陳潔禮 朱成平

（廣船國際技術(shù)中心）

0 前言

隨著船級社新規(guī)范的不斷生效，船東要求柴油機(jī)NOx排放滿足TierⅢ、硫化物SOx排放區(qū)域要求，對壓載水處理裝置、污水處理系統(tǒng)和艙底水排放監(jiān)控等環(huán)保的要求也越來越高，因此舊船型已經(jīng)難以滿足各國船東的要求。如果舊船型只求滿足新規(guī)范的要求而不作優(yōu)化，就會導(dǎo)致艉部機(jī)艙處的設(shè)備更多，重量更重，從而大大影響本船的靜水彎矩，進(jìn)一步增加結(jié)構(gòu)重量和建造成本。有見及此，公司致力于通過技術(shù)優(yōu)化手段降低船舶的建造成本，對現(xiàn)有的 MR型化學(xué)品船/成品油輪研發(fā)更新，優(yōu)化機(jī)型、船體線型、分艙布置和船體結(jié)構(gòu)，并成功推出滿足市場要求的新船型。

1 船舶許用中拱和中垂靜水彎矩限值

船體結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)之初，都要考慮靜水彎矩對船舶的結(jié)構(gòu)影響。根據(jù)結(jié)構(gòu)共同規(guī)范CSR的要求，設(shè)計(jì)者應(yīng)提供船體梁許用中拱和中垂靜水彎矩限值，對應(yīng)航行工況是Msea,對應(yīng)港內(nèi)/遮蔽工況是Mhard。對于港內(nèi)/遮蔽工況下，縱向任一位置處的船體梁最小中拱和中垂靜水彎矩Mharb=1.25Msea。

在貨艙區(qū)域的各個橫艙壁、貨油艙中部、防撞艙壁、機(jī)艙前壁以及機(jī)艙前后艙壁之間的中點(diǎn)位置處，應(yīng)給出船體梁許用中拱和中垂靜水彎矩限值，如圖1所示。

但是對于船舶實(shí)際需要承受的中拱和中垂靜水彎矩，需要按照規(guī)范要求以及和船東約定的工況通過配載計(jì)算得出，也就是說設(shè)計(jì)者應(yīng)提供船體梁許用中拱和中垂靜水彎矩限值，既要滿足結(jié)構(gòu)共同規(guī)范CSR的要求，也要滿足船舶實(shí)際航行工況的要求。對于MR型的油船，其配載得出的中垂靜水彎矩，通常會比規(guī)范值小。在結(jié)構(gòu)計(jì)算的時候采用規(guī)范值進(jìn)行校核，中拱靜水彎矩卻會比規(guī)范值高出很多。因此，如何在初步設(shè)計(jì)之初就通過優(yōu)化總體布置來降低中拱靜水彎矩，是降低船體結(jié)構(gòu)重量比較有效的手段。

圖1 靜水彎矩分布圖

2 本船的總體性能要求

在分艙、浮態(tài)和穩(wěn)性方面，本船的分艙和穩(wěn)性設(shè)計(jì)需滿足有關(guān)規(guī)則規(guī)范的要求，適航于無限航區(qū)。本船的分艙按照船東的要求可裝載IBC Code2/3類化學(xué)品，首次采用3對大艙+5對小艙的分艙模式（大艙艙容為4000～5000立方米，小艙艙容不超過3000立方米），經(jīng)過多次的穩(wěn)性計(jì)算，最終把三對大艙定在中間位置，使本船在各種裝載狀態(tài)下，有足夠的穩(wěn)性及合適的縱傾，而且必須有足夠的總縱強(qiáng)度以避免裝載上的限制。本船在貨油艙區(qū)域設(shè)置6對壓載水艙、機(jī)艙設(shè)置3個燃油深艙、2個低硫燃油深艙及燃油、低硫燃油日用柜、沉淀柜各1個，設(shè)置了1個MGO深艙及1個MGO日用柜，并按要求設(shè)置滑油艙、淡水艙、鍋爐水艙等。

