30000t 大件运输船总体设计分析

孙 丽 娜

（上海佳豪船舶工程设计股份有限公司，上海 201612）

0 引 言

大件运输船舶又称重载船，是指用于运输不可分解的、常规船舶不能运输的重件或大件的船舶。设计此类运输重大件货物船舶的最大特点是没有常规或者标准的运作方案，必须针对运输对象的特点和货主的要求，设计专门的运输方案[1]。

这类船舶的明显特点是：1) 船型较肥胖，其船型系数较其他类型船大；2) 具有较大的载货空间，便于装载大型货物；3) 设有高强度的装载甲板，且甲板平坦、位置低、面积大、承重能力强；4) 为了减少装卸操作过程中船舶的横倾角和保持稳性，重大件运输专用船在双层底、舷侧、甚至甲板附近设置大量压载水舱。同时在船舶上配备装载计算机，以便及时显示注、排压载水时对船舶横倾角和稳性的影响[2]。

以30000t大件运输船为例阐述了船舶总体设计思路和布置要点、难点，为同类型船舶设计提供参考。

1 概况

该船是一艘钢质、全电焊、球鼻艏、短艏楼、方型艉部、宽敞作业甲板、双桨双舵电力推进的自航甲板船。主要用于海上油田导管架及平台模块、大型桥梁钢结构主体、大型船舶钢结构主体分段、核电设备、矿山机械集成模块、港口设备、大型成套化工设备、风力发电设备等超大件的运输任务，并可兼顾运输海上石油平台生产所需的带包装的危险品。

船尾部配置两套常规电力推进装置，另外艏部配置两套侧推装置，艉部配置一套侧推装置，满足DP-1作业要求，适用于无限航区。

1.1 船级符号

船级符号：

★CSA Barge Carrier, In-Water Survey, Ice Class B,PSPC(B), DP-1, BWMP, FTP, Loading Computer(S,I)

★CSM MCC, BRC，Electrical Propulsion System

船籍国：中国

挂旗：中国国旗

图1 30000t大件运输船总图

1.2 主尺度及主要参数（见表1）

表1 主尺度及主要参数

2 设计要点

2.1 性能分析

根据耐波性、稳性、操纵性、快速性、大件运输要求以及钢材用量等要求，对主尺度和线型进行合理优化。

2.1.1 线型优化分析

该船为自航大件运输船，需要对线型进行合理的优化和分析，找到合适的低阻力线型。因此，针对船首线型进行流体动力学（CFD）计算分析（见表2），通过有球艏线型和无球艏线型的阻力特性对比，并根据两种线型的航向稳定性等操纵性的比较，最终确定采用带球鼻艏线型（见图2）。

表2 CFD阻力计算结果

图2 自由面波形对比

根据CFD计算分析确定的线型将进一步进行船模试验分析。

2.1.2 操纵性

1) 回转能力。通过回转能力计算结果表明（见图3），12kn航速下，满舵角的DT/L为2.45，Ad/L为2.52，满足IMO操纵性标准。

图3 回转能力计算分析

2) 紧急制动能力。通常以全功率倒车紧急制动运动的无因次停船迹程RL T/来衡量船舶制动能力，L RT/越小制动能力越强。紧急制动能力计算结果表明，全功率倒车紧急制动RL T/ 为5.41，满足IMO操纵性标准。

2.1.3 性能相关参数

1) 干舷：干舷满足《国际船舶载重线公约》对B型船的要求（见表3）。对于港内作业吃水工况T=10.5m，满足《钢质海船入级规范》[3]第5分册第8篇对于大件运输船的补充规定。

表3 干舷核算数据

表4 超压载作业工况的核定标准

2) 完整稳性：完整稳性满足《国际航行海船法定检验技术规则》和IMO 2008 IS CODE极限稳性衡准的要求。该船典型装载工况（见图4）是运输两组7000吨级安装模块，经核算满足规范要求（见表5）。

