時(shí)光志 盛蘇建

（中海油能源發(fā)展采油服務(wù)公司，天津塘沽，郵編：300452）

1.0 制蕩艙壁的研究現(xiàn)狀

制蕩艙壁，是指為降低液貨艙內(nèi)液體劇烈晃動(dòng)所產(chǎn)生的沖擊力而設(shè)置的帶孔艙壁。對(duì)于沿縱向布置的液艙，部分裝載就會(huì)產(chǎn)生晃蕩載荷。當(dāng)液體晃蕩的自然頻率接近船舶的縱搖頻率時(shí)，液體的晃動(dòng)和縱搖運(yùn)動(dòng)發(fā)生諧振，對(duì)液貨罐的封頭產(chǎn)生很大的沖擊力。在設(shè)計(jì)中，通常設(shè)置制蕩艙壁來(lái)改變艙內(nèi)液體的晃動(dòng)頻率，以減小對(duì)液貨罐結(jié)構(gòu)的破壞。

由于制蕩艙壁其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)作用，往往將其處于晃蕩分析之中，而單獨(dú)對(duì)制蕩艙壁的研究，不管在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外都是不多見的。國(guó)外的規(guī)范中，也是主要考慮晃蕩載荷對(duì)貨艙的影響。國(guó)內(nèi)，中國(guó)船級(jí)社《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》（2009）中對(duì)貨船的制蕩艙壁上的開口面積、開口邊緣加強(qiáng)、艙壁板及其扶強(qiáng)材、垂直桁材及水平桁材都作了相應(yīng)的規(guī)定。根據(jù)《船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》結(jié)構(gòu)分冊(cè)中第三篇第三章液化氣體船的相關(guān)規(guī)定，制蕩板的板厚與扶強(qiáng)材的計(jì)算可參照船級(jí)社規(guī)范中對(duì)貨船的制蕩艙壁要求。國(guó)內(nèi)的主要科研院所近年來(lái)對(duì)制蕩的方面探索也取得了一定的成果。比如：華南理工大學(xué)的黎志昌、方江敏、付小方對(duì)某6000m3的C型獨(dú)立液貨艙進(jìn)行三維載荷計(jì)算，并根據(jù)載荷計(jì)算結(jié)果，對(duì)C型獨(dú)立液貨艙防流體沖擊結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析與評(píng)定[1]，該結(jié)果可為類似的計(jì)算分析提供一定的技術(shù)支持與參考；格拉斯哥斯特拉斯克萊德大學(xué)的劉楨兵運(yùn)用 CFD計(jì)算軟件Fluent 6.3模擬了單激勵(lì)和耦合激勵(lì)下不同艙室結(jié)構(gòu)以及不同幅度的液艙晃蕩，并計(jì)算監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力，得到了晃蕩在激勵(lì)下的變化規(guī)律[2]。

鑒于國(guó)內(nèi)國(guó)外對(duì)于LNG船液貨罐中制蕩艙壁的結(jié)構(gòu)型式，特定類型的開孔的數(shù)目、扶強(qiáng)材的選擇并無(wú)十分明確而詳細(xì)的規(guī)定。研究LNG船液貨罐制蕩艙壁設(shè)置的必要性，并對(duì)其結(jié)構(gòu)型式等進(jìn)行研究仍然是十分必要和具有實(shí)際意義的。

2.0 獨(dú)立C型貨艙制蕩艙壁設(shè)置必要性分析

2.1 初步估算艙內(nèi)液體自然晃蕩和船舶縱搖周期的經(jīng)驗(yàn)公式

通過(guò)以下公式分別確定液貨的自然晃蕩周期和船舶的縱搖周期通過(guò)比較兩者周期，來(lái)初步確定設(shè)置制蕩艙壁的必要性。

圓筒形液艙內(nèi)液體的縱向自然振蕩周期可按下式計(jì)算[3]：

l—— 艙長(zhǎng)，m；

h—— 充裝高度，m；

D—— 液艙直徑，m。

式中：Tp—— 船舶縱搖周期，s；

L—— 船長(zhǎng)，m；

Cp—— 縱搖周期系數(shù)，貨船取0.54～0.72，油船（艉機(jī)型）取 0.80～0.91。

2.2 某小型LNG船主尺度及C型獨(dú)立液貨罐主要信息

本節(jié)介紹了某小型LNG主尺度與其3200m3液貨罐的主要信息。

表1 某小型LNG船主尺度表

2.3 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初步估算的周期比較結(jié)果

根據(jù)2.1所示的公式，計(jì)算典型的裝載水平，即5%l，10%l，70%h，80%h，95%h 下液貨的自然振蕩周期，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 典型裝載水平下的液貨的自然振蕩周期計(jì)算結(jié)果

