54000噸自卸駁改裝技術簡介

蘇東方 劉奇 張云風

摘要：本文介紹了一型57000常規散貨船改裝為54000噸自卸駁的技術設計過程及難點。作者就該輪自卸設備布置，安裝過程中的精度控制，克令吊底座的強度校核，等進行簡要的概述。

關鍵詞：自卸改裝;自卸設備布置;精度控制;克令吊底座設計

0? 引言

船舶改裝項目，意指改變原船舶用途和性能，按照現行規范要求對船舶的船體，設備，系統，性能等進行大型修改的修理項目。因其涉及的系統多，范圍廣，所以對于設計水平要求較高。但又因其產值高，利潤高，邊際貢獻率高，對于船廠來說，改裝項目是必須爭取的市場資源。近年來改裝船市場雖然有所降溫，但是針對于改裝船技術的研究卻在不斷的深入。

1? 改裝目的

該輪改裝內容為將一型常規57000 DWT散貨船改裝為54000 DWT自航式港口貨物駁運船，為特定港口的一些大型遠洋貨物運輸船無法靠岸時，提供貨物駁運服務。（圖1）

2? 改裝前后主要尺度及數據對比

該輪改裝前后的主要尺度機數據對比如圖2。

3? 自卸設備的布置

該輪原船為57000 DWT散貨船，主甲板除去貨艙大開口及尾部上建區域，空間十分有限，而新加的自卸設備數量多，外形大，給甲板上的設備布置造成了極大的困難。

主要的新加甲板設備含左右后三條貨物輸送帶;一臺可以移動的龍門吊; 4個大型料斗; 4臺SWL50噸的甲板克令吊等。要在如此有限的甲板空間上合理的布置這些自卸設備，同時考慮到對原船結構及系統的影響降到最小是十分困難的。自卸設備布置如圖3所示。

3.1 左舷自卸設備布置

左舷甲板設備布置包括：行走龍門吊一臺，含長度約145m的軌道;縱向提升輸送帶一套;4臺護舷絞車;龍門吊鎖死立柱;BOOM擱架等。（圖4）

原船左舷甲板凈使用寬度約5.9m，而龍門吊軌道的加強立柱的外口尺寸已經接近5.9m，內部還要布置整條自卸布置輸送帶，4個護舷絞車，同時要為甲板通道及龍門吊的電纜托架預留空間，布置起來非常困難。經過與設備商的反復的討論，最終提供了兩版方案供船東選擇。第一版的核心思想是保證甲板上有足夠的空間，將主甲板向舷外擴展900mm;第二版的核心思想是避免對甲板進行大范圍改造，將自卸設備都布置在原左舷甲板上，兩種方案布置具體如圖5。

顯然第一種方案，對于設備布置更為有利，同時便于船廠的生產設計。但是對于整個船中區域的甲板延伸需新加鋼材近百噸。第二種方案，減小了設備布置的空間，但相對于第一種方案可以節省近百噸鋼材。最終船東選擇了第二種布置方案，在后續的生產設計過程中我們發現，左舷的空間確實極為緊湊，對于護舷絞車的操作較為困難。

艏艉部線型收縮，寬度不滿足要求，需新加延伸平臺。艉部上建區域在寬度方向和高度方向均不能滿足自卸設備的安裝要求。需對老上建需部分割除或移位。

3.2 右舷自卸設備布置

右舷甲板設備布置包括：4臺甲板克令吊及底座;縱向輸送裝置一套;4個料斗;4個抓斗及抓斗平臺;3個護舷絞車等。（圖6）

右舷的設備布置同樣要對艏艉部的主甲板進行延伸，艉部上建同樣需要部分割除。設備布置時除了要考慮空間位置外，還要保證貨物的裝卸原理及各個設備之間的配合關系，如克令吊與料斗的位置關系，克令吊與抓斗及擱架的位置關系等。對于艉部的自卸設備布置類似于左右甲板，故不在此贅述。

