船舶舾装数计算及系泊设备参数确定

潘生兵，程慧勇，李 亮，顾亮亮，饶勇丰，胡 冰

（金海重工设计研究院，a.开发研究所船体室；b.民品设计所船体室；c.开发研究所总体室，上海 200120）

0 引言

船舶舾装数的计算是否合理将直接影响着系泊设备性能选择的高低，由于外载荷（风、浪、水流等）的种种原因，则要求系泊和锚泊设备具有足够的安全性，系泊和锚泊安全性能又将直接引领着整条船舶的安全性能，由船舶舾装数引起的船舶安全性能历来受到造船界的极大关注。

处于锚/系泊状态的船舶，由于受到随机性的外载荷影响，使得船舶同样处于不同的运动形式之间，各种运动形式的相互耦合形成了含有参数激励的非线性动力系统，这些复杂多变因素致使人们对锚/系泊参数选用依据的舾装数的研究进展十分缓慢。到目前为止，对舾装数的计算，各国规范均有各自明确的定义，致使计算结果种种不一。本文作者将以实船为例，围绕舾装数中的规范船长的选取细节展开综合分析，提供选取依据，从而计算船舶舾装数，进而确定各系泊设备参数。

1 船舶舾装数的相关参数

1.1 各参数的定义

虽然船级社的规范都有相关计算公式，但长期以来各规范对舾装数计算的许多细节却没有明确规定，导致计算方法存在差异。下面主要详细介绍各个参数的确定原则。根据散货船共同结构规范要求，舾装数计算公式[1]为：

式中，Δ为船舶结构吃水的船舶型排水量，t；B为船宽，在船舶的最宽处，由一舷的肋骨外缘量至另一舷的肋骨外缘之间的水平距离，m；h为结构吃水至最高层甲板室顶部的有效高度，m；A为规范船长范围内，结构吃水以上的船体部分和上层建筑以各层宽度大于B/4的甲板室的侧投影面积之和，m2。其中，在计算 h时不考虑舷弧和纵倾，h按下式得出：

其中，a为船中干舷，从结构吃水至上层甲板，m；hn为宽度大于B/4的n层上层建筑或甲板室中线处高度，宽度大于B/4的甲板室如在宽度为B/4或以下的甲板室之上，应计入上面的甲板室而忽略下面的甲板室，应特别注意的是最低层甲板室的 h应在该甲板室中心线处上甲板量起，或如上甲板有局部不连续时，则自假想的甲板线量起，m。

2 船舶舾装数的计算

各参数数字处理：尺度，如长度、高度、宽度等，四舍五入至小数点后二位数。型排水量Δ取整数。本文以金海重工设计研究院设计的81500t散货船为基础，结合散货船共同规范（CSR），对系泊设备各参数的确定过程进行详细分析。

2.1 船舶的主要参数

总长 229.00m，结构吃水线长 229.00m，垂线间长225.50m，型深20.05m，型宽32.26m，结构吃水14.45m，设计吃水12.20m，载重量81500t，具体如图1所示。

图1 81500吨散货船总布置图

2.2 规范船长的选取及侧投影面积的计算

根据《钢质海船入级规范》定义，规范船长L：沿设计结构吃水，由首柱前缘量至舵柱后缘的长度；对无舵柱的船舶，由首柱前缘量至舵杆中心线的长度，但均不得小于结构吃水总长的96%，而不必大于97%；对于箱形船体，为沿结构吃水自船首端壁前缘量至船尾端壁后缘的长度m。

对规范船长L的选取一直以来没有明确的规定，规范船长的直接影响着侧投影面积的大小，进而直接影响着船舶舾装数的大小。在国内各船厂及设计院针对规范船长的选取均有各自选取法则。量取方式也各有不同。

为了保证系泊设备的安全可靠，在本文中，规范船长L选取结构吃水总长的97%（最大值），即L=229000mm×97%=222130mm，且量取方法以得出最大的侧投影面积为准。

量取法一：以规范船长L为线段，其中点与船舯位置对齐，沿结构吃水线向船艏、艉方向量取L=222130mm，并计算得出侧投影面积（阴影部分）A1=1320.908m2，如图2所示。

