19．9 m推船設(shè)計(jì)

李云蕓，陳 鋒

(1．江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司，江蘇鎮(zhèn)江212003;2．江蘇大津重工有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江212221)

0 引言

19．9 m推船主要用于斐濟(jì)沿海采礦區(qū)頂推或拖帶裝載礦砂的駁船，組成推駁或拖駁船隊(duì)，使礦砂駁在采礦區(qū)與卸載碼頭之間來(lái)回運(yùn)輸。該船船體為鋼質(zhì)、單底、單甲板、橫骨架式結(jié)構(gòu)，采用雙柴油機(jī)、雙支點(diǎn)舵、固定導(dǎo)管螺旋槳推進(jìn)方式?；诒敬叨刃　⒆鳂I(yè)設(shè)備多，設(shè)計(jì)時(shí)需綜合考慮設(shè)備布置位置以及線型與被頂推船結(jié)構(gòu)配合情況，并合理布置油水艙位置，確保船舶滿載和空載時(shí)均處于適當(dāng)?shù)钠胶鉅顟B(tài)。由于該船主甲板結(jié)構(gòu)負(fù)荷大、受力復(fù)雜，因而針對(duì)不同作業(yè)工況，必須建立有限元幾何模型進(jìn)行強(qiáng)度直接計(jì)算，以確保結(jié)構(gòu)安全可靠。

19．9 m船入法國(guó)BV船級(jí)社船級(jí)，懸掛斐濟(jì)國(guó)旗，設(shè)計(jì)中既要滿足BV船級(jí)社要求，又要滿足斐濟(jì)船舶檢驗(yàn)局相關(guān)規(guī)定，兩者的規(guī)定和要求許多方面不完全相同。對(duì)總體設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，除了具備豐富的船舶設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以外，還需要熟悉所有相關(guān)規(guī)范，才能避免后續(xù)詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)過(guò)多的調(diào)整和改動(dòng)。

1 主要參數(shù)

總長(zhǎng) 19．90 m

型寬 8．00 m

型深 3．45 m

設(shè)計(jì)吃水 2．50 m

燃油艙容 ～75 m3

自由航速 10 kn

系柱拖力 200 kN

船級(jí)符號(hào)

BV I?HULL?MACH，TUG，COSTAL AREA

2 總體布置和線型特點(diǎn)

2．1 總體布置

19．9 m推船采用單底、單甲板，主甲板上方設(shè)有兩層甲板室。

(1)主甲板以下船體由3道水密橫艙壁分隔為艏尖艙/艏?jí)狠d艙區(qū)、艏部油水(儲(chǔ)物)區(qū)、中部機(jī)艙區(qū)和艉舵機(jī)艙區(qū)4個(gè)區(qū)域。按斐濟(jì)船舶檢驗(yàn)局相關(guān)規(guī)定，所有燃油艙與淡水或壓載水艙間均應(yīng)設(shè)置隔離空艙，以避免壓載水受油污染。

(2)主甲板艉部為作業(yè)區(qū)域，布置有拖纜絞車、拖鉤、艉拖樁、邊絞車等設(shè)施。中部為第1層甲板室，布置有機(jī)艙通風(fēng)及排氣通道、甲板儲(chǔ)存間、下機(jī)艙梯道、衛(wèi)生間、廚房、餐廳等艙室。首部為錨泊及頂推作業(yè)區(qū)域，有艏拖樁、錨機(jī)、艏工作絞車、頂推架等設(shè)施。第2層甲板室為四周視野開(kāi)闊的駕駛室，便于各種航行和作業(yè)工況時(shí)觀察。

2．2 線型特點(diǎn)

