MR型油船的分舱布置优化设计

陈洁礼 朱成平

（广船国际技术中心）

0 前言

随着船级社新规范的不断生效，船东要求柴油机NOx排放满足TierⅢ、硫化物SOx排放区域要求，对压载水处理装置、污水处理系统和舱底水排放监控等环保的要求也越来越高，因此旧船型已经难以满足各国船东的要求。如果旧船型只求满足新规范的要求而不作优化，就会导致艉部机舱处的设备更多，重量更重，从而大大影响本船的静水弯矩，进一步增加结构重量和建造成本。有见及此，公司致力于通过技术优化手段降低船舶的建造成本，对现有的 MR型化学品船/成品油轮研发更新，优化机型、船体线型、分舱布置和船体结构，并成功推出满足市场要求的新船型。

1 船舶许用中拱和中垂静水弯矩限值

船体结构在设计之初，都要考虑静水弯矩对船舶的结构影响。根据结构共同规范CSR的要求，设计者应提供船体梁许用中拱和中垂静水弯矩限值，对应航行工况是Msea,对应港内/遮蔽工况是Mhard。对于港内/遮蔽工况下，纵向任一位置处的船体梁最小中拱和中垂静水弯矩Mharb=1.25Msea。

在货舱区域的各个横舱壁、货油舱中部、防撞舱壁、机舱前壁以及机舱前后舱壁之间的中点位置处，应给出船体梁许用中拱和中垂静水弯矩限值，如图1所示。

但是对于船舶实际需要承受的中拱和中垂静水弯矩，需要按照规范要求以及和船东约定的工况通过配载计算得出，也就是说设计者应提供船体梁许用中拱和中垂静水弯矩限值，既要满足结构共同规范CSR的要求，也要满足船舶实际航行工况的要求。对于MR型的油船，其配载得出的中垂静水弯矩，通常会比规范值小。在结构计算的时候采用规范值进行校核，中拱静水弯矩却会比规范值高出很多。因此，如何在初步设计之初就通过优化总体布置来降低中拱静水弯矩，是降低船体结构重量比较有效的手段。

图1 静水弯矩分布图

2 本船的总体性能要求

在分舱、浮态和稳性方面，本船的分舱和稳性设计需满足有关规则规范的要求，适航于无限航区。本船的分舱按照船东的要求可装载IBC Code2/3类化学品，首次采用3对大舱+5对小舱的分舱模式（大舱舱容为4000～5000立方米，小舱舱容不超过3000立方米），经过多次的稳性计算，最终把三对大舱定在中间位置，使本船在各种装载状态下，有足够的稳性及合适的纵倾，而且必须有足够的总纵强度以避免装载上的限制。本船在货油舱区域设置6对压载水舱、机舱设置3个燃油深舱、2个低硫燃油深舱及燃油、低硫燃油日用柜、沉淀柜各1个，设置了1个MGO深舱及1个MGO日用柜，并按要求设置滑油舱、淡水舱、锅炉水舱等。

船东要求，对于货舱的结构设计需要满足满舱装载重密度1.26t/m3的货物要求（传统的设计只需要满足1.025t/m3），这个要求既是对结构设计的一大挑战，也必然会导致空船重量的增加，从而导致静水弯矩的增加，给结构设计带来新的困难。另一方面，船东在设计之初要求本船必须满足SCRUBBER READY，闭式循环的除硫系统在机舱区域增加将近400吨的重量，该要求大大增加了本船的中拱静水弯矩，同时也增大对艏部压载舱的需求，以保证艏部最小吃水的规范要求。

图2 本船的简要总布置图

图3 压载出港工况的弯矩曲线图

图4 淡水舱设置于艉部

3 优化中拱静水弯矩的方法

中拱，是指浮于水面的船舶重力和浮力纵向分布不对称，在船舶中部浮力大于重力，艏艉部重力大于浮力情况下产生的船舶中部拱起的一种纵向弯曲状态。

3.1 优化艏艉处的线型，减少艏艉处的重量

图5 淡水舱设置于机舱内

本船的线型通过CFD优化，采用中间肥大艏艉瘦削的新线型，在型宽从母型船32.26m改为32m的情况下，仍能保证舱容满足船东的要求。本船通过优化艏艉处的线型，大大减轻了艏部和艉部的重量，和母型船相比，本船的艏部重量减少了120吨，艉部和机舱区域重量减少了200吨，对减少本船的中拱弯矩起到显著的作用。

3.2 优化压载舱布置

增加船舶舯部的重力可以减少中拱，但增加船舶舯部的重力只能通过增加货舱区域的压载水来做到，这样就会减少货油舱的体积，与船东的利益背道而驰，因此不能盲目加大舯部压载舱。通过配载规范及校核船东要求的每个工况，可以得知本船最大的中拱静水弯矩出现在压载出港的工况中。而在本船的压载出港工况中，满足规范对纵倾的要求只需要1号到5号压载舱打水。查看该工况下的弯矩分布曲线可知（见图3），本船的中拱峰值在肋位Fr85-FR140左右的地方，于是把5号压载舱的后壁定在Fr85处，令本船的压载出港工况既能满足规范要求，也把压载水都压在中拱峰值的地方。此举改变了一贯压载舱的水密舱壁与货油舱水密舱壁在同一位置的做法，通过调整双层底处压载舱的位置，达到减少最大的中拱值的目的。

图6 优化前的最大中拱静水弯矩

图7 优化后的最大中拱静水弯矩

3.3 优化淡水舱布置

优化船体内的液体分布同样可以减少中拱静水弯矩，传统的设计都把淡水舱设置在艉部，本船的淡水舱按特殊的设计，将淡水舱的设置于机舱内，合理利用机舱边角无法用于布置设备、空置浪费的区域，本船的淡水舱按规格书的要求设置为300立方，优化布置后令300立方的淡水的重心位置往船舯移动了11米，有效的减少了本船中拱弯矩。

传统的油船都把淡水舱设置在艉部，如图4所示，本船优化后的淡水分舱如图5所示。

4 取得的成效

通过上述措施，本船的中拱静水弯矩得到大大的改善。通过NAPA软件计算，本船优化后的中拱静水弯矩比原来降低了20000tm，计算结果如图6、图7所示。经过结构计算对比，两种中拱弯矩下对应的结构重量相差可达3%，本船分舱布置的优化设计，对于结构的优化和降低船体空船重量以及降低建造成本减轻起到了明显的作用。