淺析30米級(jí)航標(biāo)船加長(zhǎng)改造對(duì)結(jié)構(gòu)安全及總體性能的提升

摘要：長(zhǎng)期以來對(duì)海上燈浮標(biāo)巡檢、維護(hù)的主要工具是小型航標(biāo)船，其中航標(biāo)夾持船發(fā)揮的作用越來越大。但是，在夾持船的日常使用過程中，我們發(fā)現(xiàn)夾持船存在船員居住條件狹小、作業(yè)時(shí)船舶傾斜過大等弊端。本文通過對(duì)船舶結(jié)構(gòu)、船舶穩(wěn)性的詳細(xì)介紹，分析問題存在的原因，提出相應(yīng)的解決對(duì)策，可有效提升船舶總體性能和安全指標(biāo)。

關(guān)鍵詞： 航標(biāo)夾持船 加長(zhǎng)改造方案 性能變化 穩(wěn)性分析

0引言

近年來我國(guó)航標(biāo)作業(yè)船不斷改進(jìn)完善，電磁吸盤船、航標(biāo)夾持船的投入使用，改變了航標(biāo)工人傳統(tǒng)的不安全跳標(biāo)登標(biāo)作業(yè)方式，降低了航標(biāo)維護(hù)管理危險(xiǎn)程度，提高了巡檢、作業(yè)效率，使得航海保障能力大幅度提升。但現(xiàn)有29米級(jí)航標(biāo)夾持船由于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的限制，使得船員居住條件有限，并存在一定的安全隱患。而且，夾持船在使用液壓搖臂吊車進(jìn)行吊裝作業(yè)時(shí)，由于船舶單側(cè)受力過大，使得船舶橫傾情況嚴(yán)重，導(dǎo)致船舶安全得不到有效保障，不但影響船舶人員安全，而且直接影響航標(biāo)的維護(hù)工作。通過對(duì)船舶結(jié)構(gòu)的改造對(duì)于有效改善船員居住條件和船舶穩(wěn)性有著一定的實(shí)際意義。

1.船舶概況

1.1 航標(biāo)夾持船

現(xiàn)用29米級(jí)航標(biāo)夾持船屬于小型航標(biāo)船系列。主要承擔(dān)航標(biāo)的日常巡檢、維護(hù)、保養(yǎng)、浮標(biāo)拖帶、拖復(fù)位等工作；擔(dān)負(fù)有關(guān)航標(biāo)的補(bǔ)給工作及建筑、維修用物料的運(yùn)輸工作；負(fù)責(zé)轄區(qū)航標(biāo)應(yīng)急恢復(fù)工作。

1.2船舶主要參數(shù)

總長(zhǎng)：28.980m

垂線間長(zhǎng)：27.225m

設(shè)計(jì)水線長(zhǎng)：28.100m

型寬：6.200m

型深：2.800m

吃水：1.800m

上甲板層高：2.200m

駕駛甲板層高：2.150m

船員定額：8P

可伸縮吊臂液壓吊車：2.0t—5.0m+2.0m

排水體積：171.86m3

梁拱：0.120m

肋距：0.55m

1.3總布置

該型船為鋼制單甲板結(jié)構(gòu)，具有一層連續(xù)主甲板、駕駛甲板。艙內(nèi)有艏尖艙、儲(chǔ)物艙、淡水艙（2個(gè)）、船員艙、壓載水艙（4個(gè)）、機(jī)艙、舵機(jī)艙、燃油艙（2個(gè)）、帆纜艙、生活污水消毒柜艙、污油艙、污油水艙；上甲板有會(huì)議室、廚房、廁所、洗衣間、蓄電池間、電工間。

改造前總布置簡(jiǎn)圖如圖1-1：

2存在問題和改造方案

2.1存在問題

船舶穩(wěn)性方面：在航標(biāo)作業(yè)中發(fā)現(xiàn)，該輪在可伸縮吊臂液壓吊車起重過程中，船體傾斜較嚴(yán)重，船舶穩(wěn)性較差。如：在吊車2t/5m（10%油水食品）工況下，橫傾角可達(dá)4.494度。

生活空間方面：該船受設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)限制，生活區(qū)擁擠，居住條件較差。由總布置圖也可看出，全船8名船員，包括船長(zhǎng)、輪機(jī)長(zhǎng)，均居住在主甲板以下的船員艙，該艙空間狹小，處于艙底，這給船員生活及船長(zhǎng)的工作帶來很大不便。

