国内航行散货船总体设计特点

赵 耀 中

（上海船舶研究设计院，上海 200032）

0 引 言

随着国民经济的快速发展，电力需求增长态势良好，南方电煤需求不断增长，冬季运输不畅时常有燃“煤”之急。同时，由钢铁产业大量进口的铁矿石从沿海转运进江的运力日益吃紧。此外，由于长江南京以下航道维护的水深不断增加，通航能力得到大幅提升。在原有江海直达船舶运力不足、能效不高的情况下，市场呼唤新型江海直达散货船的出现。

鉴于我国当前航运市场的现状以及对未来发展的预期，研发新型高效的国内航行或兼江海直达功能的散货船对促进国民经济的良性发展具有重要意义。

1 不同航区现行设计要求对比

国内航行和国际航行散货船由于航区不同，应满足的技术参数和设计要求存在较大的差异。一般而言，前者的要求低于后者。

对于船长150m以上，主要载运煤、铁矿石和谷物等固体散货的散货船，国内航行船舶与满足散货船共同结构规范[1]（以下简称“CSR”）关于 BC-B要求的国际航行船舶在船体部分的区别[2～5]，见表1。

以45000吨级散货船为例，相同的主尺度，国际航行船舶较国内航行船舶，船体结构的用钢量将增加10% ～ 11%，空船重量将增加11% ～ 12%，还要配备更多、更复杂的设备。显而易见，船舶的初始成本和平时的维护费用昂贵得多；其次，考虑到国际航行船舶续航力较长，所需的燃油、淡水和食品等补给较多，空船重量较大的国际航行船舶其载货量也就愈小。换言之，若让满足国际无限航区要求的船舶营运于国内航线，经济性将大打折扣。

2 主要尺度与型线

根据国内航线及沿海各港口、长江南京以下航道的实际情况，考虑到长江航道局对未来航道的整体规划，船舶的主尺度一般可在下列范围之内选取：

总长≤200m；

船宽≤32.26m；

型深≤16m；

卢一平刚讲完,郝桂芹捂着肚子跑出去了。直到回来,郝桂芹的眼里仍然噙着笑出的泪花。她按着腰,问卢一平,你这是谁编得呀？这么巧呀,简直比十五贯还巧呀！

设计吃水（海水）≤11m。

船舶主尺度应根据航道、码头等实际条件综合考虑，择优选取[6]。型线设计按常规即可。

国内航行散货船相比于常规灵便型散货船的一个显著特点就是吃水受限。一方面，为降低船舶的剩余阻力，通常把尾封板的下沿降低到设计水线以下；另一方面，为提高螺旋桨推进效率又不得不选取较大的直径，这就成了尾框设计中的一对矛盾。在45000吨级散货船的型线设计过程中对比分析发现，在保证船体与螺旋桨之间留有必要的间距和一定的舵面积的条件下，适当压低尾框对于低速船完全可行。此外，为降低粘压阻力，对尾部型线进行调整，保证流线更为顺畅。通过船模试验，验证了尾框的设计行之有效，设计吃水下的航速也达到了既定要求。

表1 国内航行散货船与满足CSR协调标志BC-B散货船船体部分要求的对比

将该船与上海船舶研究设计院开发设计的52300t、53800t无限航区双壳散货船和满足CSR要求的57000t散货船进行对比，见表2。因该船型航程短、航速要求不高，型线又是在上述成熟船型的基础上进行优化，改善了船舶阻力性能，故选取MAN/B&W 6S46MC-C7作为主机，功率降至 6830kW/112.1r/min使用。从表2中的数据显示，该型船的单位海里油耗较上述3型船降低达21.9 % ～ 23.5 %；满载载货量在减少5950t ～10660t的情况下，单位载货量的减少、单位海里油耗的降低仍在4.7 % ～ 11.2 %。由此可见，该型船较常规国际航行散货船的燃油消耗大大降低，经济效益明显，在提倡节能减排的今天极具意义。

表2 几型船舶主尺度和油耗比较

3 货舱与压载舱设计

不同的散货，因其积载因数和休止角等参数不尽相同，给货舱的设计带来一定的影响。国内航行船舶因其载货种类较为单一，主要载运煤、铁矿石兼顾谷物，其参数见表3。货舱积载因数可取为1.3～1.4m3/t，而内底斜板角度取 40～45°为宜，以期获得较好的装卸效率。

表3 主要装载货物的属性

一般说来，散货船多为单向运输，压载水舱的设计同样重要。对国内航行船舶而言，压载水总量和压载水舱的布置不必满足CSR的要求，在保证船舶必要的浮态和稳性的前提下，可以适当减少压载水总量。除此之外，还应尽可能地减少压载状态下的中拱弯矩，以降低船体梁的剖面模数，达到减轻结构重量的目的。

以45000吨级散货船为例，在设计初期，其压载水舱的设置参照母型船，把艏、艉尖舱和顶、底边舱均作为压载水舱，总容积比较富余。在满足完整稳性和视线要求的前提下，为找出合适的压载舱设计方案，表4给出了若干组合的对比（注：表中各方案均不使用艉尖舱）。

此外，还应注意到船舶浮心与重心纵向坐标的关系。通常，随着燃油、淡水等的消耗，散货船的重心将会前移，一旦重心纵向坐标Gx大于浮心纵向坐标Bx，将导致埋艏。国际航行船舶因其续航力长，航行出/到港状态重心变化较大，为避免埋艏和螺旋桨出水，需要在航行途中加注压载水。而国内航行船舶消耗品总量相对不多，可以在设计之初综合考虑型线、货舱和压载水舱三者之间的关系，合理布置燃油、淡水等舱，使得航行途中始终保持xG≤xB，在规避国际船级社协会的统一要求S11的同时给航运管理带来便利，提高营运安全性。

