一种基于完整稳性的起重船总布置优化方法

JiangsuScience&TechnologyInformationNo.21July，2019一种基于完整稳性的起重船总布置优化方法

程正华

（招商局重工（江苏）有限公司，江苏海门226100）

摘要：文章以1800t全回转运输起重船总布置设计为研究对象，以完整稳性为参照依托，根据设计需

求与相关规范的要求，进行船舶的总布置改进，并进行稳性计算与校核。通过对船舶装载工况的分析比较，文章得到了一种基于完整稳性计算对船舶布置合理性分析的方法，其研究成果能为同类船的总布置设计及完整稳性计算分析提供一定的参考。关键词：起重船；总布置设计；完整稳性；浮态中图分类号：TH218文献标志码：A引言

完整稳性指船舶在没有发生破损的情况下，对抗倾覆的能力，主要是针对船舶自身各项稳性参数及它们之间相对关系的研究，包括吃水、排水量、初稳性高（GM），复原力臂曲线（GZCurve）等［1］。

船舶总布置是船舶一切功能和性能的基础，总布置的合理与否，直接影响船舶的性能表现，船上任何布置的改变都或多或少对船舶表现产生或好或坏的影响［2］。而完整稳性是衡量船舶船型与布置好坏的一个重要标准，是评判船舶总布置合理性与否的重量指标之一［3］。

本文以1800t全回转运输起重船总布置设计为对象，依托于国内法规对完整稳性的要求，研究一种基于完整稳性的起重船总布置优化方法。1船舶要素1.1船舶主尺度

该船定义为非自航、全回转起重船，拖航时无人，航速5节以下。船体为全焊接式钢质、单壳、单甲板的箱型船。主要用于海上风电风车的安装，也适用于在近海和港口等水域进行各类大型重件的吊装作业。作业海区为近海、沿海、内河和港口水域，无冰区作业。

船舶长度为110m，型宽40m，型深9m，调遣吃水5m，作业吃水6m。1.2总布置

该船主船体选型为箱型结构，设置纵向连续构件，自首到尾连续设置。全船设两道首尾贯通的纵舱壁。沿船长方向横舱壁根据总体分舱的要求设置，在首部与尾部位置各设置1道水密横舱壁。船中部设置两道水密横舱壁，保证机舱区域的水密完整性。主船体共设4道全通水密横舱壁和两道贯通首尾的纵舱壁。船体中部设有机舱、配电板室、辅机舱及变压0

器间等，两侧设有压载舱。船底中部区域设有双层

底，舷侧为单舷结构。双层底内设有淡水舱和空舱。生活区布置在船首，主吊机布置在船尾偏向右舷，从而拥有更大的吊装吊运半径。2典型工况确定2.1典型工况

根据运输起重船功能的要求，该船主要分为航行工况、作业工况和避风工况。其中航行和避风工况下，吊机吊臂处于吊臂架位置。作业工况时，吊机吊臂处于最大载荷的最大调运半径处。完整的工况应考虑航行、作业、避风环境，同时还要考虑满载、空载以及吊机吊臂各个角度的作业情况，本文由于受篇幅所限，仅列举以下典型工况。

（1）航行工况：满载出港，燃油、淡水满，甲板可变载荷2200t。工况编号：11。

（2）避风工况：空载到港，燃油、淡水空，无甲板载荷。工况编号：12-N。

（3）作业工况：满载回转作业，燃油、淡水满，吊车右舷侧吊1800t，甲板可变载荷1000t。工况编号：22。

（4）作业工况：空载回转作业，燃油、淡水空，吊车右舷侧吊1800t，无甲板载荷。工况编号：22-N。2.2典型工况风倾力矩

本船航行海域为近海航区，根据《国内航行海船法定检验技术规则》中对风压的要求，起重船在作业、避风和航行状态下应按照不同的风压数值进行计算。根据距水面的高度，进行高度系数修正，即离水面距离越高，修正系数越大。3典型工况校核

