管路布置对特种用途船破损稳性的影响

高 慧 姜广煜

（1.天海融合防务装备技术股份有限公司 上海201612；2.上海中船船舶设计技术国家工程研究中心有限公司 上海 200114）

引 言

近年来航运业高速发展，海上交通越来越繁忙，船舶在航行中可能会发生碰撞、触礁、搁浅等造成船体破损的事故，这些虽是偶然事件，但可能会造成严重后果，甚至会使生命财产遭到重大损失。因此在船舶最初设计时，需要全面考虑船舶可能发生的破损，分析船舶进水情况，预估破损后的残存状态，从而采取措施改进设计，保障船舶的破损稳性。

为保障船舶的破损稳性需要，水密舱壁将船体分隔成适当数量的舱室，但船舶内部有着错综复杂的管路或管隧、通风管等，它们穿梭于船体的各个角落。若这些管路在破损范围内，又没有遥控阀门，那么海水会通过破损的管路或管隧流到管路的另一末端所在的舱室，这种延伸进水会对船舶破损稳性造成影响。本文着重分析管路各种走向对船舶破损稳性的影响［1-3］。

本文以某饱和潜水支持船（附加SPS船级符号）作案例，在该船基本设计时，对如何布置船舶内部管路走向，提高破损稳性作了大量的计算及研究，对这些计算结果进行比对，最终选取最优管路走向，提高了该船破损后的残存稳性，保证了船舶破损后的安全。

1 案例船背景介绍

本文以饱和潜水支持船为例，该船是一艘先进的，可在大部分环境状况下作业，并且具有良好操纵性和定位能力的深海工程船。总长124 m、船宽24.0 m、型深10.2 m、夏季吃水7.30 m、总人数120人，首部为居住区及工作区，尾部主甲板上为载货区（参见图1）。若船体内部各个舱室通风管路均可以无障碍垂直向上通出主甲板，则管路走向布置对本船破损不会产生影响。但该船露天甲板上设有载货区域，甲板下载货区的舱室通风管不能直接垂直延伸至主甲板面载货区域，需穿过其他边舱后垂直向上穿出甲板面。以下针对甲板载货区域下的舱室通风设计了三种管路走向，并分别评估了对船破损稳性的影响。图1为饱和潜水支持船平面图。

图1 饱和潜水支持船平面图

2 管路走向布置方案1

2.1 管路走向布置设计

舱室通风管路为避免垂直伸到载货区域，需横向走到舷侧舱室再伸出甲板面，下页图2为典型剖面管路走向示意图。舷侧聚集了大量的管路，且这些管路是无阀设计。船舶在航行过程中，若发生舷侧碰撞性破损，大量海水将会通过破损管路流向中间舱室。如图2，阴影部分为破损范围（船舶任一舷侧都可能发生破损，下文仅以一侧破损为例分析，另一侧类似），破损后水会沿着管路流向其他舱室，即舷侧小范围破损，将会扩至更大范围的进水，水密舱壁形同虚设［2-5］。

图2 方案1 典型剖面管路走向示意图

2.2 载货甲板区域下管路布置

上述只描述了一个典型示意图，甲板下还有很多类似布置，船舶甲板舷侧则会有密密麻麻的透气管头伸出。舷侧如果大面积的碰撞破损，这些管子也会一同连着破损进水，通过这些管子透气的舱室自然也会全部被延伸进水。管路平面布置见图3（仅显示载货区域下的管路布置）。

2.3 舷侧破损分析

舷侧破损范围为管路平面布置图上舷侧阴影区域， 剖面分舱模型见图4， 破损进水舱室见下页表1。

图3 方案1 管路平面布置图

图4 剖面分舱模型图

表1 破损进水舱室

分析结论：破损后船舶状态如图5所示。舱室在延伸进水后，船舶已180°侧翻。图6显示船舶复原力臂GZ已为负值，表示船舶已完全丧失稳性，发生倾覆。

图5 方案1 破损后船舶状态

图6 方案1 破损后船舶稳性曲线

3 管路走向布置方案2

3.1 管路走向布置设计

船舶破损后，船处于大倾角倾斜状态，水位正常情况下是无法到达船舶中心线高处。这就形成了一个安全角落，船只要不翻沉，不管怎么倾斜，船舶中心线高处始终有一小部分是干燥的。把焦点对准该干燥处，由于甲板装货缘故，透气管必定要走舷侧，然而走了舷侧必定破损，既然阻止不了管子破损，那么就该考虑阻水不扩散。经反复研究，设计出图7的管路走向，所有穿水密舱壁的管路必须在进入其他破损区域前穿过干燥区域。

图7 方案2 典型剖面管路走向示意图

3.2 载货甲板区域下管路布置

需穿舱的管路先拐向船舯干燥区，再走向舷侧 穿出，管路布置见图8。

图8 方案2 管路平面布置图

3.3 舷侧破损分析

分析结论：表2为破损进水舱室，破损后船舶状态如图9所示。舷侧舱室破损后，因管路穿到船中干燥区，水无法晃过干燥区而流入其他舱室。由下页图10可以看出，船破损后横倾角达到13.9°，且还具有剩余稳性，剩余稳性范围14.6°，船舶破损后可以自存。

表2 破损进水舱室

图9 方案2 破损后船舶状态

图10 方案2 破损后船舶稳性曲线

4 管路走向布置方案3

4.1 管路走向布置设计

上述方案是基于如何设计管路走向来避免延伸进水，其实换个角度思考，发生延伸进水并非只有不利之处，也可以将其引向有利方向。延伸进水若能平衡船舶的倾斜，减小横倾，这将会大大提高船舶的破损稳性。经研究，设计出图11的管路走向，所有需穿舱的管路均往相反方向走，即左舷管路往右舷出，右舷管路往左舷出。

图11 方案3 典型剖面管路走向示意图

若左舷管路破损，海水则会通过左舷管路破损口流向右舷，进入右舷舱室，从而减小横倾角度，提高船舶的破损稳性。

4.2 载货甲板区域下管路布置

管路交叉走向的平面管路布置见图12。

4.3 舷侧破损分析

分析结论：表3为破损进水舱室，由破损分析图13和图14可以看出，船舶破损后，横倾角度达到8.3°，具有17°的稳性范围，表示船舶破损后可以自存。

表3 破损进水舱室

图13 方案3 破损后船舶状态

图14 方案3 破损后船舶稳性曲线

5 方案选择及比较

表4所示为三种方案优缺点对比。该船方案2与方案3均适用，但综合考虑后最终选择了方案2的管路走向，从而避免船舶因延伸进水而引起的破损稳性不足。该方案已得到DNV及CCS的认可，现已成功交船并投入使用。

表4 三种方案对比表

6 结 语

在船舶设计过程中，特别是破损稳性紧张的船舶，管路走向是重点也是难点，本文解析了三种方案，这三种方案基本能够涵盖目前特种用途船舶的管路走向。希望本文的研究，能够对后续船舶的设计及研发提供帮助。