淺談大型船舶傾斜試驗(yàn)的控制要點(diǎn)

班業(yè)平

( 上海外高橋造船有限公司 上海201204 )

淺談大型船舶傾斜試驗(yàn)的控制要點(diǎn)

班業(yè)平

( 上海外高橋造船有限公司 上海201204 )

船舶傾斜試驗(yàn)既關(guān)系到最終是否滿足合同約定的船舶載重量指標(biāo)，也直接影響船舶的安全，是船舶設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文中主要介紹了船舶傾斜試驗(yàn)的正常程序，以及大型船舶為獲得有效傾斜試驗(yàn)結(jié)果的程序和控制要點(diǎn)，并對(duì)某些產(chǎn)生較大偏離的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行仔細(xì)分析，以使傾斜試驗(yàn)過(guò)程合理且結(jié)果準(zhǔn)確。

傾斜試驗(yàn)；穩(wěn)性；偏差分析；控制要點(diǎn)

引 言

船舶設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)者將根據(jù)具體情況預(yù)估船舶的質(zhì)量及質(zhì)心位置，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算出船舶的載重量，核算船舶的穩(wěn)性。當(dāng)船舶建造完工后，必須通過(guò)傾斜試驗(yàn)來(lái)確定實(shí)船的空船質(zhì)量和質(zhì)心位置等穩(wěn)性要素，以便使船長(zhǎng)能在船舶各種營(yíng)運(yùn)狀態(tài)下快捷獲得船舶有關(guān)穩(wěn)性的數(shù)據(jù)，確保船舶使用時(shí)的穩(wěn)性安全［1］。

本文以某好望角型系列散貨船的傾斜試驗(yàn)及空船質(zhì)量的測(cè)定為例，闡述了大型船舶的傾斜試驗(yàn)及空船質(zhì)量的測(cè)定與控制。

1 船舶傾斜試驗(yàn)的一般要求

船舶的傾斜試驗(yàn)應(yīng)滿足的條件、要求和對(duì)其結(jié)果的評(píng)定應(yīng)符合IMO和船級(jí)社的要求及船旗國(guó)政府主管機(jī)關(guān)的要求。一般來(lái)說(shuō)，傾斜試驗(yàn)應(yīng)依據(jù)下述條件和步驟進(jìn)行：

1.1 氣候條件和試驗(yàn)環(huán)境

試驗(yàn)應(yīng)在一個(gè)較好的天氣情況下進(jìn)行，以確保在試驗(yàn)過(guò)程中，船舶能始終保持自由浮動(dòng)的狀態(tài)。如果遇大雨、大風(fēng)天氣，試驗(yàn)應(yīng)延期或中止。

1.2 試驗(yàn)前的組織和準(zhǔn)備

船舶應(yīng)在接近完工狀態(tài)和航行試驗(yàn)前進(jìn)行傾斜試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)為空船狀態(tài)，清除不屬于船上的工具和物件。如實(shí)在難以達(dá)到空船狀態(tài), 可允許不超過(guò)空船排水量1%的質(zhì)量。不過(guò)，試驗(yàn)所需的移動(dòng)物件質(zhì)量及必要的壓載可不受上述多余質(zhì)量的限制。

所有機(jī)械、鍋爐、管路及系統(tǒng)內(nèi)的水和油應(yīng)處于工作狀態(tài), 并關(guān)好與本試驗(yàn)無(wú)關(guān)的所有閥門(mén)（通海閥也應(yīng)關(guān)閉）。

為保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，所有的水艙及油艙應(yīng)抽空并清除殘液，以盡量減少自由液面的影響。對(duì)試驗(yàn)需用的壓載水艙及允許存在的少數(shù)油艙（油柜）應(yīng)灌滿，并采取必要措施消除空間檔的氣泡。如難以灌滿，則應(yīng)進(jìn)行自由液面修正［2］。