4? 自卸設備安裝的精度控制

自卸設備安裝的精度控制是自卸改裝過程中的核心過程，是保證設備能順利調試的前提條件。該輪自卸設備的安裝的精度控制分為兩個關鍵過程：

4.1 設備安裝基準線（面）及中心線確認

確定設備安裝基準線（面）及中心線是自卸改裝過程中的一個難點。原因有以下幾個方面：

①改裝船多為運行過一段時間的船舶。在使用過程中，原船結構已經存在一定的變形，相對于新造船，難以確認一個全船統一的安裝基準線（面）。

②船舶在改裝過程中，大多在浮態下進行，一些3維精度定位儀器無法使用。

③自卸設備相互間有精度配合關系，安裝基準線（面）及中心線的選取不僅要在一個設備或一個區域滿足精度要求，對于整個自卸系統在全船范圍內的精度配合均要滿足。

下文以該輪行走龍門吊軌道的安裝為例，具體描述安裝過程的基準線（面）及中心線選取方法。因該輪左舷主甲板上需要安裝一個行走的龍門吊，因此在FR46到FR214之間需要安裝龍門吊軌道。龍門吊與軌道的配合關系如圖7。

從圖7中我們可以看到，龍門吊通過行走的軌道輪及限位輪將龍門吊固定在軌道上，龍門吊的長度方向主尺度約24m，限位輪與軌道方鋼理論間隙4mm。軌道的典型橫剖面如圖8。

設備商要求軌道橫向間距誤差范圍±10mm，高度誤差范圍±10mm。看似十分簡單的要求，但在船舶浮態下操作時卻是困難重重。

問題1：以什么為基準確定距中10630和15630距中中心線和距基線20330高度基準線。

問題2：如何向船東及設備商驗證每一段軌道的安裝在精度范圍內。

針對于問題1，我們初始的想法是以NO.3的艙口圍的側板及頂板為基準，但經過實船測量，發現NO.3后艙口圍自身變形已經很大，如果放大到全船，僅高度誤差接近200mm。而后我們通過激光定位儀對原船的數據進行了大量的采集，同時通過對所有軌道立柱處的橫向梁拱值實測進行比對，發現NO.2，4艙兩個艙的基準數據較為接近，最終確認使用NO.2，4艙口圍縱壁及頂板實測數據的均值作為基準來確定軌道安裝的基準線。同時考慮到原船中拱最大值已經高達60mm，需要在底座設計時，在下口加放足夠的余量，方可保證軌道的順利安裝。

針對于問題2，因為該軌道全場約147m，我們將其劃分為約12m一段，船東及設備商要求對每一段的軌道都要交驗。考慮NO.1，3，5艙口圍已經有不同程度的變形，不能作為交驗基準。只能以NO.2，4艙艙口圍拉好的基準線為基準，但是由于拉線鋼絲在一定范圍內會存在撓度，因此也不能滿足要求。只能同通過激光定位儀，提前打好相關的精度基準線，同時在每一段軌道范圍內做好標桿，同時標桿的設定要得到船東和設備商的認可，避免后期對于交驗基準存在分歧而無法交驗。此處需注意標桿一定要在軌道安裝前設定，因后期施工時船上環境極為復雜，很難有條件在全船范圍內使用激光定位儀。

4.2 自卸設備間的配合關系要滿足設備商要求

要明確自卸系統的精度配合關系，我們首先對自卸系統的工作過程做一個簡要的敘述。首先甲板克令吊通過抓斗將貨艙內的貨物（礦石等）抓至料斗，料斗通過喂料口將這些貨物源源不斷的輸送到右舷的縱向輸送帶上，然后經過右舷輸送帶轉至艉部橫向輸送帶，再由艉部橫向輸送帶將貨物轉至左舷的縱向提升輸送帶，再經由行走龍門吊上的BOOM輸送帶將貨物運送到指定的位置。由此我們可以看出該自卸系統實際上是一個整體的自卸系統，左，右，后3條輸送帶，料斗，龍門吊及縱向提升裝置等均有固定的配合精度要求，因此在安裝時要整體考慮，統一基準才能保證設備的順利安裝。以下將以縱向提升裝置，縱向輸送帶及龍門吊的安裝為例進行說明。