船東要求，對于貨艙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足滿艙裝載重密度1.26t/m3的貨物要求（傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)只需要滿足1.025t/m3），這個要求既是對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一大挑戰(zhàn)，也必然會導(dǎo)致空船重量的增加，從而導(dǎo)致靜水彎矩的增加，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來新的困難。另一方面，船東在設(shè)計(jì)之初要求本船必須滿足SCRUBBER READY，閉式循環(huán)的除硫系統(tǒng)在機(jī)艙區(qū)域增加將近400噸的重量，該要求大大增加了本船的中拱靜水彎矩，同時也增大對艏部壓載艙的需求，以保證艏部最小吃水的規(guī)范要求。

圖2 本船的簡要總布置圖

圖3 壓載出港工況的彎矩曲線圖

圖4 淡水艙設(shè)置于艉部

3 優(yōu)化中拱靜水彎矩的方法

中拱，是指浮于水面的船舶重力和浮力縱向分布不對稱，在船舶中部浮力大于重力，艏艉部重力大于浮力情況下產(chǎn)生的船舶中部拱起的一種縱向彎曲狀態(tài)。

3.1 優(yōu)化艏艉處的線型，減少艏艉處的重量

圖5 淡水艙設(shè)置于機(jī)艙內(nèi)

本船的線型通過CFD優(yōu)化，采用中間肥大艏艉瘦削的新線型，在型寬從母型船32.26m改為32m的情況下，仍能保證艙容滿足船東的要求。本船通過優(yōu)化艏艉處的線型，大大減輕了艏部和艉部的重量，和母型船相比，本船的艏部重量減少了120噸，艉部和機(jī)艙區(qū)域重量減少了200噸，對減少本船的中拱彎矩起到顯著的作用。

3.2 優(yōu)化壓載艙布置

增加船舶舯部的重力可以減少中拱，但增加船舶舯部的重力只能通過增加貨艙區(qū)域的壓載水來做到，這樣就會減少貨油艙的體積，與船東的利益背道而馳，因此不能盲目加大舯部壓載艙。通過配載規(guī)范及校核船東要求的每個工況，可以得知本船最大的中拱靜水彎矩出現(xiàn)在壓載出港的工況中。而在本船的壓載出港工況中，滿足規(guī)范對縱傾的要求只需要1號到5號壓載艙打水。查看該工況下的彎矩分布曲線可知（見圖3），本船的中拱峰值在肋位Fr85-FR140左右的地方，于是把5號壓載艙的后壁定在Fr85處，令本船的壓載出港工況既能滿足規(guī)范要求，也把壓載水都壓在中拱峰值的地方。此舉改變了一貫壓載艙的水密艙壁與貨油艙水密艙壁在同一位置的做法，通過調(diào)整雙層底處壓載艙的位置，達(dá)到減少最大的中拱值的目的。

圖6 優(yōu)化前的最大中拱靜水彎矩

圖7 優(yōu)化后的最大中拱靜水彎矩

3.3 優(yōu)化淡水艙布置

優(yōu)化船體內(nèi)的液體分布同樣可以減少中拱靜水彎矩，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)都把淡水艙設(shè)置在艉部，本船的淡水艙按特殊的設(shè)計(jì)，將淡水艙的設(shè)置于機(jī)艙內(nèi)，合理利用機(jī)艙邊角無法用于布置設(shè)備、空置浪費(fèi)的區(qū)域，本船的淡水艙按規(guī)格書的要求設(shè)置為300立方，優(yōu)化布置后令300立方的淡水的重心位置往船舯移動了11米，有效的減少了本船中拱彎矩。

傳統(tǒng)的油船都把淡水艙設(shè)置在艉部，如圖4所示，本船優(yōu)化后的淡水分艙如圖5所示。

4 取得的成效

通過上述措施，本船的中拱靜水彎矩得到大大的改善。通過NAPA軟件計(jì)算，本船優(yōu)化后的中拱靜水彎矩比原來降低了20000tm，計(jì)算結(jié)果如圖6、圖7所示。經(jīng)過結(jié)構(gòu)計(jì)算對比，兩種中拱彎矩下對應(yīng)的結(jié)構(gòu)重量相差可達(dá)3%，本船分艙布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對于結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和降低船體空船重量以及降低建造成本減輕起到了明顯的作用。