表4 压载水舱设计方案对比

4 载货量曲线

根据《国内航行海船建造规范》2006版及其修改通报的要求，对船长150 m及以上的散货船需在装载手册中包含载货量曲线。因相关规范并未提供相应的计算公式，船级社拟定参照CSR的相关公式绘制载货量曲线，有限元计算工况参考《双舷侧散货船结构强度直接计算指南》（2004）进行强度校核。

4.1 MFUL的确定

CSR中规定，MFUL为均匀装载工况下，货舱内货物取虚拟密度（载货量/货舱舱容，最小取 1.0 t/m3）装至舱口围板顶部时的载货量，单位t：

上述计算公式中，虚拟密度最小取值为1.0t/m3，涵盖了绝大部分散货的密度。

该型船主要装载的货物为煤，其次为铁矿石和谷物。除铁矿石外，一般煤和谷物的密度最大值约为0.8547t/m3。以积载因数为42ft3/lt（折合密度约为0.85432t/m3）的谷物装载为例，由于其密度较满载均质货的密度大（一般小于 0.8t/m3），货舱未全满即可达到满载排水量，若采用均匀装载，又有可能因货舱部分装载出现倾侧力矩较大稳性不足的情况，故一般做法是除中间舱部分装载外，其余舱装满。基于这些装载情况，虚拟密度的取值必须大于0.8547t/m3。

4.2 载货量曲线的绘制

事实上，MFUL的确定与载货量曲线的绘制密切相关，这两个因素都将决定船舶营运的安全性和管理的便利性。 MFUL的值越大，航行工况下货舱就可获得更为灵活的装载，但却是以船体结构构件的加大为代价。

图1 有{no MP}标志的BC-B船舶载货量曲线，CSR 2006

按船级社要求，须参照CSR 2006版BC-B或BC-C船舶的公式绘制载货量曲线，如图1所示。而船级社要求的有限元计算包含这样一个工况以对应曲线上的点（0.67TS, MFUL），即吃水为0.67TS，货舱全部满载。据有限元计算结果分析，该工况下，船底实肋板所承受的剪切应力较大，是最为恶劣的考核工况之一。事实上，对于 CSR 2006中 BC-B或BC-C船舶，曲线上的该点应是基于多港工况而考虑的。若具备{no MP}标志，即不要求计算工况6、7，在没有经有限元计算工况校核的前提下仍按图1绘制载货量曲线值得商榷。即便如此，对于无多港口装卸的船舶，具备[0.67TS, TS]这么大一个平台是否切合实际？

基于BC-B船舶的设计工况，显然所有货舱满载而艉倾较大的情况往往比较临界，一般出现在出港工况。以45000吨级散货船为例，表5给出若干典型载货工况下每个货舱的中部吃水。假定所有载货工况下每个货舱均装至 MFUL，表中最小吃水为GLOAD05第 1货舱所对应的 9.566 m，约为0.938TS，远大于0.67TS。通常，国内航行散货船的可消耗品及油、水为满载排水量的2% ～ 3%，满载情况下其布置引起的纵倾不会很大。所以，对于无多港口装卸的船舶，载货量曲线上[0.67TS, TS]的一个平台是不必要的。

表5 载货工况下各货舱中部吃水统计表 m

在CSR 2010版[7]中，对BC-B或BC-C船舶的载货量曲线作了修改，如图2所示。对比图1和图2，可以清楚地看出，2010版中取消了航行工况下[0.67TS, TS]的平台。

图2 有{no MP}标志的BC-B船舶载货量曲线，CSR 2010

综上4.1和4.2所述，对国内航行无多港口装卸的散货船，载货量曲线按照下列2种方法绘制更为合理：

1) 参照CSR 2006版所提供的载货量曲线，设置平台[0.9TS, TS]，MFUL= VFUL·max( MH/ VH, 0.86 )；

2) 参照 CSR 2010版所提供的载货量曲线，MFUL= VFUL· max( MH/ VH, 0.91 )。

上述方法1)还需在有限元计算中包含“所有货舱装满，吃水为0.9TS”这样一个校核工况。公式中所给数据仅供参考，对于具体船型，还需结合实际的工况和有限元计算来确定。目前，方法2)已获得船级社的初步认可，若按照方法1)绘制还需和船级社进一步沟通。

5 结 语

以上海船舶研究设计院针对国内市场专门开发的45000吨级灵便型散货船为例，结合总体设计过程中的体会，简要说明了国内航行散货船在总体设计方面有别于国际航行散货船的一些特点，并就载货量曲线的绘制提出了建议。

[1] IACS. Common Structural Rules for Bulk Carriers[S].January 2006.

[2] 江苏大唐航运股份有限公司. 船舶设计问题讨论会[R].专题会议纪要，2009, 11.

[3] 中华人民共和国海事局. 船舶与海上设施法定检验规则，国内航行海船法定检验技术规则[S]. 北京: 人民交通出版社, 2004.

[4] 中华人民共和国海事局. 船舶与海上设施法定检验规则, 国内航行海船法定检验技术规则, 2008年修改通报[S]. 北京: 人民交通出版社，2008.

[5] 中国船级社. 国内航行海船建造规范[S]. 北京: 人民交通出版社，2006.

[6] 陈晓敏. 浅议45000DWT内贸散货船主尺度的选取[J].船舶设计通讯，2008, (2): 11-14.

[7] IACS. Common Structural Rules for Bulk Carriers[S].July. 2010.