极地破舱稳性及其在多用途船上的应用

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(南通中远川崎船舶工程有限公司，江苏 南通 226001)

极地破舱稳性及其在多用途船上的应用

葛沛，刘灿波，马宇斌，王楠

(南通中远川崎船舶工程有限公司，江苏 南通 226001)

根据《极地水域船舶航行安全规则》第4章分舱与稳性，对中远川崎船舶工程有限公司自主研发的2万 t级极地多用途船进行极地破舱稳性的计算，探讨IMO RES.A.1024(26)决议及该极地规则对极地航行船破舱稳性计算的影响。计算结果表明，该极地规则将影响船舶的总体布置和装载工况。

多用途船；《极地水域船舶航行安全规则》；破舱稳性；PC code

随着全球气候变暖，极地北冰洋冰盖的融化加速，北极航道的开通已成为可能。北极航道相对传统的苏伊士航线航程缩短，经济效益显著。极地运输船舶的开发迎来重大的发展机遇。国际海事组织(IMO)制定了关于极地航行船舶的设计建造等方面的规则。

在2万t级直艏多用途船的基础上研发冰级为PC-6的极地多用途船。根据IMO RES.A.1024(26)决议和《极地水域船舶航行安全规则》以下简称《极地规则》，极地破舱稳性应当采用确定性方法进行计算[1]。

确定性破舱常用于干舷裕度较高的液货船、B-60或B-100船舶。对于极地航行船舶，尽管破损是随机的，各种可能的水密舱壁分隔情况在浸水之后对船舶残存能力的贡献也存在概率因素。但是极地航行船舶数量不多，极地海损事故统计数据少，难以进行极地破舱稳性概率衡准。《极地破舱稳性规则》仍是确定性计算方法。考虑依据实船设计计算，探讨IMO RES.A.1024(26)决议和《极地规则》在破舱稳性方面的差异。

1 《极地规则》和IMO RES.A.1024(26)决议对比

与概率破舱稳性不同，极地确定性破舱规定了船体破损的范围、位置以及破舱前后的状态，确定一个或几个最危险的破损舱或舱组，计算出破舱前后的浮态和稳性，按照规定的残存条件衡准船舶是否满足破舱稳性的要求。

与IMO.RES.A.1024(26)决议相比，《极地规则》关于船舶破舱稳性主要差别如下。

1)初始工况不同。IMO.RES.A.1024(26)决议中规定极地破舱稳性初始工况需要考虑所有极地实际营运工况。新生效的《极地规则》明确指出初始工况为按照《SOLAS II-1/7规范》概率破舱计算分舱指数的所有工况，即最深分舱吃水ds、轻载航行吃水dl、部分分舱吃水dp(SOLAS II-1/2.10,2.11及2.12中定义)对应的虚拟工况。

2)破损范围不同。IMO RES.A.1024(26) 规范对纵向、横向和垂向的破损范围以及破损沿船宽或船长方向的位置，具体规定如下。

①冰区最大装载水线的最大船宽向前，破损范围为0.045L(L为最深冰区装载水线长度)，否则为0.015L。

②横向破损范围为整个破损范围内沿外板法向760 mm。

③垂向破损范围取20%的冰区高位吃水或者纵向破损范围长度中的小者。

④冰区破损的中心位于龙骨至1.2倍冰区高位吃水之间的任意一点。

⑤垂向破损的范围可以假定位于龙骨与1.2倍的最大冰区吃水之间的任何垂向位置。

决议同时指出对于PC-6、7级别的极地船，如果不装载会产生污染的危险货物，破损范围可以假定位于水密横舱壁之间，除非横舱壁的间距小于破损长度。

《极地规则》删除了冰区破损的中心位于龙骨至1.2倍冰区高位吃水之间的任意一点的条款。同时免除了对于PC-6、7级别的极地船，如果不装载会产生污染的有害货物，并且横舱壁间距大于破损长度时，破损范围可以假定位于水密横舱壁之间的条款。

2 2万 t级极地多用途船简介

垂线间长：179.5 m；

型宽：28 m；

设计吃水：9.2 m；

夏季吃水：10.5 m；

冰区高位吃水：10.73 m。

该船能够通过新巴拿马运河，满足最新的各类海事规范、规则，包括NOxTier II排放标准，双壳燃油舱保护等要求。配备单机可调螺距螺旋桨，全船连续甲板；艏部采用斜艏结构，居住区和桥楼位于艏部，居住区全封闭，两翼延伸至舷侧；机舱位于艉部，配备侧推器。

3 极地确定性破舱计算

极地多用途船极地破舱稳性采用船舶设计软件NAPA，主要计算过程见图1。

图1 极地确定性破舱稳性计算过程

1)初始工况定义。轻载航行吃水dl：取为实际装载工况中压载到港的吃水和纵倾值。

最深分舱吃水ds：取结构吃水，10.5 m。

部分分舱吃水，dp=dl+0.6(ds-dl)，实际取8.3 m。

根据装载手册中实际装载工况，本船的纵倾范围为-0.88～2.00 m，破损计算零纵倾状态可以覆盖的纵倾范围为±0.5%Ls(Ls为分舱长度)即-0.88～0.88 m。增加了纵倾1.2 m的状态，以包括所有实际装载工况的纵倾值。2个计算纵倾状态覆盖的纵倾范围达到了-0.88～2.08 m，覆盖了实际装载工况的纵倾范围。见表1。

