對玻璃鋼船艇相關(guān)裝置設(shè)計特殊性的考慮

(中國艦船研究設(shè)計中心，武漢 430064)

文中所指玻璃鋼船艇為玻璃纖維增強材料和不飽和聚酯樹脂以手工成型或噴射成型工藝制造的FRP船。玻璃鋼船艇的船體結(jié)構(gòu)材料為非金屬材料，與鋼質(zhì)、鋁合金及鋼鋁混合等金屬船舶存在很大不同，因而其船舶總體、結(jié)構(gòu)、裝置、動力、系統(tǒng)及電氣等各專業(yè)設(shè)計都有著其自身的特殊性。目前國內(nèi)涉及玻璃鋼船的設(shè)計建造的規(guī)范內(nèi)容并不多，只是在《游艇建造規(guī)范》[1]、《海上高速船入級建造規(guī)范》[2]、《沿海小船規(guī)范》、《玻璃纖維增強塑料漁業(yè)船舶建造與修理規(guī)范》等規(guī)范或意見稿中有相關(guān)內(nèi)容，多指船體結(jié)構(gòu)、材料方面，只有少量有關(guān)于船舶裝置設(shè)計方面的內(nèi)容。目前玻璃鋼船艇因設(shè)計安裝不當(dāng)而造成的船舶裝置工作狀態(tài)不佳、受力不均、基座結(jié)構(gòu)易損等情況仍有發(fā)生。

1 錨裝置

所述實船是一艘設(shè)有全通甲板，前傾艏柱，方艉、雙機、雙槳、雙舵玻璃鋼高速船。該船總長30 m，型寬5.7 m，型深2.9 m，設(shè)計航速20 kn，滿載排水量95 t，航區(qū)為沿海航區(qū)。首部設(shè)1臺錨絞車，采用大抓力艏錨和組合錨索(鋼索與錨卸扣中間連接有一段錨鏈)。設(shè)計所依據(jù)的規(guī)范為《海上高速船入級建造規(guī)范》(2005) 和《船舶與海上設(shè)施法定檢驗規(guī)則》(2004)。

錨設(shè)備通常有錨機或起錨絞車、錨鏈或錨繩、導(dǎo)鏈滾輪或?qū)Ю|滾輪、掣鏈鉤、掣鋼索器、錨托架等[3]。錨設(shè)備選型需根據(jù)相應(yīng)規(guī)范計算舾裝數(shù)，查表得出錨重、錨的數(shù)量和錨鏈型號等的要求。一般玻璃鋼船多選擇設(shè)置1只艏錨，在船頭設(shè)置錨托架存放錨。玻璃鋼船特別是玻璃鋼游艇，多選擇布置進口小型錨機，因其外觀尺寸小，重量輕，基座加強容易，且為不銹鋼外殼，美觀耐腐蝕，相應(yīng)錨鏈可為不銹鋼制，耐腐蝕但價格高。此外還可以設(shè)置起錨絞車和錨索(纖維索和鋼索)組合，這樣無須設(shè)置錨鏈艙，艏尖艙可做他用。若錨重較大可在艏柱位置設(shè)有帶夾緊翻轉(zhuǎn)裝置的錨托架，也可根據(jù)規(guī)范改設(shè)兩只錨來降低單只錨的重量；若錨重較輕可在艏部設(shè)置帶導(dǎo)纜滾輪的簡易錨托架，用臥式小錨機起錨。為防止收錨時錨爪碰壞玻璃鋼船體，可以對錨托架伸出長度進行調(diào)整，必要時在錨托架安裝處設(shè)置“劍魚嘴”式突出結(jié)構(gòu)支承錨托架。

玻璃鋼船艇很少采用錨鏈筒方式收存錨，但并非不可行，因錨鏈筒為受力鋼質(zhì)件，安裝在艏柱附近，與船體間的固定安裝較難，且其在船體兩端出口處分別裝有上下錨唇，尤其是伸出船外的下錨唇與船體不易固定安裝。為防止收錨時錨爪碰壞玻璃鋼船體，下錨唇附近的船體外板應(yīng)包覆不銹鋼板防碰。目前有的船廠在私人游艇上試用特制大抓力艏錨，其錨爪像牛角般向上彎折，以避免與船體碰撞。

以實船為例，艏部設(shè)置一只大抓力艏錨，在艏甲板上布置起錨絞車，采用鋼索(為防腐可考慮使用不銹鋼)，其中鋼索一端為一段鑄鋼錨鏈，艏柱附近設(shè)置錨托架，在錨絞車與錨托架之間的首甲板上布置有掣鋼索器(有助于長時間拋錨時減少錨絞車所受拉力)和掣鏈鉤(收錨后卡住錨鏈)，見圖1。