1.3 傾斜試驗(yàn)的進(jìn)行

（1）乘坐小艇進(jìn)行船艏、船舯、船艉兩舷的水尺讀數(shù), 以準(zhǔn)確計(jì)算試驗(yàn)時(shí)船舶的排水量。測(cè)量出的水尺標(biāo)志處吃水應(yīng)修正到艏艉垂線處的吃水, 同時(shí)應(yīng)測(cè)定試驗(yàn)水域的水密度。

（2）觀察測(cè)量風(fēng)向、風(fēng)速、流速和周圍水面的情況，并確認(rèn)符合試驗(yàn)環(huán)境條件及系泊狀態(tài)。

（3）應(yīng)保證船舶在試驗(yàn)過(guò)程中處于自由浮動(dòng)狀態(tài)，不致觸及任何障礙物。

（4）試驗(yàn)的同時(shí)應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)誤差檢查，以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1.4 計(jì)算傾斜試驗(yàn)的結(jié)果

（1）根據(jù)試驗(yàn)時(shí)測(cè)量得到的標(biāo)尺吃水計(jì)算出船艏、船舯、船艉的型吃水。

（2）計(jì)算試驗(yàn)物質(zhì)量每次移動(dòng)時(shí)的橫傾力矩。

（3）按平均法或最小二乘法求出試驗(yàn)狀態(tài)的初穩(wěn)性高GM。

（4）計(jì)算傾斜試驗(yàn)狀態(tài)下的排水量和船舶質(zhì)心垂向坐標(biāo)和縱向坐標(biāo)。

（5）計(jì)算船舶的多余和不足的質(zhì)量和需要重新定位質(zhì)量的質(zhì)心。

（6）計(jì)算空船排水量和質(zhì)心坐標(biāo)。

2 大型船舶傾斜試驗(yàn)控制要點(diǎn)

中、小型船舶由于空船質(zhì)量較輕，所需移動(dòng)壓載較小并采用固體質(zhì)量，因而試驗(yàn)狀態(tài)較易控制。但對(duì)于大型船舶而言，所需移動(dòng)壓載大并采用液體，故影響試驗(yàn)結(jié)果的因素較多。以某好望角型散貨船（以下簡(jiǎn)稱本船）為例，傾斜試驗(yàn)狀態(tài)下的每厘米吃水排水量達(dá)100 t以上、排水量近50 000 t，移動(dòng)質(zhì)量3 000 t以上，試驗(yàn)狀態(tài)不易控制，因此，對(duì)大型船舶的傾斜試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)給予足夠重視，并重點(diǎn)對(duì)一些關(guān)鍵處進(jìn)行必要的控制，以期獲得較理想的結(jié)果。

2.1 嚴(yán)格的氣候條件和試驗(yàn)環(huán)境

惡劣的氣候條件和試驗(yàn)環(huán)境將影響傾斜試驗(yàn)的結(jié)果，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)失真。例如：過(guò)大的風(fēng)力將造成船舶橫傾角的過(guò)大或過(guò)小，從而導(dǎo)致船舶碰到其他物體；另外，纜繩沒(méi)有放松也將造成船舶橫傾角偏小。因此，良好的氣候條件和試驗(yàn)環(huán)境是確保試驗(yàn)獲得理想結(jié)果的前提。

2.2 準(zhǔn)確測(cè)量；精準(zhǔn)讀數(shù)

應(yīng)準(zhǔn)確讀取船艏、船舯和船艉兩舷的水尺讀數(shù),以及試驗(yàn)水域水的密度，以便準(zhǔn)確計(jì)算試驗(yàn)時(shí)船舶的排水量。

