為51 m、最大吃水為5 m、最大重量為40 000 t的新建船舶從岸上縱向滾裝上塢之后在水中出塢的能力；

2）具有將最長(zhǎng)為118 m、最寬為70 m、最大重量為40 000 t的“MOSS”型鉆井平臺(tái)從岸上橫向滾裝上塢之后在水中出塢的能力；

3）具有將在水中進(jìn)塢的被載船從塢內(nèi)滾裝上岸，或在水中出塢的能力；

4）具有載運(yùn)船舶或海工平臺(tái)在指定航區(qū)拖航的能力。

2.2 作業(yè)方式

2.2.1 縱向裝船下水作業(yè)

縱向裝船作業(yè)采用液壓輪式移船臺(tái)車方式，將浮船塢塢尾與碼頭靠泊定位，在塢內(nèi)和碼頭上鋪設(shè)臺(tái)車軌道，運(yùn)輸塢與碼頭之間的軌道通過連接梁連接，采用移船臺(tái)車將下水船舶從岸上滾裝上塢，在裝船過程中運(yùn)輸塢處于漂浮狀態(tài)，通過調(diào)配壓載水使運(yùn)輸塢與碼頭的軌道保持在同一水平線上，之后下水船舶由工裝支撐，以撤離臺(tái)車。隨后將運(yùn)輸塢拖曳至沉塢坑下沉，直至下水船舶漂浮并與運(yùn)輸塢脫離，完成下水作業(yè)。

2.2.2 橫向裝船下水作業(yè)

橫向裝船作業(yè)運(yùn)輸塢舷側(cè)與碼頭靠泊定位，采用ENERPAC 液壓滑移系統(tǒng)，在塢內(nèi)和碼頭上鋪設(shè)滑道，運(yùn)輸塢與碼頭之間的滑道由滑道連接梁連接，采用滑移臺(tái)架將“MOSS”型鉆井平臺(tái)從岸上滑移上塢，在裝船過程中運(yùn)輸塢處于漂浮狀態(tài)，通過調(diào)配壓載水使運(yùn)輸塢與碼頭的滑道保持在同一水平線上，鉆井平臺(tái)上塢之后由擱墩支撐，以撤離臺(tái)架。隨后將運(yùn)輸塢拖曳至沉塢坑下沉，直至鉆井平臺(tái)漂浮并與運(yùn)輸塢脫離，完成下水作業(yè)。

2.2.3 帶載轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)

在1 艘或多艘拖船拖曳下，運(yùn)輸塢裝載船舶產(chǎn)品或海工平臺(tái)在總廠與各分廠之間的指定海域（R3 航區(qū)）拖航轉(zhuǎn)移運(yùn)輸。

3 船型和總布置

該運(yùn)輸塢為集下水工作船、甲板運(yùn)輸駁、半潛駁和浮船塢的功能于一體的多功能運(yùn)輸塢。船舶總布置是與船型研發(fā)有關(guān)的眾多關(guān)鍵技術(shù)的一個(gè)綜合表現(xiàn)，需考慮的因素有很多，是多參數(shù)、多目標(biāo)、多約束的求解和優(yōu)化問題，是一個(gè)逐步近似的過程，通常按螺旋線形式進(jìn)行。例如：

1）實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)貨物的上排下水，要求具有足夠的長(zhǎng)度；

2）實(shí)現(xiàn)超寬貨物的上排下水，要求具有足夠的寬度且浮箱不能連續(xù)；

3）實(shí)現(xiàn)貨物的短途運(yùn)輸，要求具有足夠的干舷；

4）實(shí)現(xiàn)船舶的沉浮功能，要求具有足夠的儲(chǔ)備浮力和下潛深度；

5）實(shí)現(xiàn)縱向40 000 t的裝載，要求具有足夠的甲板縱向強(qiáng)度；

6）實(shí)現(xiàn)橫向40 000 t的裝載，要求具有足夠的甲板橫向強(qiáng)度。

不同于常規(guī)浮船塢具有連續(xù)塢墻，該運(yùn)輸塢并沒有設(shè)置連續(xù)塢墻，而是在浮箱甲板的4 個(gè)角上設(shè)置4 座塔樓，每座塔樓設(shè)有5 層甲板。該設(shè)計(jì)不僅能使運(yùn)輸塢裝載比自身長(zhǎng)度更長(zhǎng)的貨物，而且能使其裝載比自身寬度更寬的貨物，大大提高作業(yè)效率。不同于常規(guī)浮船塢的干舷，該運(yùn)輸塢的干舷需滿足《國(guó)際載重線公約》的要求，其值確定為4 m，使該運(yùn)輸塢具備在指定水域進(jìn)行海上轉(zhuǎn)移運(yùn)輸?shù)哪芰Α?/p>

