淺析30米級航標船加長改造對結構安全及總體性能的提升

摘要：長期以來對海上燈浮標巡檢、維護的主要工具是小型航標船，其中航標夾持船發(fā)揮的作用越來越大。但是，在夾持船的日常使用過程中，我們發(fā)現夾持船存在船員居住條件狹小、作業(yè)時船舶傾斜過大等弊端。本文通過對船舶結構、船舶穩(wěn)性的詳細介紹，分析問題存在的原因，提出相應的解決對策，可有效提升船舶總體性能和安全指標。

關鍵詞： 航標夾持船 加長改造方案 性能變化 穩(wěn)性分析

0引言

近年來我國航標作業(yè)船不斷改進完善，電磁吸盤船、航標夾持船的投入使用，改變了航標工人傳統的不安全跳標登標作業(yè)方式，降低了航標維護管理危險程度，提高了巡檢、作業(yè)效率，使得航海保障能力大幅度提升。但現有29米級航標夾持船由于設計結構的限制，使得船員居住條件有限，并存在一定的安全隱患。而且，夾持船在使用液壓搖臂吊車進行吊裝作業(yè)時，由于船舶單側受力過大，使得船舶橫傾情況嚴重，導致船舶安全得不到有效保障，不但影響船舶人員安全，而且直接影響航標的維護工作。通過對船舶結構的改造對于有效改善船員居住條件和船舶穩(wěn)性有著一定的實際意義。

1.船舶概況

1.1 航標夾持船

現用29米級航標夾持船屬于小型航標船系列。主要承擔航標的日常巡檢、維護、保養(yǎng)、浮標拖帶、拖復位等工作；擔負有關航標的補給工作及建筑、維修用物料的運輸工作；負責轄區(qū)航標應急恢復工作。

1.2船舶主要參數

總長：28.980m

垂線間長：27.225m

設計水線長：28.100m

型寬：6.200m

型深：2.800m

吃水：1.800m

上甲板層高：2.200m

駕駛甲板層高：2.150m

船員定額：8P

可伸縮吊臂液壓吊車：2.0t—5.0m+2.0m

排水體積：171.86m3

梁拱：0.120m

肋距：0.55m

1.3總布置

該型船為鋼制單甲板結構，具有一層連續(xù)主甲板、駕駛甲板。艙內有艏尖艙、儲物艙、淡水艙（2個）、船員艙、壓載水艙（4個）、機艙、舵機艙、燃油艙（2個）、帆纜艙、生活污水消毒柜艙、污油艙、污油水艙；上甲板有會議室、廚房、廁所、洗衣間、蓄電池間、電工間。

改造前總布置簡圖如圖1-1：

2存在問題和改造方案

2.1存在問題

船舶穩(wěn)性方面：在航標作業(yè)中發(fā)現，該輪在可伸縮吊臂液壓吊車起重過程中，船體傾斜較嚴重，船舶穩(wěn)性較差。如：在吊車2t/5m（10%油水食品）工況下，橫傾角可達4.494度。

生活空間方面：該船受設計結構限制，生活區(qū)擁擠，居住條件較差。由總布置圖也可看出，全船8名船員，包括船長、輪機長，均居住在主甲板以下的船員艙，該艙空間狹小，處于艙底，這給船員生活及船長的工作帶來很大不便。

2.2改造方案

2.2.1 基本原理

改造方案以確保船舶結構和性能安全為基本原則，提出改造依據的基本原理如下：

由船舶靜力學知，船舶橫傾時的復原力矩為：

式中， ——排水量，GM——初穩(wěn)性高， ——橫傾角。

由上式可知，橫傾角與船舶排水量和初穩(wěn)性高成反比，要使橫傾角減小，可采取以下措施：（1）增大排水量；（2）增大初穩(wěn)性高GM，也即降低船舶重心G；（3）二者同時增大。

現采取（3）措施，用增加壓載的辦法，降低船舶重心高度，提高船舶初穩(wěn)性，有效減小橫傾角。

2.2.2 改造方案

（1）加載推算

取作業(yè)2t/5m（10%油水食品）工況進行分析。已知數據如下：

現對船舶加壓載，在原有固體壓載9.5t的基礎上，繼續(xù)增加壓載重量，計算相應的橫傾情況，結果如下表：

由上表可以看出，隨著壓載重量不斷增大，橫傾角逐漸減小，當壓載為11.5t時，橫傾角為3.41度，當壓載為27.5t時，橫傾角為2.37度，比原來的4.494度減少了2.124度，橫傾得到了一定改善。然而，單一的增加船舶固體壓載后，船舶吃水增加，排水量變大，使得該船在相同吃水的情況下，有效載重量減少，且原有空間狹小問題未得到解決。

（2）解決方案

若使載重不變，必須在保證吃水的同時增大船舶的排水量，那么，對船舶加載的方式應由“單一增加固體壓載數量”調整為“加長船體+增加固體壓載”。具體解決方案如下：

① 在FR28+150mm位置（該位置屬于平行舯體，線型變化較小）將船體、一層房間切割成兩段，在兩端之間增加三個肋位的長度，及3*0.55=1.65m。

② 煙囪與機艙天窗互換位置。

③ 機艙風機分別向兩舷邊移動。

④ 駕駛室整體向船艏移動，在其后空出的位置增加一個房間，內可放置兩張床，供2人或4人（上下鋪）居住。

3性能評價與提高

通過上述解決方案的實施與改造，在結構上增大了住艙空間，使得一層會議室變大，且駕駛甲板上多出一個房間，有效解決了船員居住空間狹小的問題，而且給船長的工作帶來很大方便；另外，采取“加長船體+增加固體壓載”相結合的解決方案，有效克服了單一采取增加船舶固體壓載后，船舶吃水增加，排水量變大，但有效載重量減少的弊端，使得船舶重心降低、船舶初穩(wěn)性提高，有效減小橫傾角。

3.1船體結構改進

改造后，船體加長，船舶主參數變化如下：

總長：30.630m

垂線間長：28.875m

設計水線長：29.750m

排水量：186.77m3

改造后效果簡圖如圖3-1：

3.2穩(wěn)性性能提高

船體加長后，2t/5m（10%油水食品）工況（未加固體壓載）下的船舶穩(wěn)性見圖3-2：

船體加長后，2t/5m（10%油水食品）工況（加固體壓載）下的船舶穩(wěn)性見圖3-3：

4結束語

本文對夾持船現有的兩個主要問題：穩(wěn)性和船員居住條件情況進行了分析，并提出了兩種改進方案。方案一通過加壓載來調節(jié)船舶橫傾，從而實現穩(wěn)性的改善，經過分析，得出結論，加壓載可以減小橫傾，但由此帶來有效載重量減少的問題；方案二通過加長船體，使船員居住空間變大，從而使船員居住條件得到改善，同時，因增大了船舶體積，使船舶排水量增加，解決了方案一中因加壓載對船舶排水量的要求。