完整稳性衡准按照《国内航行海船法定检验技术规则》，第4篇船舶安全，第7章完整稳性，§3.10起重船，对近海航区的相关要求进行计算校核。

除此之外，作业工况下，还应该满足吊机正常工

作者简介：程正华（1986—），男，江西九江人，工程师，硕士；研究方向：船舶与海洋工程。

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第21期2019年7月江苏科技信息·应用技术No.21July，2019作对船舶浮态的要求，也就是最大横倾不能超过3°，

最大纵倾不能超过2°。

航行和避风状态的稳性校核，如表1所示。作业状态的稳性校核，如表2所示。各工况下的浮态倾角校核，如表3所示。4总布置调整与优化

通过前面完整稳性校核可以发现，本船在航行、避风及作业工况下，船舶稳性性能都能较好地满足规范要求。但是在极限工况右舷90°（工况22和工况22-N）情况下，横倾角度分别达到了2.6°和2.7°，非常接近主吊机对船舶横倾不超过3°的工作状态要求。如何改善该极限工况下的浮态状态是总布置调整与改进的目标。

通过工况22和工况22-N的装载工况可以发现，之所以会出现大角度右倾，是因为该工况下，右舷吊重物产生的右倾力臂过大，超过了船舶自身通过压载调平的能力。进行方案改进的思路可以有两个：第一，通过增加有利的压载舱或调节现有液舱布置来提高右倾调节的配载能力；第二，通过改进空船重量自身的布置位置来减小空船横向重心位置。下面将分别就这两项改进思路，提出具体的改进方案。4.1液舱布置方案改进

液舱布置方案改进有两种方案，第一，增加压载舱，提高配载能力；第二，调整现有舱室位置，提高定

表1

航行和避风状态的稳性校核

航行状态

工况

稳性衡准数

Kc>1

8.318.70初稳性高>6.336m26.127.1最大复原力臂

>1.5m6.6257.099向配载能力。

4.1.1增加压载舱

将现有淡水舱改为压载水舱，淡水舱位置移动到双层底中部区域。

横倾角度估算见式（1）：

æö

θ1=atançPL÷=atanæ230x10ö=0.69°（1）

è9.25x20613øèGMtΔø式中：P—移动重量，t；

L——移动距离，m；

GMt——所核算装载情况下船舶经过自由液面修正的初稳性高度，m;

Δ——所核算装载情况下船舶排水量，t。4.1.2调整现有舱室位置

由于是要调节右倾的浮态，所以需要增加左舷的压载能力。将1#燃油舱和2#燃油舱与饮用水舱位置互换，没有改变液舱的总容积，但增加了左舷的压载调节量。

横倾角度估算见式（2）：

æö

θ2=atançPL÷=atanæ200x31ö=1.86°（2）

è9.25x20613øèGMtΔø

式中：P，L，GMt，Δ同式（1）。4.2机械舱室方案改进

机械舱室方案改进也有两种方法，如下。方法一：移动整个机械舱室位置。这种方法运用

避风状态

最大复原力臂

横倾角>15°

20.2920稳性衡准数Kc>13.3163.427要求初稳性高11.97312.3实际初稳性高26.00527.714是否满足规范要求

是是

工况：11工况：12-N表2

作业状态的稳性校核工况工况：22工况：22-N

作业状态

稳性衡准数Kc>1

9.0829.421要求初稳性高

0.9240.965实际初稳性高

10.67211.196是否满足规范要求

是是

表3纵横倾角校核

漂心吃水/m

4.684.135.585.35排水量/mt16928.714619.120617.519635.7重心高/m

VCG10.510.619.8纵倾/°Trim0.180.90横倾/°Heel-0.12.62.70是否满足浮态

要求

是是是是

工况工况：11工况：12-N工况：22工况：22-N

19.250.77-40-

第21期2019年7月江苏科技信息·应用技术

No.21July，2019得当的话，改变空船重心效果显著，但是通常对总布

置影响较大，需要考虑的因素较多，适用于需要大幅修改的情况。

方法二：在保持现有机械舱室布置的情况下，改善机械舱室内部的主要设备的布置位置，从而改变全船的空船重心。这种方法主要依靠设备自身重量的移动来调节全船重心位置，由于单个设备重量毕竟有限，虽然能改变重心，但效果不会太明显，主要适用于“锦上添花”类的修改。