量取法二：以艏垂线（艏柱前缘）与结构吃水线相交处为起点，沿结构吃水线向船艉方向量取L=222130mm，并计算得出侧投影面积（阴影部分）A1=1326.408m2，如图3所示。

图3 船体结构吃水以上侧投影面积

量取法三：以结构吃水线与船艏相交处为起点，向船艉方向量取L=222130mm，并计算得出侧投影面积（阴影部分）A1=1330.798m2，如图4所示。

图4 船体结构吃水以上侧投影面积

通过以上三种量取方法分析对比，量取方法三所得的侧投影面积最大，即：从结构吃水线与船艏相交处为起点沿结构吃水线向船艉方向量取结构吃水线总长的97%，这样所得的侧投影面积最大，从而所计算的舾装数也最大，进而所选用的系泊设备更加地安全牢靠。

2.3 型排水量确定

型排水量是用来表示船舶尺度大小的重要指标。结构吃水的型排水量就是结构吃水时的型排水量。由于静水力曲线表能表示船舶正浮状态时的浮性要素、初稳性要素和船型系数等，因此，通过查静水力曲线表可知该船结构吃水时的排水量为95047t。

2.4 确定有效高度

由规格书可知，各层甲板高度如下：上甲板到A甲板高度h1为3.2m；A甲板到B甲板的高度h2为2.8m；B甲板到C甲板的高度h3为2.8m；C甲板到D甲板的高度h4为2.8m；D甲板到驾驶甲板的高度h5为2.8m；驾驶甲板到罗经甲板的高度h6为2.8m。

图5 横剖面图

由图5可知：上层建筑各层甲板室的宽度均超过了B/4，因此：hn=h1+h2+h3+h4+h5+h6=17.20m；船中干舷a=D-T=20.05m-14.45m=5.60m。其中，D为型深，在船长中点处，沿船舷由平板龙骨上缘量至上层连续甲板横梁上缘的垂直距离，需要注意的是对甲板转角为圆弧形的船舶，则由平板龙骨上缘量至横梁上缘延伸线与肋骨外缘延伸线的交点，m；T为结构吃水，在船长中点处，由平板龙骨上缘量至结构吃水的垂直距离，m[2]。

因此可以确定：

2.5 确定侧投影面积

侧投影面积A为规范船长L范围内，上层建筑以及各层宽度大于B/4的甲板室的侧投影面积A2以及结构吃水以上的船体部分侧投影面积A1之和。规范船长为：L=0.97LWL=0.97×229.00m=222.130m。由图4和图6可知：A1=1330.798m2，A2=236.60m2。因此：A=A1+A2=1567.398m2≈1567.40m2

2.6 舾装数的计算

图6 上建侧投影面积

根据上述求得的各项数据，可得知该船舾装数如下：

3 船舶锚泊、系泊参数确定

3.1 确定锚重及锚重

根据已取得的舾装数，查表1[3]可知：该船舾装数3600

表1 舾装数表

根据《GB/T 549-1996 电焊锚链》，直径81mm的三级电焊有档锚链的最小破断负荷PMBL=4820kN。

3.2 确定拖索及系泊索

根据已取得的舾装数，查表2[4]及表3[5]可知：拖索钢丝绳最小长度300m，破断负荷BL=1471kN。

据此，规格书配备1根拖索钢丝绳，长度300m，抗拉强度不小于1770N/mm2，6股与1纤维芯。

因表2所查出的破断负荷是天然纤维索的破断负荷。由于规格书要求的系泊索为聚丙烯索，属于合成纤维索。根据钢质海船入级规范要求，合成纤维索破断负荷BLS和天然纤维索破断负荷BLN的等效公式[5]为：