圖1 某實船艏部錨裝置示意圖

錨絞車、錨托架和掣鋼索器等都是在收、拋錨的過程中承受動載荷，而只有掣鏈鉤是在收錨后使用而承受的僅為靜載荷，這些受力件在甲板上的固定安裝均采用螺栓聯(lián)接，需在甲板上做好木板預(yù)埋，因此受力構(gòu)件的設(shè)計定位需盡量準(zhǔn)確。安裝所需的預(yù)埋木板尺寸可稍稍做大，其上螺栓聯(lián)接固定的鋼制墊板尺寸也可做大，這樣設(shè)備在拉錨調(diào)試安裝時可采用點焊將其基座固定在墊板上，若設(shè)計定位稍有誤差，則可沿甲板中線將基座在墊板上稍作移動，拉線測試定位準(zhǔn)確后需將基座與墊板固定焊牢。

2 舵裝置

由于玻璃鋼船船型通常偏小，根據(jù)設(shè)計需要選型的舵機負載較小，因舵機艙空間一般較狹窄，舵機機械設(shè)備如推舵油缸、油泵機組、舵柄、應(yīng)急操舵裝置等應(yīng)盡量控制尺寸重量，以便于艙內(nèi)布置及留下適當(dāng)維修走道和電氣控制設(shè)備布置的空間。舵裝置設(shè)備布置所占空間的大小不僅與各設(shè)備本身的大小尺寸有關(guān)系，而且與舵柄的設(shè)計形狀有關(guān)。本船將舵柄設(shè)計為兩個扇形柄成夾角90°的直角舵柄，相對于通常使用的兩個半長圓形柄或兩個扇形柄成對稱布置設(shè)計的舵柄節(jié)省空間，此外通常在舵機艙對稱布置設(shè)計的兩個油泵機組此次也合并設(shè)計為一個動力柜，置放于船底中線上。

由于舵桿與舵葉共同承受推舵機構(gòu)施加的工作轉(zhuǎn)矩和水動力外加力矩，所以為保證舵的正常工作，舵桿的上下支承舵承及推舵機構(gòu)基座在結(jié)構(gòu)上的固定安裝就顯得尤為重要。玻璃鋼船上舵裝置的安裝固定與鋼船差異較大，主要區(qū)別表現(xiàn)在設(shè)備基座的安裝固定和舵承的設(shè)計選型以及舵桿、舵葉和舵承的材質(zhì)上。

1) 為防止海水腐蝕船底附體，一般用玻璃鋼層層包覆，因為舵桿的下舵承下端面附近無法完全用玻璃鋼包覆，因而其防腐顯得格外重要，通常舵承多選擇銅質(zhì)或不銹鋼質(zhì)以增強抗腐蝕能力。而舵桿舵葉也通常采用不銹鋼等耐腐蝕材料，有的船甚至采用玻璃鋼做舵葉外板[4]。

2) 鋼質(zhì)船下舵承與船體間的固定通常用鋼質(zhì)加強筋板與船體結(jié)構(gòu)焊接在一起，而玻璃鋼船上的下舵承固定只能采用螺栓聯(lián)接，一般做法是如果下舵承是鋼質(zhì)，可焊接安裝法蘭圓環(huán)，也可整體鑄造帶安裝法蘭邊的下舵承；但若下舵承是銅質(zhì)，一般可采用直接整體鑄造的方法，因為只有少數(shù)玻璃鋼船廠能實施銅焊工藝技術(shù)。

3) 上下舵承、推舵油缸、油泵機組、應(yīng)急操舵裝置等都需要基座或支架支承，這在鋼質(zhì)船舶上實現(xiàn)不是難事，對于鋼質(zhì)船舶或鋁合金船，舵裝置中的上下舵承及推舵油缸等的固定基座或支架均須與船底結(jié)構(gòu)強構(gòu)件焊牢，有的甚至直接以船體結(jié)構(gòu)構(gòu)架作為安裝基座。但在玻璃鋼船上實現(xiàn)卻比較復(fù)雜?；蛑Ъ馨惭b加強的方法有多種，圖2、3為該船裝置設(shè)備基座安裝示意圖。

圖2 設(shè)備基座典型固定安裝示意圖

圖3 下舵承固定安裝示意圖

3 拖曳系泊裝置

由于玻璃鋼船艇一般船型偏小，其拖曳系泊裝置如系纜絞盤、帶纜樁、導(dǎo)纜鉗和導(dǎo)纜孔等，配置種類數(shù)量較少，設(shè)備外形尺寸也較小。玻璃鋼船艇的拖曳系泊裝置外殼通常為不銹鋼材質(zhì)，由于國內(nèi)外游艇大多數(shù)是玻璃鋼船，所以艙面屬具多選游艇專用形式，與鋼船所用屬具差別較大，外型相對較美觀。玻璃鋼船上防碰裝置多采用造型美觀的充氣碰球而不采用防碰輪胎。鋼質(zhì)船舶可采用鋼質(zhì)護舷和橡膠護舷，而玻璃鋼船，一般沿舷側(cè)布置橡膠、聚氨酯或泡沫護舷。拖曳系泊裝置與船體間的固定仍采用螺栓聯(lián)接，與護舷聯(lián)接固定處的結(jié)構(gòu)需要配合制成平整的凸臺安裝面。本船的防碰設(shè)計采用沿干舷布置聚氨酯防碰護舷和在若干適當(dāng)位置布置進口白色碰球的組合方式。

