105000 DWT散货船总体设计

王亚磊 冯国垠

（上海船舶研究设计院，上海201203）

0 前言

近年来受全球金融危机影响，国际航运市场持续低迷，船舶运价不断降低，造船订单大幅度萎缩，短时间内市场回升的可能性较小。面对如此低迷的大环境，如何在日趋激烈的市场竞争中获取船东的信任并赢得订单是设计者面临的课题。只有通过技术创新不断提高船舶经济性指标，优化设计以减轻空船自重，降低油耗，开发出节能环保的绿色船舶，才能立足市场，引领市场。2014年，福建省海运集团有限责任公司需开发一型可以停靠10万吨级码头的最大载重吨的散货船，主要运输煤炭。为了满足船东的需求及新的国际海事规则规范，以此为契机开发了105000 DWT新一代超巴拿马型散货船。

1 设计概况

该船为单机、单桨推进的单舷侧散货船，国际航行无限航区，单层连续甲板、直立船首、方尾和7个货舱。机舱及居住区域位于尾部，适装货品主要为煤炭、铁矿石、谷物等散装货。总布置图如图1所示。

主尺度及基本参数如下：

图1 总布置图

2 设计特点

由于该船东运营航线较为固定，运输货物多为煤炭。经过多次调研，考虑到常用港口的吃水限制，最终将结构吃水确定为13.99 m。

2.1 总体布置

该船货舱区域设置7个货舱，其中第4货舱兼做风暴压载舱，以增加吃水提升压载航行的安全性。考虑到该船型深高，第2和第6货舱兼做港口压载舱，以满足部分港口对空气吃水的要求。

舷侧设置顶边舱和底边舱。其中，第1至第5压载舱的顶、底边舱连通，连通方式采用钢结构围阱形式。第1、第2燃油舱布置在第6、第7货舱区域的顶边舱，与舷侧设置有隔离空舱以满足MARPOL燃油舱保护要求。洗舱水舱及污水舱对称布置在第6货舱区域的顶边舱前端［1］。

由于该船螺旋桨直径大，在线型开发、压载水舱布置等方面综合考虑螺旋桨浸没、最小首吃水要求等，以平衡浮态与总纵强度。

2.2 快速性和操纵性

该船线型以上海船舶研究设计院散货船数据库的优秀线型为母型，在保证载重量的前提下，对线型进行了一系列优化。

1）经过CFD评估与优化，设直立船首，从而增加水线长度，有效地减小首部水线的进流角和首肩部水线的变化率，改善首部和全船的压力分布，减小船舶兴波阻力、黏压阻力。

2）优化尾部线形，降低尾框，改善了尾部伴流，有效降低阻力，如图2所示。

图2 尾框线形优化前后对比

3）采用低转速的G型机，增大螺旋桨直径，从而提高了螺旋桨推进效率。通过加装消涡鳍，消除尾涡，进一步提高效率，设计桨水池船模试验达到规格书要求，最终实船试航航速超过了合同的要求。

3.5.3 口腔疾病防治措施 告知孕妇要定期检查口腔，稍有不适立即就诊。如早期龋要及时充填；急性牙髓炎可在局麻下无痛开髓，急性根尖炎要及时疏通根管；牙周炎要及时洁治；智齿冠周炎要早期冲洗等等，避免炎症进一步扩散。一旦脓肿形成要及时切开引流，最大限度减少疼痛及不适，必要时在胎心监护下进行。需要注意的是妊娠晚期口腔治疗要简单易行，不要让孕妇长时间仰卧于牙椅上，导致体位性低血压，影响胎盘血供。

对于肥大粗短的超大船型，其航向稳定性与应舵性差。所谓航向不稳定性，是指在直航中，当受到外力作用原航向偏转时，即使取消了外力，甚至给以相反方向的外力，船的偏转也难以复原。这样的船舶应舵性很差。特别在低速航行时，其航向稳定性和操纵性会进一步下降。