2)破舱工况。根据极地规则对破损范围的规定，确定极地破损纵向范围见表2。

3)极地破舱稳性计算结果分析。IMO RES.A.1024(26)决议和《极地规则》要求所有工况在冰区破损后的生存概率因子等于1。根据IMO RES.A.1024(26)决议计算破舱稳性，结果显示生存概率因子均达到1，满足规范要求。

表1 极地破舱初始工况

表2 极地破舱破损范围

极地规则破舱稳性计算中，初始工况为按照SOLAS II-1/7规范概率破舱计算分舱指数的所有工况，即最深分舱吃水ds、轻载航行吃水dl、部分分舱吃水dp对应的虚拟工况。破损范围与破损工况与按IMO Res.1024决议破舱稳性计算相同。最深分舱吃水纵倾1.2 m初始工况在机舱破损时下不能满足规范要求。计算结果见表3。

表3 原设计方案破损计算结果

4)提高生存概率因子。极地规则破舱稳性不满足(生存因子小于1)，体现在2点：考虑到下沉、横倾和纵倾后的水线应低于可能发生继续进水的任何开口的下缘；最大复原力臂仅0.11 m，未达到0.12 m以上。

对于第1点，在NAPA中查看被淹没的开口，并适度加高，使最终稳定后的水线低于可能发生继续进水的开口的下缘。对于第2点，船舶在一定排水量下产生小横倾时，初稳性高越大，复原力臂也越大，即抵抗倾斜力矩的能力越强。在不修改型线的前提下，增加初稳性高值是提高复原力臂的首选方法。

计算发现最深分舱吃水对应的初稳性高值提高到1.44 m，可满足规范要求；另外初始纵倾从1.2 m降低到0.9 m时，也可满足规范要求。但注意到SOLAS规范中分舱与破舱稳性部分要求初始纵倾在考虑±0.5%Ls范围后应包括所有营运纵倾。因此，如果降低计算中选取的初始纵倾值，则装载手册中的营运载况纵倾范围将受到一定限制。考虑到目前营运装载工况的初稳性高均大于1.44 m，因此设计中通过提高部分空气管头高度和初始工况初稳性高来满足规范要求。

4 结论

极地破舱稳性的残余性能关乎船舶在极地的安全及环境保护问题，因此，极地船舶的设计研发需要关注国际公约和标准的发展动态。《极地规则》于2017年1月1日生效，替代IMO. RES.A.1024 (26)决议。针对《极地规则》和IMO. RES.A.1024(26)的要求计算极地多用途船的破舱稳性，为满足《极地规则》的要求，可以提高部分空气管头的高度、初始装载工况的初稳性高，降低初始装载工况的纵倾等。但提高初稳性高、降低纵倾均会影响船舶营运装载，因此设计时需要平衡多种因素，必要时可以改变舱室划分和型线。

[1] IMO.SOLAS综合文本2009[S].北京：人民交通出版社,2009.

[2] IMO. Resolution MSC.385(94) INTERNATIONAL CODE FOR SHIPS OPERATING IN POLAR WATERS (POLAR CODE)[S]. IMO,2015.

[3] IMO. Resolution A.1024(26) Guidelines for Ships Operating in Polar Waters[S]. IMO,2009.

[4] Finnish Maritime Administration. Guidelines for the application of the Finish：Swedish Ice Class Rules.2008.

[5] NAPA O Y. NAPA online manuals[Z]. Damage Stability (DAM),2010.

[6] 张东江.北极航区分析及极区船舶总体性能研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2012.

Damage Stability of Polar Code and Its Application on Polar Type Multi-purpose Ship

GEPei,LIUCan-bo,MAYu-bin,WANGNan

(Nantong COSCO KHI Ship Engineering Co. Ltd., Nantong Jiangsu 226005, China)

Based on the latest regulation “International Code for Ships Operating in Polar Waters”(hereafter called “PC Code”), the damage stability of the 20,000 DWT polar type multi-purpose ship designed by Nantong COSCO KHI shipyard was calculated to research the difference of damage stability between IMO RES. A.1024 and Polar Code, and the influence of IMO RES. A.1024 and Polar Code upon damage stablity calculation for polar type ship. The results showed that Polar Code has higher impact on ship’s arrangement and cargo loading due to high requirements of damage stability.

muti-purpose ship; polar code; damage stability; PC code

U662.2

A

1671-7953(2017)06-0042-03

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.06.009

2016-12-29

2017-04-13

中远集团资助项目(2013-1R-008)

葛沛(1986—)，男，硕士，工程师

研究方向：船舶总体设计