該船線型設(shè)計(jì)以簡(jiǎn)潔、方便施工為原則，舭部線型采用雙折角線型，使橫剖面船底和舷側(cè)均為直線以簡(jiǎn)化工藝、方便施工。主甲板從船中到艉部為平直無(wú)舷弧，艏部主甲板采用寬平船艏、縱向平直斜升高形式，便于在船艏設(shè)置頂推架頂推駁船。船底線型在艉部導(dǎo)管位置采用淺隧道，并將部分導(dǎo)管插入船體內(nèi)以避免因船舶空載時(shí)底部抬升過(guò)高致使船艉露出水面。線型設(shè)計(jì)時(shí)還需根據(jù)船舶的重心和油水布置情況調(diào)整浮心縱向位置，確保船舶滿載時(shí)處于正浮狀態(tài)，空載時(shí)保持適當(dāng)艉傾以加大螺旋槳吃水深度，提高推進(jìn)效率。

3 頂推和拖曳設(shè)備配置

對(duì)推拖船來(lái)說(shuō)，配置適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)設(shè)備是船舶能夠?qū)崿F(xiàn)其使用功能的重要因素。本船以頂推作業(yè)為主，兼顧艉部拖帶和艏部倒拖作業(yè)。

(1)船中主甲板Fr13位置設(shè)1臺(tái)SWL 200 kN拖鉤、拖樁，F(xiàn)r2設(shè)1只SWL 200 kN啟閉式拖纜孔，且在Fr15位置設(shè)1臺(tái)80 kN工作絞車，用于該船艉部拖帶作業(yè)使用。工作絞車的參數(shù)為:

載荷@速度 80 kN@6 m/min

繩徑@容繩量 24 mm@250 m

制動(dòng)力 240 kN

(2)船艏主甲板Fr35位置設(shè)1只SWL 120 kN雙系柱拖樁，用于該船艏部倒拖作業(yè)使用。

(3)船艏兩舷平臺(tái)甲板上分別設(shè)置1臺(tái)100 kN的艏工作絞車，用于頂推作業(yè)時(shí)推船與駁船之間的系結(jié)。艏工作絞車的參數(shù)為:

載荷@速度 100 kN@6 m/min

繩徑@容繩量 18 mm@20 m

制動(dòng)力 200 kN

(4)被頂推駁船的長(zhǎng)×寬×深×吃水為54 m×18 m×4 m×2．5 m。本船在主甲板Fr13兩舷位置各設(shè)置1臺(tái)150 kN的邊工作絞車，纜繩從該絞車向后引出，通過(guò)Fr5處導(dǎo)向滾輪轉(zhuǎn)向后與被頂推駁船兩舷拖力眼板系結(jié)。當(dāng)船隊(duì)需要調(diào)整航向時(shí)，通過(guò)該2臺(tái)絞車和艏部平臺(tái)上的工作絞車分別收緊和放松纜繩，與船舶自身的舵系統(tǒng)配合使船隊(duì)前進(jìn)方向產(chǎn)生偏移。邊工作絞車的參數(shù)為:

載荷@速度 150 kN@6 m/min

繩徑@容繩量 24 mm@50 m

制動(dòng)力 250 kN

(5)船艏設(shè)置間距4 m，高度4．9 m的頂推架，以便在駁船滿載和空載時(shí)均能進(jìn)行頂推作業(yè)。

19．9 m推船頂推和拖曳設(shè)備的布置見(jiàn)圖1。

圖1 頂推和拖曳設(shè)備的布置

4 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

常規(guī)推拖船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均參照相應(yīng)的規(guī)范要求進(jìn)行。由于船舶尺度小，艉部的甲板作業(yè)機(jī)械均布置于機(jī)艙上方Fr11至Fr15間主甲板上，且主甲板在Fr13至Fr18間尚有2個(gè)2 500 mm×1 650 mm的大艙口，致使該船甲板空間受限。拖樁和拖纜絞車位于兩艙口蓋中間位置，2臺(tái)150 kN的工作絞車則布置于艙蓋角隅位置，所以對(duì)該部分的甲板結(jié)構(gòu)需要特別加強(qiáng)。