对于本船而言，要调节的横倾角度2.6°左右，而根据液舱调整的方案，已经改进了2.55°的横倾角度，因此，本船的机械舱室改进采用第二种方法即可，以达到最小的修改量，即：仅机械舱室内部变化设备位置。

机舱内部布置了主发电机和停泊发电机，且布置方式为向右舷倾斜，因此改进方案为将两侧的主发电机与停泊发电机位置对调，以使得空船横向重心左移，达到改进右倾浮态的作用。

横倾角度估算见式（3）：

æö

θ3=atançPL÷=atanæ17x10ö=0.05°（3）

è9.25x20613øèGMtΔø

式中：P，L，GMt，Δ同式（1）。4.3优化结果预估

根据上述改进方案，以及式（1）—（3）的计算，右横倾总调节角度预估约为2.6°，估算见式（4）。

θ=θ1+θ2+θ3=0.69+1.86+0.05=2.6°（4）4.4稳性计算与分析

根据总布置调整和改进方案，重新进行3.3节的倾角校核，确认调整的方案切实可行、有效。

通过计算可以发现，所有工况下的浮态均有良好

的状态改善，尤其是对于最为苛刻的工况22和工况22-N，其横倾值分别从2.6°和2.7°调整到了0.06°和0.07°，改善值分别为2.°和2.63°，这与4.3节中的预期值2.6°基本一致，达到了方案优化的预期与要求。

此外，总布置改进后的初稳性高与稳性衡准数也同样满足规范要求，并且和方案改进前一样拥有较大裕度，这里就不再具体列举与赘述。5结语

本文以1800t全回转运输起重船为研究对象，根据船舶要素，确定该船典型工况，并对各工况重量重心、受风面积及其风压中心等进行了计算，进而按照《国内航行海船法定检验技术规则》中对起重船完整稳性的相关要求，对各典型工况的初稳性高度、稳性衡准数、浮态及纵横倾角等进行了计算分析。最后，根据稳性校核发现的纵横倾角不足，本着对原总布置设计变动较小原则，对部分液舱位置进行调整或增设、对机舱主辅机左右位置进行了调换，并在此基础上对稳性和浮态进行进一步计算，从而完成本船总布置的方案改进工作。

参考文献

［1］谢云平，陈悦，张瑞瑞，等.船舶设计原理［M］.北京：国防工业出版社，2015.［2］韩海林，宋健.1600t起重船设计［J］.江苏船舶，2009（26）：20-26.［3］葛慧晓.大型起重船船体浮态稳性研究［D］.上海：上海交通大学，2010.

（责任编辑傅金睿）

Anoptimizingmethodofgeneralarrangementofcranevesselbasedonintactstability

ChengZhenghua

（ChinaMerchantsHeavyIndustry（Jiangsu）Co.,Ltd.,Haimen226100,China）

Abstract:Inthispaper,thegenerallayoutdesignofa1800tfull-rotaryliftingshipisstudied,andtheoverallstability

istakenasareference.Accordingtothedesignrequirementsandtherequirementsofrelevantcodes,thegenerallayoutdesignoftheshipisimproved,andthestabilitycalculationandverificationarecarriedout.Bytheanalysisandcomparisonofshiploadingconditions,amethodofrationalityanalysisofshiplayoutbasedonintegralstabilitycalculationisobtained.Theresearchresultscanprovidesomereferenceforgenerallayoutdesignandintegralstabilitycalculationandanalysisofsimilarships.

Keywords:craneship;generalarrangementdesign;intactstability;floatingcondition

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