根據(jù)2.1所示的公式，計(jì)算部分裝載水平，即25%h，30%h，40%h，50%h，60%h 下液貨的自然振蕩周期，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 部分裝載水平下的液貨的自然振蕩周期計(jì)算結(jié)果

根據(jù) 2.1所示的公式， 取 Cp=0.54，0.58，0.62，0.66，0.72下的船舶縱搖周期系數(shù)，計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 不同縱搖周期系數(shù)下的船舶縱搖周期

計(jì)算典型裝載水平下自然振蕩周期與船舶縱搖周期的比值，計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 典型裝載水平下自然振蕩周期與船舶縱搖周期的比值

將計(jì)算結(jié)果繪制成曲線圖，如圖1所示。

圖1 典型裝載水平下自然振蕩周期與船舶縱搖周期的比較圖

分析表5的計(jì)算結(jié)果與圖1的變化規(guī)律，可得出如下推斷：在液艙內(nèi)液體裝載高度在10%（3.52m）左右時(shí)，液貨的自然振蕩周期與船舶縱搖周期比較接近，可能對(duì)罐體有較大的沖擊影響。

表6 部分裝載水平下自然振蕩周期與船舶縱搖周期的比值

將計(jì)算結(jié)果繪制成曲線圖，如圖2所示。

圖2 部分裝載水平下自然振蕩周期與船舶縱搖周期的比較圖

分析表6的計(jì)算結(jié)果與圖2的變化規(guī)律，可得出如下推斷：根據(jù)不同的縱搖周期系數(shù)，在液艙內(nèi)液體裝載高度在25%～50%左右時(shí)，液貨的自然振蕩周期與船舶縱搖周期比較接近，可能對(duì)罐體有較大的沖擊影響。

2.4 結(jié)論

綜合以上典型裝載狀態(tài)與部分裝載狀態(tài)的分析結(jié)果，可以認(rèn)為所研究的C型獨(dú)立液貨罐，在液貨部分裝載狀態(tài)下，其自然振蕩周期有可能與船舶的縱搖周期相接近，有可能對(duì)罐體產(chǎn)生較大的沖擊影響，故有設(shè)置制蕩艙壁的必要。在下一步的獨(dú)立C型液貨艙研究和設(shè)計(jì)中務(wù)必對(duì)各種裝載水平下的晃蕩載荷進(jìn)行計(jì)算分析，以便設(shè)計(jì)出型式及結(jié)構(gòu)合理的制蕩艙壁，滿足小型LNG船要適應(yīng)各種裝載水平的作業(yè)要求。

3.0 獨(dú)立C型貨艙制蕩艙壁的型式介紹

制蕩艙壁的型式可分為平板型和半球面型。一般情況下，制蕩艙壁設(shè)置成平直的穿孔壁，工藝簡(jiǎn)單且性能良好；貨罐長(zhǎng)度過(guò)大時(shí)，制蕩艙壁也設(shè)置成半球形穿孔壁，制作工藝較平壁復(fù)雜，成本較高，但可以有效地改善液艙內(nèi)貨物的晃蕩周期，從而減小對(duì)罐壁的沖擊力。制蕩艙壁一般設(shè)置在與液貨艙內(nèi)加強(qiáng)環(huán)同一平面內(nèi)，通過(guò)彈性構(gòu)件與內(nèi)部的加強(qiáng)環(huán)連接，以吸收彈性變形。

圖3表示了制蕩板與加強(qiáng)環(huán)之間的連接情況，圖4為一半球面型制蕩艙壁的實(shí)圖照片。

圖3 制蕩板與加強(qiáng)環(huán)連接

圖4 半球面型制蕩艙壁

4.0 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)獨(dú)立C型貨艙制蕩艙壁的研究現(xiàn)狀及規(guī)范要求進(jìn)行了調(diào)研，得出對(duì)LNG船液貨艙制蕩艙壁設(shè)置的必要性及結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行研究還是十分必要的。本文通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式估算液貨自然晃蕩的周期和不同縱搖系數(shù)下船舶縱搖周期，并比較分析，得出在液貨部分裝載狀態(tài)下，其自然振蕩周期有可能與船舶的縱搖周期相接近，有可能對(duì)罐體產(chǎn)生較大的沖擊影響，故設(shè)置制蕩艙壁是十分必要的。最后介紹了現(xiàn)有的兩種制蕩艙壁的型式，供小型LNG船制蕩艙壁的設(shè)計(jì)參考。

【1】黎志昌,方江敏,付小方.LNG運(yùn)輸船C型獨(dú)立液貨艙載荷及應(yīng)力分析.船舶工程,2011(1):1-4

【2】劉楨兵.基于VOF法的液艙晃蕩數(shù)值模擬及載荷計(jì)算.重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011(3):28-33

【3】丁玲,馬坤.中小型LNG運(yùn)輸船液貨罐設(shè)計(jì)技術(shù).船舶,2010(1):26-29