由圖7、圖9我們可以看出龍門吊及縱向提升帶之前的配合關系及配合精度要求。同時也再次驗證了同一個精度基準的重要性。

5? 克令吊底座設計

該輪右舷新加4臺SWL50噸重型甲板克令吊，克令吊的塔體，吊臂及中間過渡段由設備商提供，克令吊底座由船廠提供。克令吊底座的結構設計及強度計算由設計公司負責提供，并送審。

5.1 有限元模型

克令吊底座的結構設計分為兩個部分，一部分為主甲板上的新加結構，第二部分為主甲板以下延伸至貨艙區域的克令吊底座的加強。以下將以NO.1克令吊底座及加強的設計作為例子詳解，克令吊底座及加強模型如圖10。

船體模型來自原船MARS模型，通過“MSC.PATRAN”軟件并對新加的結構模型進行完善并進行有限元分析，校核結構強度。

5.2 材料屬性

結構的材質屬性有3種，分別為“A”，“AH32”，“AH36”對應的屈服強度分別為235MPa、315MPa、355MPa。按照船級社規范，對于以上3種材質用于克令吊底座及加強的安全許用應力如圖11。

3種材質對于船體結構的安全許用應力如圖12。

5.3 載荷施加

5.3.1 克令吊工作狀態下的工況載荷

克令吊工作狀態下的載荷的施加由設備商提供，對于甲板以上的底座結構，主要載荷為克令吊在工作狀態下的彎矩，剪切應力及扭矩的校核;對于主甲板以下的結構，還要考慮結構參與原船總縱彎曲等初始應力的影響。

設備商對克令吊的載荷工況有以下3種定義：

工況1：無風狀態下的滿負荷;

工況2：有風狀態下的滿負荷;

工況3：克令吊承受異常負載。

3種工況下的載荷施加如下：

工況1a：彎矩：35605kNm;正應力：2375kN;剪切應力：224kN;扭矩：5921kNm。

工況1b：彎矩：42051kNm;正應力：2572kN;剪切應力：242kN;扭矩：6995kNm。

工況2：彎矩：35983kNm;正應力：2375kN;剪切應力：224kN;扭矩：6854kNm。

工況3：彎矩：38478kNm;正應力：2510kN;剪切應力：0kN;扭矩：2431kNm。

顯然，工況1b為最危險工況，我們僅需施加該工況下的載荷即可。另外，克令吊的工作狀態為360度全回轉運動，因此計算時需按照每旋轉45度計算一次載荷。

5.3.2 原船載荷

原船載荷，選取FR193作為計算截面，應力直接從MARS種讀取。（圖13）

5.3.3 計算結果

對于主甲板以上的克令吊底座僅承受克令吊底座工作狀態下的工況載荷，結構分析結果如圖14。

由圖14我們可以看出按照設備商提供的工況下計算的克令吊底座及加強最大應力（MAX STRESS）均在材料的許用應力（ALLOWABLE STRESS）范圍內。

對于主甲板以下的外板，主甲板及上邊艙框架結構等，不僅要承受克令吊工作狀態下的工況載荷，同時要參與船體總縱強度等，復合載荷的計算方法如下：

復合載荷下的應力分析結果如圖15。

由圖15我們可以看出原船外板，主甲板及上邊艙框架等結構最大應力（MAX STRESS）均在材料的許用應力（ALLOWABLE STRESS）范圍內。

通過以上的計算分析，克令吊底座，加強及原船結構強度設計滿足船級社規范要求。

6? 結論

本文就一型57000DWT常規散貨船改裝為54000DWT自卸駁的改裝難點進行了簡要的介紹。自卸船改裝的重點是合理的設備布置和對總體穩性的計算，難點是施工過程中的精度控制。只有解決了以上兩個問題，才能保證自卸設備的順利調試，進而完成改裝任務。希望通過本文的介紹對于同類改裝的船舶提供參考。

參考文獻：

[1]BV鋼質船舶入級規范，2001：194.

[2]國際海上人命安全公約（SOLAS），2009：246-309.

[3]國際海上避碰規則COLREGs，2003：38-38.