该船在线型设计时，充分考虑了操纵性能的需求。在尽可能不影响快速性能的前提下，增加了尾部水下侧投影面积，提高船舶的航向稳定性能；同时采用高效舵线型，改善船舶整体的操纵性。实船试航结果显示该船具有良好的操纵性。

2.3 空船自重控制

105000 DWT散货船与母型船的主要尺度参数及设备差别不大。为保证合同载重量指标，需要对全船的空船自重进行精确的控制，采取各种手段减轻自重。由于中拱最大弯矩出现在压载工况，设计之初对空船自重和重心进行逐项统计，优化首尾尖舱容积达到既满足浮态要求，又降低中拱弯矩。另外在满足施工要求的前提下调整内壳线形减少第1压载舱的压载水量，以达到降低中拱弯矩的目的。经过调整，该船的中拱设计弯矩比母型船降低了11%。

通过前期设计的优化布置及整个详细设计过程中对空船自重的严格控制，最终实船载重量满足合同的要求。

2.4 振动噪声控制

国际海事组织颁布了MSC.337（91）决议。该决议旨在保护人员免受噪声危害，对船舶噪声等级提出的更为严格的要求。该决议已于2014年7月1日生效。虽然该船建造日期早于决议生效日期，并不需要满足该决议。但考虑到船东对振动噪声的问题格外重视，因此在前期布置时进行了综合评估，详细设计时采取了以下措施：

1）居住处所布置尽量远离噪声源。

2）与机舱相邻的上甲板局部舱室采用浮动地板。

4）机舱平台开口处的端部横梁和纵桁适当加强并增加支柱。

5）在主机一侧设置横撑。

6）上层建筑的纵横钢围壁从上到下保持连续对齐。

7）罗经甲板上的雷达桅采用门字桅并进行了加强。

8）烟囱前端的左右端壁增加腹板，既降低烟囱振动，也阻断机舱风机对上建的噪声空气传播。

9）采用有限元方法对尾部机舱、上建、烟囱等进行振动分析（如图3所示）。通过分析校核，预测可能出现振动的潜在区域，并及时消除风险。

图3 振动分析的有限元模型

实船试航测试结果显示：所有舱室的测量值都低于IMO A.468（Ⅻ）要求的极限值。仅有2个舱室比MSC.337（91）决议要求的限值高2 dB。振动测试结果满足 ISO 6954∶2000（E）要求。

2.5 船体变形的实船验证

根据设计经验，船舶的船长越长，船体的中垂、中拱的变形量越大。以该船为研究样本，在投入营运后，采集了几个航次拱垂变形量的实船数据进行分析。对船体中拱中垂变形量的评估要求可以参照中国船级社 （CCS）《钢质海船入级规范》第七分册散货船结构（CSR）第7篇第2节。规范要求如下：通过有限元分析得到的船体外底板相对变形量不应超过货舱段长度的1/150。但以上规范仅仅针对货舱段挠度变形的限制，并没有整船变形的要求。为找出该船的极限变形量，模拟了中垂变形最大的极限工况，即首尾两端货舱少装货，中间货舱多装货。在船体剪力和弯矩达到极限强度的状态下，通过NAPA软件计算，中垂变形量约200 mm（如图4所示）。该极限变形量跟采集的拱垂变形量数据相近，并继续跟踪对比了往返几个航程的不同装货情况下的挠度变化，实船的变形量都在正常变形范围内，因此只要按照装载手册和装载计算机的要求进行操作，可以认为其装货工况都是安全可靠的。

图4 船体梁中垂极限变形工况下的变形量曲线

3 结语

该船在优秀母型的基础上优化升级，满足新的规范规则，提高了船舶的经济性指标，有效地控制了空船自重和船舶振动噪声等技术问题，且满足新巴拿马运河通航要求。该船一经交船，就投入运营，从天津港运至福建鸿山电厂，实现大宗煤炭的北煤南运，大大降低船东的营运成本，获得了船东的好评，市场反馈良好。