图4 典型装载工况

表5 典型装载工况稳性校核

3) 破损稳性：破损稳性满足《国际海上人命安全公约》SOLAS[4]第II-1章中对货船的破损稳性要求（见表 6）。

表6 破损稳性核算数据

2.2 总体布置

共设主甲板、艏楼甲板、船员甲板、船长甲板、驾驶甲板和罗经甲板，其中主甲板为连续甲板，其余均位于短艏楼和甲板室内。

在双层底之上设置纵贯全船的管隧（分左右两道），除提供压载水管系、电缆等布置外，同时还作为全船首尾连接的通道。

主甲板以下设有8道水密横舱壁、3道水密纵舱壁以及延伸至船舷和自防撞舱壁延伸至推进器舱的双层底。将船舶主体分割成多个水密舱室。双层底、纵壁与舷侧之间的舱室主要为压载水舱、淡水舱和燃油舱。压载水舱可在装载作业时作为动态压载调平系统，满足吃水要求；纵舱壁之间的舱室，从艏至艉依次被分割为艏侧推兼应急消防泵舱、艏部机舱、压载舱、中部绞车舱、推进器舱、艉侧推舱、舵机舱、艉绞车舱等；双层底高约2.0m，双层底由艉部推进器舱一直延伸至艏部防撞舱壁，主要为压载水舱、推进器舱和机舱；双层底下主要为燃油溢油舱、燃油泄放舱、污滑油舱、污燃油舱、油渣舱、生活污水舱、舱底水舱、艏底压载水舱以及各种功能舱室等。

2.3 外舾装设计

鉴于该船的特殊功能，要求主甲板面要有足够大的作业空间，便于货物的运输及装卸。因此，在做外舾装设计时诸多方面需要考虑。

2.3.1 系泊系统

考虑到甲板面上不能设置固定设备，艉部系泊系统布置在主甲板以下的艉绞车舱里（见图5），艉部和舷侧出绳，航行时出绳口设置风雨密风暴盖，满足系泊和破损稳性的要求。

主甲板两舷设置4对带缆桩（见图6），主要布置在甲板舷边深度为1.5m的凹陷结构内，带缆桩旁设置直梯，便于人员出入进行操作。当运输大件货物时，此结构上方设置带支撑的盖板，以解决货物支承点落在此凹陷结构上的问题。

2.3.2 舵系统

由于需要具有较好的低速操纵性、回转性及航向稳定性，常规舵不能满足实际航行要求。因此，考虑选择襟翼舵或者吊舱式推进器。

襟翼舵在相同操纵性要求下，所需要的舵面积小、回转直径较小、在低速和小角度下具有较好的舵效、应舵速度较快、航向稳定性好且性价比较高。

所以在艉部设置2套襟翼舵，布置在螺旋桨后面艉流内。与艏、艉侧推、主推进器共同满足船舶航行及DP-1定位要求。

2.3.3 螺旋桨

螺旋桨采用的理论设计方法是基于美国麻省理工学院Kerwin教授的螺旋桨数值升力面理论，称之为数值升力面方法或窝格法。应用自行开发、并经多年实践考验的螺旋桨设计程序包设计的适伴流螺旋桨（见图7），可对包括桨叶效率、空泡和强度等作全面的设计质量分析。

该适伴流螺旋桨的效率相比于MAU图谱桨的效率大约可提高2%。

图5 艉绞车舱布置

图6 舷侧带缆设备

图7 适伴流螺旋桨

2.3.4 声光信号

该船上层建筑设置在艏部艏楼甲板上，雷达桅布置在上层建筑顶部，罗经甲板上，前桅布置在罗经甲板前端。前桅灯与后桅灯间间距不能满足《国际海上避碰规则》所要求的大于L/2的要求，需要豁免。艉旗杆布置在主甲板艉部靠舷侧的部分，设计为可倒、可拆卸式以适应装货、运输的需要。

2.3.5 侧推布置

艏部设置两台2000kW管隧式侧推器，艉部呆木处设置一台2500kW管隧式侧推器，能够在环境条件：浪高2m，流速2kn，风速16.8m/s下自动保持船舶的位置和艏向，满足DP-1定位要求。

3 结 语

近年来，随着重型大件运输业务的快速发展，大件运输业务的增加，需要对大件运输船的稳性衡准、结构优化、局部强度、装卸条件、绑扎技术等进行系统研究；以特殊装备运输需求为导向，进一步探索开发适应性更强的大件运输新船型，以适应不断大型化、特殊化和不断增加的大件运输业务[5]。

[1] 苏晨. 大件运输船舶发展现状与动态[J]. 船舶工程，2012 (3): 1-2.

[2] 卫家骏. 重大件运输专用船舶及其货运技术[J]. 世界海运，2002 (4): 11-12.

[3] 《钢制海船入级规范》[S]. 2012.

[4] 《国际海上人命安全公约》SOLAS[S]. 2009.

[5] 贺才伟. 我国大件运输现状[J]. 大科技，2013 (19): 145 -146.