本船每厘米吃水排水量超過(guò)100 t，因此水尺讀數(shù)的誤差對(duì)船舶的排水量影響較大。按傾斜試驗(yàn)所要求的條件，理想的試驗(yàn)場(chǎng)所應(yīng)是在船塢內(nèi)，以最大限度地減少風(fēng)浪流等環(huán)境因素給試驗(yàn)可能帶來(lái)的影響。但事實(shí)上，由于目前船塢非常緊張，不允許傾斜試驗(yàn)在船塢內(nèi)進(jìn)行，多數(shù)只是在船廠碼頭邊進(jìn)行，因此，吃水的準(zhǔn)確讀取難免受到影響。僅憑借肉眼在起伏的波浪中讀數(shù)，其準(zhǔn)確性可想而知。解決這一問(wèn)題的方法，可采用帶刻度的玻璃軟管靠近水尺標(biāo)志處連續(xù)多次讀數(shù)，取其平均值，以消除波浪對(duì)讀數(shù)的影響。測(cè)量試驗(yàn)水域的水密度時(shí)，應(yīng)選取船艏、船舯和船艉區(qū)域足夠深度的水取樣測(cè)定，取其平均值，確保所測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。

2.3 試驗(yàn)初始狀態(tài)的調(diào)整和移動(dòng)壓載的選取

對(duì)試驗(yàn)初始狀態(tài)的調(diào)整。所有的水艙及油艙應(yīng)抽空，并清除殘液，以盡量減少自由液面的影響［2］。水艙及油艙以外的船體空間（包括空艙）如有積存的水或油，不僅要予以清除，對(duì)大型船舶，還應(yīng)使試驗(yàn)狀態(tài)可控，盡量減小船舶的中拱或中垂，即在調(diào)整船舶試驗(yàn)浮態(tài)時(shí)，盡量使用均勻間隔壓載，避免在艏艉或船舯區(qū)域集中壓載；此外，還應(yīng)重點(diǎn)考慮采取措施消除液艙因縱傾及空氣管的位置而產(chǎn)生空間檔的氣泡。

固體移動(dòng)壓載因其可靠易控，是試驗(yàn)的最佳選擇。但對(duì)大型船舶的傾斜試驗(yàn)所需移動(dòng)質(zhì)量巨大（本船移動(dòng)質(zhì)量超過(guò)3 000 t），選用固體移動(dòng)壓載顯然不現(xiàn)實(shí)。那么液體移動(dòng)壓載就成了可能的選擇。需要注意的是，一般不推薦壓載水作為傾斜試驗(yàn)的移動(dòng)質(zhì)量，但在使用固體壓載確實(shí)有困難的情況下，壓載水才能作為傾斜試驗(yàn)的移動(dòng)質(zhì)量，前提條件是作為試驗(yàn)移動(dòng)壓載水艙應(yīng)是光壁（即沒(méi)有大的梁或內(nèi)部構(gòu)件以免產(chǎn)生空氣層），同時(shí)還應(yīng)保持船舶的浮態(tài)以及測(cè)量試驗(yàn)移動(dòng)壓載水艙水的密度。在壓載水橫向移動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)防止水滲漏，在每一次壓載水移動(dòng)的前后，都應(yīng)手工測(cè)量壓載水艙的液位。上述內(nèi)容應(yīng)列為詳細(xì)的試驗(yàn)程序由船級(jí)社認(rèn)可［3］。

本船試驗(yàn)采用移動(dòng)壓載水的方法來(lái)完成，壓載水要用船上的壓載泵直接從一舷移到另一舷。

2.4 多余或不足質(zhì)量的檢查

現(xiàn)階段，由于先進(jìn)造船工藝的廣泛應(yīng)用，到傾斜試驗(yàn)時(shí)，船舶的完工狀態(tài)普遍較好，其多余或不足質(zhì)量，皆不會(huì)超過(guò)空船排水量的1%，此時(shí)的重點(diǎn)應(yīng)該是對(duì)多余或不足質(zhì)量的檢查。相對(duì)于中、小型船舶，大型船舶更為復(fù)雜，檢查則需花費(fèi)更多時(shí)間和精力。要事先準(zhǔn)備好多余和不足質(zhì)量及質(zhì)心的明細(xì)表交驗(yàn)船師確認(rèn)；試驗(yàn)前船廠還應(yīng)與驗(yàn)船師一起進(jìn)行全船檢查，以確保各項(xiàng)目經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確估算，沒(méi)有遺漏（尤其要注意壓載艙的檢查、測(cè)量）。本船的第一次試驗(yàn)結(jié)果不理想，事后分析得知是由于前部壓載艙測(cè)量不準(zhǔn)確，從而導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生偏差。因此，當(dāng)進(jìn)行再次試驗(yàn)時(shí)，經(jīng)嚴(yán)格控制前部壓載艙的測(cè)量工作，最終獲得了理想的結(jié)果。