由于甲板下方為機(jī)艙，因此甲板結(jié)構(gòu)加強(qiáng)需與機(jī)艙布置統(tǒng)一考慮，以避開(kāi)機(jī)艙設(shè)備的位置。實(shí)船在Fr13拖樁位置和距中2．4 m角隅處以及Fr16距中450 mm甲板下共設(shè)置了8根支柱作局部加強(qiáng)。同時(shí)，考慮到作業(yè)時(shí)該部位甲板結(jié)構(gòu)負(fù)荷大、受力復(fù)雜，按拖鉤和拖纜絞車以及邊絞車分別作業(yè)時(shí)的受力情況，對(duì)甲板結(jié)構(gòu)建立有限元幾何模型并進(jìn)行強(qiáng)度直接計(jì)算，以確保結(jié)構(gòu)安全可靠。有限元艙段模型如圖2、圖3所示，各構(gòu)件許用應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1～表3。

圖2 拖樁、拖纜絞車底座位置有限元局部艙段模型

圖3 邊絞車底座位置有限元局部艙段模型

表1 拖鉤工作時(shí)各構(gòu)件許用應(yīng)力及其計(jì)算結(jié)果 MPa

表2 拖纜絞車工作時(shí)各構(gòu)件許用應(yīng)力及其計(jì)算結(jié)果 MPa

本船作業(yè)工況多，按照法國(guó)船級(jí)社審圖意見(jiàn)，實(shí)船對(duì)艏拖樁、艏工作絞車平臺(tái)和底座均建立了有限元幾何模型并進(jìn)行了強(qiáng)度直接計(jì)算。實(shí)際計(jì)算結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均滿足要求。

表3 邊絞車工作時(shí)各構(gòu)件許用應(yīng)力及其計(jì)算結(jié)果 MPa

5 結(jié)語(yǔ)

與常規(guī)沿海推拖船相比，本推船尺度小，油水艙多，作業(yè)工況和甲板上作業(yè)設(shè)備多，總體設(shè)計(jì)時(shí)需重點(diǎn)考慮以下方面:

(1)合理布置設(shè)備的位置，必要時(shí)需與甲板結(jié)構(gòu)加強(qiáng)同時(shí)考慮。

(2)合理布置油水艙位置，確保船舶滿載和空載時(shí)均處于適當(dāng)?shù)钠胶鉅顟B(tài)。

(3)艏部線型須與被頂推駁船艉部結(jié)構(gòu)配合，以便實(shí)現(xiàn)有效的頂推作業(yè)。

(4)除了對(duì)絞車、拖樁等拖曳設(shè)備下甲板結(jié)構(gòu)特別加強(qiáng)以外，對(duì)導(dǎo)向滾輪、拖纜孔、頂推架等受力較大的設(shè)備盡可能布置在艙壁或強(qiáng)構(gòu)件位置，并對(duì)該部位甲板結(jié)構(gòu)進(jìn)行加大、加強(qiáng)處理。

(5)本船入法國(guó)BV船級(jí)社船級(jí)，懸掛斐濟(jì)國(guó)旗。設(shè)計(jì)中既要滿足BV船級(jí)社要求，又要滿足斐濟(jì)船舶檢驗(yàn)局相關(guān)規(guī)定。BV船級(jí)社規(guī)范和斐濟(jì)船舶檢驗(yàn)局規(guī)定在許多方面不完全相同，例如:航區(qū)界定、防污染措施、消防救生設(shè)備要求、某些構(gòu)件強(qiáng)度要求等，通常的做法是采用“拔高”原則，即取兩者要求的上限，在不能滿足的情況下，還需要與相關(guān)部門溝通，豁免部分要求。

［1］ 李云蕓．營(yíng)口港3 530 kW全回轉(zhuǎn)拖船的設(shè)計(jì)［J］．江蘇船舶，2002，19(3):1-3．