式中，δ为合成纤维索破断时的伸长率，应假定不小于30%。

因此，系船索破断负荷 BLS≥7.4×30%×(612)8/9=665.98(kN)≈666(kN)。

根据缆绳数值表[6]，可以确定系泊索应选直径72mm的八股聚丙烯索。

据此，规格书配备10根，每根长220m，直径为72mm的，破断负荷大于666kN的八股聚丙烯索。

表2 拖索和系船索

表3 钢丝绳构成

4 船舶锚机参数确定

4.1 锚机持续工作拉力的计算

根据规范要求，锚机应能至少提供30min的持续拉力。由于本船选择的锚链材料等级为3级（极高强度钢），根据表 4[7]可知：锚机持续拉力Pc=0.0475d2=0.0475×812=312(kN)。

表4 锚机持续拉力

4.2 临时超载能力

根据规范要求，锚机原动机在起锚时应有必要的临时超载能力。临时超载能力应不小于持续工作拉力Pc的1.5倍，并持续至少2min。在此超载期间的速度可低于 9m/min。因此，锚机临时超载能力PL=1.5×Pc=1.5×312=468(kN)。

4.3 起升速度

在起升锚和锚链时，锚链起升平均速度，应不低于9m/min。该速度在全程按2节锚链测量。试验开始时，3节锚链（82.5m）应完全浸没在水中。

4.4 掣链器

掣链器应能承受锚链破断负荷80%的拉力。因此，该船所选掣链器的负荷Fc=0.8×PMBL=3856(kN)。

4.5 锚机刹车力

锚机刹车装置应能在抛锚时，足以使锚和锚链安全地停住。锚机与掣链器同时使用时，锚机刹车刹紧后应能承受的静拉力为所通过锚链的最小破断负荷的45%，受力部件或刹车片应无永久变形。因此，锚机刹车力FW=0.45PMBL=2169(kN)。

5 船舶系泊绞车参数确定

5.1 最小额定拉力

系泊绞车最小额定拉力应不小于系泊索破断负荷的22%，不大于系泊索破断负荷的33%。因此，本 船 系 泊 绞 车 拉 力 0.22BLS≤P≤0.33BLS， 即147kN≤P≤220kN。查看 OCIMF规范[8]，本船系泊绞车拉力确定为160kN（16.32t）。

5.2 起升速度

由于系泊绞车拉力确定为160kN，根据OCIMF规范，最小额定速度应为15m/min。无负载时，系泊绞车的起升速度应不小于45m/min。

5.3 刹车力

系泊绞车刹车力应为系泊索破断负荷的 80%，故该船系泊绞车的刹车力为：0.8BLS=0.8×666=533(kN)。

6 船舶系泊设备选型

根据以上计算结果，可以很容易地确定锚机和系泊绞车的相关参数如表5所示。

表5 锚机和系泊绞车相关参数

7 结束语

本文针对船舶舾装数中的规范船长选取法则及量取方案进行了深入探讨，并提供了笔者在船舶设计过程中的选取方案。通过实例，详细地阐述了与散货船系泊设备相关的各个参数的选取依据和选取方法，详细地分析了各个参数计算过程中的重点和难点，使设计人员可以较快地掌握计算要领，准确确定系泊设备的各个参数。

系泊及锚泊设备是船舶舾装专业的重点设备，能够很好地掌握船舶舾装数的计算方法，准确地确定系泊设备参数，对提高设计人员的设计水平有着重要的意义。

[1] 中国船级社. 钢质海船入级规范[S]. 第7分册. 北京:人民交通出版社, 2006: 10-313.

[2] 王滇庆. 船舶舾装数计算指南[J]. 船舶, 1997(2):29-33.

[3] 中国船级社. 钢质海船入级规范: 第7分册[S]. 北京:人民交通出版社, 2006: 10-311, 312.

[4] 中国船级社. 钢质海船入级规范: 第7分册[S]. 北京:人民交通出版社, 2006: 10-317.

[5] 中国船级社. 钢质海船入级规范: 第7分册[S]. 北京:人民交通出版社, 2006: 10-318.

[6] OCIMF. Mooring equipment guidelines[M]. 3rdedition.2008: 120.

[7] 中国船级社. 钢质海船入级规范: 第7分册[S]. 北京:人民交通出版社, 2006: 10-319.

[8] OCIMF. Mooring equipment guidelines[M]. 3rdedition.2008:155.