2.5 橫傾角的測(cè)量

一般來(lái)說(shuō)，橫傾角測(cè)量可分別采用擺錘、U型管及傾斜儀加一擺錘或U型管的方法。本船分別在船艏、船舯和船艉布置了三只長(zhǎng)約20 m的擺錘，使用注有一定粘度液體的水槽和刻度尺讀擺幅值。每次移動(dòng)壓載水時(shí)，都應(yīng)待船舶穩(wěn)定下來(lái)并在船舶處于完全自由浮動(dòng)狀態(tài)時(shí)開(kāi)始連續(xù)讀數(shù)，取其平均值。

2.6 試驗(yàn)誤差的檢查

大型船舶傾斜試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作比中、小型船舶要復(fù)雜得多，因此，試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)誤差檢查，以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，以避免重做試驗(yàn)就顯得尤其重要。在確定了準(zhǔn)備工作和試驗(yàn)條件滿足要求后，影響試驗(yàn)結(jié)果的正確性的可能有：

（1）艙內(nèi)剩余水過(guò)多，引起自由液面太大。解決辦法為復(fù)查所有液艙及空艙，必要時(shí)將艙排空。

（2）船舶觸底或被系纜阻礙，其解決辦法為測(cè)量水深并檢查纜繩。

（3）側(cè)面定常風(fēng)的干擾，其解決辦法為全部重做試驗(yàn)。

（4）側(cè)面陣風(fēng)的干擾，其解決辦法為部分重做試驗(yàn)。

3 對(duì)試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)偏離的分析處理

如果發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果發(fā)生較大偏離時(shí)，應(yīng)仔細(xì)分析相關(guān)試驗(yàn)信息，找出造成偏離的原因，以便重新試驗(yàn)時(shí)避免同樣的錯(cuò)誤。

（1）在某好望角型散貨船首制船的傾斜試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)所記錄的數(shù)據(jù)計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，其空船質(zhì)量大大小于預(yù)估值，而質(zhì)量質(zhì)心垂向值卻又大大超過(guò)預(yù)估值，由此可斷定原試驗(yàn)結(jié)果有偏差。經(jīng)分析，我們認(rèn)為可能是用來(lái)調(diào)整船舶浮態(tài)要求滿艙的第一壓載艙（船前部）試驗(yàn)時(shí)未注滿（見(jiàn)圖1）。為此，在重新進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，特別注意使包括該艙在內(nèi)的壓載艙壓載到位，最終得到了較準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果。這一結(jié)果也得到其后的20多艘同系列船舶的試驗(yàn)結(jié)果佐證。

圖1 未注滿水的壓載艙

（2）同屬好望角型散貨船的另一艘船的傾斜試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果表明，其所得空船質(zhì)量及質(zhì)量質(zhì)心縱向值均超過(guò)預(yù)估值較多。我們仔細(xì)分析試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)所記錄的吃水值呈現(xiàn)艏艉大、中間小，即有較明顯的中拱，而再分析試驗(yàn)時(shí)船舶的壓載狀態(tài)，絕不可能產(chǎn)生上述如此大的中拱結(jié)果，因此認(rèn)為艏部吃水測(cè)量值偏大是導(dǎo)致上述結(jié)果的主要原因。因?yàn)樯鲜銎x結(jié)果尚在規(guī)范可接受的范圍內(nèi)，更何況交船緊急，試驗(yàn)才沒(méi)有重做。盡管如此，從其后的多艘?guī)缀跸嗤囼?yàn)壓載狀態(tài)的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，證實(shí)了我們的上述分析。