基于上述要求，綜合考慮各因素對(duì)船型設(shè)計(jì)方案的影響，確定該運(yùn)輸塢主體由1 只整體式浮箱和分布于浮箱甲板4 個(gè)角上的4 座浮力塔樓構(gòu)成，船體為全電焊鋼結(jié)構(gòu)。浮箱內(nèi)設(shè)有1 道水密中縱艙壁、4 道左右對(duì)稱的水密旁縱艙壁和6 道水密橫艙壁。這些水密艙壁將整個(gè)浮箱分割成縱向、橫向?qū)ΨQ布置的40 個(gè)壓載艙和6 個(gè)泵艙。該運(yùn)輸塢的總體布置圖見圖1。

圖1 40 000 t舉力多功能運(yùn)輸塢總體布置圖

4 設(shè)計(jì)理念

在研發(fā)該40 000 t舉力多功能運(yùn)輸塢過程中，始終遵循結(jié)構(gòu)安全、作業(yè)效率高和自動(dòng)化程度高等設(shè)計(jì)理念。

1）在結(jié)構(gòu)安全方面，在規(guī)范設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，采用全船有限元計(jì)算方法確保多種作業(yè)工況和復(fù)雜受力狀態(tài)下的船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。該運(yùn)輸塢不同于常規(guī)浮船塢，除了具有浮船塢的功能以外，還具有下水工作船、甲板運(yùn)輸駁和半潛駁的功能，作業(yè)工況和受力狀態(tài)比較復(fù)雜。因此，在設(shè)計(jì)該運(yùn)輸塢時(shí)，除了考慮常規(guī)浮船塢在沉浮作業(yè)工況下的結(jié)構(gòu)安全以外，還要考慮船體結(jié)構(gòu)在載貨航行工況、縱向軌道進(jìn)駁工況和橫向滑道進(jìn)駁工況下的強(qiáng)度。此外，結(jié)構(gòu)安全還體現(xiàn)在該運(yùn)輸塢的橫向下水能力方面。常規(guī)下水工作船的橫向下水能力通常低于其縱向下水能力，該運(yùn)輸塢在控制船體結(jié)構(gòu)重量的基礎(chǔ)上，在確保結(jié)構(gòu)安全的前提下，實(shí)現(xiàn)了橫向下水能力與縱向下水能力相同，大大增強(qiáng)了自身的作業(yè)能力。此外，該運(yùn)輸塢配置有2 套不同型式的撓度測(cè)量系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)船體結(jié)構(gòu)在作業(yè)時(shí)的縱向和橫向變形撓度狀態(tài)；同時(shí)，設(shè)定最大撓度報(bào)警，防止裝載過程中因船體變形過大而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)應(yīng)力超出設(shè)計(jì)范圍。

2）在作業(yè)效率方面，提出變截面箱型梁形式的過橋連接梁，兩端支承設(shè)計(jì)成搭接鉸支形式，既能滿足連接梁的強(qiáng)度和剛度要求，又能使其外形尺寸較好地適應(yīng)可能出現(xiàn)的浮態(tài)變化和運(yùn)動(dòng)位移，通過有限元計(jì)算對(duì)運(yùn)輸塢作業(yè)過程中連接梁結(jié)構(gòu)的最大撓度位移進(jìn)行校核，保證移船小車安全行走和作業(yè)，提高作業(yè)效率。此外，在浮箱甲板的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)上，該運(yùn)輸塢采用非常規(guī)的船體結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)縱向進(jìn)駁時(shí)可在浮箱甲板縱向位置上任意布墩和橫向進(jìn)駁時(shí)可在浮箱甲板任意位置擺放滑道的功能，大大提升產(chǎn)品的作業(yè)能力和適應(yīng)能力。

3）壓載系統(tǒng)是針對(duì)該運(yùn)輸塢作業(yè)情況和功能要求專門開發(fā)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵核心系統(tǒng)，所有壓載艙被劃分成14 個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域由2 ～3 個(gè)壓載艙組成。通過壓載水加載排放和強(qiáng)大的調(diào)撥功能，既能滿足沉浮作業(yè)要求，又能滿足橫向移船和縱向移船作業(yè)的配載要求。壓載系統(tǒng)中配置有14 臺(tái)單級(jí)雙吸離心泵并采用變頻控制，每個(gè)壓載泵進(jìn)出口都設(shè)置有流量計(jì)，可根據(jù)流量計(jì)的信號(hào)反饋對(duì)壓載泵進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，結(jié)合裝載計(jì)算機(jī)預(yù)配載功能，實(shí)現(xiàn)該運(yùn)輸塢在沉浮作業(yè)狀態(tài)下的自動(dòng)配載功能，大大提高其自動(dòng)化程度。

5 結(jié) 語

運(yùn)輸塢的設(shè)計(jì)基于常規(guī)浮船塢的尺度特點(diǎn)展開，根據(jù)作業(yè)功能和作業(yè)方式對(duì)船型和總布量進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。在充分考慮結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上，采用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，通過調(diào)整滑道的間距、數(shù)量和位置，實(shí)現(xiàn)了與滑道軸線垂直方向上任意移動(dòng)以及在浮箱甲板縱向位置上任意布墩的功能，大幅提高了作業(yè)效率，將多種作業(yè)功能集成于一艘船上。目前，該運(yùn)輸塢已成功交付使用，各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)異，有望大幅提高紅星造船廠的海洋工程設(shè)施建造能力。