4 桅桿

玻璃鋼船上可以采用的桅桿多種多樣，從形狀分可采用柱狀、桁架和飛橋等多種造型；從材質(zhì)可選擇鋼質(zhì)、鋁質(zhì)和玻璃鋼等多種材料，目前較多采用柱狀玻璃鋼桅桿。其設(shè)計關(guān)鍵在于其支承觀導(dǎo)設(shè)備的架臂與桅桿本體之間的聯(lián)接，需要設(shè)置強構(gòu)件如木芯、蜂窩夾芯材等加強加固，見圖4、5。

圖4 桅桿體內(nèi)部結(jié)構(gòu)加強示意圖

圖5 架臂結(jié)構(gòu)處加強示意圖

5 門窗蓋梯等舾裝件

門窗蓋等舾裝件的結(jié)構(gòu)開孔一般需設(shè)計定位準(zhǔn)確，因其施工修改困難且修改后痕跡明顯，影響船體美觀。而金屬門窗蓋與玻璃鋼船體固定聯(lián)接也必須在船體結(jié)構(gòu)上設(shè)計一個安裝平臺，這需要在玻璃鋼船體模具制作的過程中預(yù)埋并成型。

門的材質(zhì)和種類很多，但由于玻璃鋼的承載能力有限，玻璃鋼船上的門很少選擇鋼質(zhì)門，即使是水密門也多是用鋁質(zhì)水密門，因為玻璃鋼門檻一般采用硬木加強結(jié)構(gòu)，有的船廠也試用預(yù)埋鋼材加強，但是鋼材與玻璃鋼連接邊緣處容易出現(xiàn)開裂。若選用鋼質(zhì)水密門，重量較重，則實際施工時門檻結(jié)構(gòu)加強會較難處理。門窗蓋梯蓋等舾裝件與船體間的固定加強大多采用螺栓聯(lián)接方式，但窗與結(jié)構(gòu)的聯(lián)接方法有多種，可選擇有鋁合金或不銹鋼等金屬窗框的窗戶用螺栓連接方式與船體固定，也可以采用玻璃粘接這種新工藝，采用結(jié)構(gòu)粘膠將玻璃直接和船體構(gòu)架粘接。目前國內(nèi)外游艇多采用玻璃粘接方式，因其邊框小，玻璃窗視野大，造型美觀，且易安裝，特別適合大面積曲面玻璃窗的設(shè)計安裝，但要注意的是結(jié)構(gòu)膠的選擇和粘接接頭形式的設(shè)計，應(yīng)保證應(yīng)有的強度和水密性。蓋子的圍欄板高度根據(jù)不同設(shè)計規(guī)范有所不同，但是玻璃鋼船圍欄板高度一般較小，通常設(shè)計為50 mm以下，因為玻璃鋼圍欄板高度越高，其剛性越差，頂邊易變形。梯子設(shè)計方案多種多樣，可以做成金屬直/斜梯或木質(zhì)梯，或鋼木混合樓梯，也可以直接做成玻璃鋼斜梯通道，還可以設(shè)計成旋轉(zhuǎn)樓梯或?qū)D(zhuǎn)樓梯或普通斜、直梯。在滿足使用要求和結(jié)構(gòu)強度的前提下，配合艙室布置的情況梯子可以設(shè)計成各種造型，使用各種材質(zhì)，尤其是對于游艇，梯子本身造型可以起到裝飾的藝術(shù)效果，給船艙艙室布置設(shè)計增添個性。

6 結(jié)束語

由于船體材料與鋼船不同，玻璃鋼船艇上的船舶裝置安裝有著自身特點，需要根據(jù)裝置設(shè)備本身的特點，因地制宜地采用合適的固定安裝方式，以保證設(shè)備安裝的可靠性和安全性。

[1] 中國船級社.游艇建造規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2008.

[2] 中國船級社.海上高速船入級建造規(guī)范(2005)[S].北京：人民交通出版社，2005.

[3] 中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計實用手冊：舾裝分冊[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2002.

[4] 肖 紅.關(guān)于玻璃鋼高速巡邏船使用的思考[J]. 珠江水運，2006(7)：50.