2.2改造方案

2.2.1 基本原理

改造方案以確保船舶結(jié)構(gòu)和性能安全為基本原則，提出改造依據(jù)的基本原理如下：

由船舶靜力學(xué)知，船舶橫傾時(shí)的復(fù)原力矩為：

式中， ——排水量，GM——初穩(wěn)性高， ——橫傾角。

由上式可知，橫傾角與船舶排水量和初穩(wěn)性高成反比，要使橫傾角減小，可采取以下措施：（1）增大排水量；（2）增大初穩(wěn)性高GM，也即降低船舶重心G；（3）二者同時(shí)增大。

現(xiàn)采?。?）措施，用增加壓載的辦法，降低船舶重心高度，提高船舶初穩(wěn)性，有效減小橫傾角。

2.2.2 改造方案

（1）加載推算

取作業(yè)2t/5m（10%油水食品）工況進(jìn)行分析。已知數(shù)據(jù)如下：

現(xiàn)對(duì)船舶加壓載，在原有固體壓載9.5t的基礎(chǔ)上，繼續(xù)增加壓載重量，計(jì)算相應(yīng)的橫傾情況，結(jié)果如下表：

由上表可以看出，隨著壓載重量不斷增大，橫傾角逐漸減小，當(dāng)壓載為11.5t時(shí)，橫傾角為3.41度，當(dāng)壓載為27.5t時(shí)，橫傾角為2.37度，比原來的4.494度減少了2.124度，橫傾得到了一定改善。然而，單一的增加船舶固體壓載后，船舶吃水增加，排水量變大，使得該船在相同吃水的情況下，有效載重量減少，且原有空間狹小問題未得到解決。

（2）解決方案

若使載重不變，必須在保證吃水的同時(shí)增大船舶的排水量，那么，對(duì)船舶加載的方式應(yīng)由“單一增加固體壓載數(shù)量”調(diào)整為“加長(zhǎng)船體+增加固體壓載”。具體解決方案如下：

① 在FR28+150mm位置（該位置屬于平行舯體，線型變化較小）將船體、一層房間切割成兩段，在兩端之間增加三個(gè)肋位的長(zhǎng)度，及3*0.55=1.65m。

② 煙囪與機(jī)艙天窗互換位置。

③ 機(jī)艙風(fēng)機(jī)分別向兩舷邊移動(dòng)。

④ 駕駛室整體向船艏移動(dòng)，在其后空出的位置增加一個(gè)房間，內(nèi)可放置兩張床，供2人或4人（上下鋪）居住。

3性能評(píng)價(jià)與提高

通過上述解決方案的實(shí)施與改造，在結(jié)構(gòu)上增大了住艙空間，使得一層會(huì)議室變大，且駕駛甲板上多出一個(gè)房間，有效解決了船員居住空間狹小的問題，而且給船長(zhǎng)的工作帶來很大方便；另外，采取“加長(zhǎng)船體+增加固體壓載”相結(jié)合的解決方案，有效克服了單一采取增加船舶固體壓載后，船舶吃水增加，排水量變大，但有效載重量減少的弊端，使得船舶重心降低、船舶初穩(wěn)性提高，有效減小橫傾角。

3.1船體結(jié)構(gòu)改進(jìn)

改造后，船體加長(zhǎng)，船舶主參數(shù)變化如下：

總長(zhǎng)：30.630m

垂線間長(zhǎng)：28.875m

設(shè)計(jì)水線長(zhǎng)：29.750m

排水量：186.77m3

改造后效果簡(jiǎn)圖如圖3-1：

3.2穩(wěn)性性能提高

船體加長(zhǎng)后，2t/5m（10%油水食品）工況（未加固體壓載）下的船舶穩(wěn)性見圖3-2：

船體加長(zhǎng)后，2t/5m（10%油水食品）工況（加固體壓載）下的船舶穩(wěn)性見圖3-3：

4結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)夾持船現(xiàn)有的兩個(gè)主要問題：穩(wěn)性和船員居住條件情況進(jìn)行了分析，并提出了兩種改進(jìn)方案。方案一通過加壓載來調(diào)節(jié)船舶橫傾，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)性的改善，經(jīng)過分析，得出結(jié)論，加壓載可以減小橫傾，但由此帶來有效載重量減少的問題；方案二通過加長(zhǎng)船體，使船員居住空間變大，從而使船員居住條件得到改善，同時(shí)，因增大了船舶體積，使船舶排水量增加，解決了方案一中因加壓載對(duì)船舶排水量的要求。