4 姐妹船傾斜試驗(yàn)的處理

對(duì)姐妹船中的后續(xù)船，經(jīng)船級(jí)社批準(zhǔn)，可免做傾斜試驗(yàn)，而只做空船質(zhì)量測(cè)定試驗(yàn)，測(cè)出空船排水量和質(zhì)心縱向位置，首制船傾斜試驗(yàn)所得的基本穩(wěn)性數(shù)據(jù)將應(yīng)用于后續(xù)船。但前提條件是，與同類型船舶的空船排水量偏差不超過(guò)2%, 及質(zhì)心縱向位置偏差不超過(guò)1%船舶垂線間長(zhǎng)，否則仍應(yīng)進(jìn)行傾斜試驗(yàn)。IMO新規(guī)對(duì)船長(zhǎng)≥160 m的船舶要求與首制船的空船排水量偏差不超過(guò)1%, 及質(zhì)心縱向位置偏差超過(guò)0.5%船舶垂線間長(zhǎng)［4］。由此可以看出，對(duì)大型船舶試驗(yàn)精度的要求已明顯提高。

對(duì)于大型船舶，后續(xù)船空船質(zhì)量測(cè)定試驗(yàn)應(yīng)該保持與首制船傾斜一致的試驗(yàn)狀態(tài)，以便于與首制船的結(jié)果進(jìn)行比較；此外，由于船型大，影響試驗(yàn)結(jié)果的因素較多，因此空船質(zhì)量測(cè)定對(duì)于試驗(yàn)狀態(tài)下船舶吃水的測(cè)定，以及多余質(zhì)量和不足質(zhì)量的檢查等關(guān)鍵步驟應(yīng)務(wù)必準(zhǔn)確，避免因試驗(yàn)結(jié)果超出限定偏差而重新進(jìn)行傾斜試驗(yàn)。

5 結(jié) 論

總之，船舶的傾斜試驗(yàn)及空船質(zhì)量測(cè)定試驗(yàn)是船舶建造過(guò)程中十分關(guān)鍵的一項(xiàng)試驗(yàn)。雖然試驗(yàn)的原理和方法都較傳統(tǒng)，但由于船舶是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，影響試驗(yàn)結(jié)果的因素很多，對(duì)于大型船舶尤其如此。為使試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，嚴(yán)格的試驗(yàn)條件和試驗(yàn)程序，準(zhǔn)確地讀取船艏、船舯與船艉兩舷的水尺讀數(shù),選取適合的移動(dòng)壓載和試驗(yàn)初始狀態(tài)，重視多余或不足質(zhì)量的檢查，及時(shí)檢查試驗(yàn)誤差，精心組織并實(shí)施嚴(yán)格的步驟則是十分必要的。

［1］ 王彩蓮，魯云章. 2 500 TEU集裝箱船的總體設(shè)計(jì)［J］.船舶，2007（4）：9-12.

［2］ 楊存國(guó)，虞偉. CB/T 3035-2005.船舶傾斜試驗(yàn)［S］.國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).

［3］ B V. Rules for the Classification of Steel Ships［S］. 2013. PART B，CH 3，APP 1：56-57.

［4］ 國(guó)際海事組織.國(guó)際海上人命安全公約（SOLAS）2009年 綜合文本［S］.北京：人民交通出版社.

Control points of inclining experiment for large vessels

BAN Ye-ping
(Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding Co., Ltd., Shanghai 201204, China)

Inclining experiment affects the vessel not only on meeting the deadweight requirements in the contract but also on its safety, which is a key link during ship design and construction. This paper presents the normal procedures of inclining experiment, and procedures and control points for obtaining valid inclining experimental results for large vessels. It also carefully analyzes the experimental results with larger deviation in order to ensure the reasonable procedures and accurate results.

inclining experiment; stability; deviation analysis; control points

U661.7

A

1001-9855（2014）02-0022-04

2013-08-05；

2013-09-03

班業(yè)平（1967-），男，高級(jí)工程師，主要從事船舶總體和結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。