灵便型高速无舱口盖集装箱船

灵便型高速无舱口盖集装箱船

1便型高速无舱口盖集装箱船世界船舶市场以集装箱船开发为主，新船建设量不断增加。该技术在促进沿线交通的大型化和线性交通的灵活性方面发展。而灵便化的船型则向着无舱口盖及高速化方向发展,以新兴的未来型船舶地位,备受国际航运界的青睐。江南造船(集团)有限责任公司根据国际航运市场的需求趋向,瞄准这一具有广阔市场前景的灵便型高速无舱口盖集装箱船新兴船型,于1996年11月23日与瑞士NORASIA航运公司签订了5艘1236TEU高速无舱口盖集装箱船的建造合同。该型船由英国LR检验,除需符合LR规范外,尚需满足20多项国际规范规则,特别是还要符合国际海事组织的无舱口盖集装箱船运行规则(IMOA608)、国际危险货物装载规则(IMDGCode),以及无人机舱、一人驾驶等有关规定,是一型高技术、高附加值的技术创新船舶,其设计和建造难度是很大的。该船的设计由英国NGA技术咨询公司和我公司联合承担。第一艘船“NORASIASULTANA”号已于1999年9月7日顺利交船,经系泊试验和航行试验证明,该船的载重量和航速等均满足合同要求的保证值,其他技术性能,也符合技术说明书的要求和有关公约、规范、规则的要求。第二艘“NORASAISELINA”号和第三艘“NORASIASHEREEN”号,也分别于1999年11月30日和2000年4月11日交付船东使用,航行于美国、加拿大与亚洲地区的一些国家之间。2设计可装卸货物集装箱,可实现运输和驾驶该船为钢质、平甲板、两台中速V型柴油机通过一台减速齿轮箱驱动的单螺旋桨(可调)灵便型高速无舱口盖集装箱船,可装载20英尺和40英尺国际标准集装箱,必要时,在第7A货舱可装载45英尺集装箱。第1舱、第2舱和第4舱可装载危险品货物集装箱。尚可装载冷藏集装箱,最大允许装载数为312只。具有倾斜艏柱、狭长球艏、Openwater艉、襟翼流线型悬挂舵和艏侧推装置。艏部主甲板上方设有流线型天遮结构。具有一人驾驶功能。入英国劳氏船级社(LR)船级挂利比里亚国旗。2.1装卸危险货物的危险模型最上层可装空箱数191TEU最大可装集装箱总数1236+191=1427TEU可装45ft集装箱数60箱(第7A舱内集装箱装载导轨转换后)具有冷藏集装箱电源插座312只危险货物装载:第1、第2和第4货舱可在密闭的集装箱内装载危险货物——第1货舱及舱盖上1～9级(6.2和7级除外);第2A货舱及舱盖上1～9级(6.2和7级除外);第2B货舱1～9级(6.2和7级除外);第4货舱2.1,2.2,2.3,3.3,4.1,4.2,4.3,5.1和9级。设计吃水时的服务航速(90%MCR,计入1600kW轴带发电机),为25kn。续航力10000nmile定员19+6人2.2旅客和旅客卷1部2部该船总体外形新颖流畅,具有快速感。主船体具有两层连续甲板(主甲板和干舷甲板),在中部主甲板上设有升高甲板。在艏部主甲板上方设有流线型遮蔽结构,形成敞开式艏楼。4m多高的舷墙设置在升高甲板与艏楼之间。在货舱的两侧设有纵舱壁,在主甲板和干舷甲板下设有9道水密横舱壁,在货舱内另设有5道非水密横舱壁,整个船体形成双底双壳结构(机舱除外)。设有艏艉尖舱、冷却水舱、机舱和12个货舱,在货舱底下为压载水舱、侧推舱和管弄(第3B货舱和机舱之间),两侧为燃油舱、轻柴油舱、空舱、防倾水舱和两个减摇水舱。两舷设有内部通道,位于干舷甲板与主甲板之间,从艉部一直通向艏部水手长储藏室,通过梯道可登上艏部锚泊设备处。各货舱和居住区均有风雨密门与内走道相通。为装载危险品,第1、第2A、第2B、第4A和第4B货舱与内走道之间设置有空气隔离室。主甲板艏部流线型天遮下设有两台锚机和两台恒张力系缆绞车及其他系泊设备。船体艏部左右舷配备大抓力锚及内藏式锚穴。在艉部主甲板上设有3台恒张力系缆绞车及其他系泊设备,并设置艉抛式25人封闭式救生艇及架。带有艏航行灯的艏桅设置在艏天遮上;带有艉航行灯的雷达桅设置在罗经平台上;舷灯设置在第1货舱和第2A货舱之间的两舷高舷墙上。第1和第2A、第2B货舱设有向两舷开启的MACGREGOR液压折叠式舱口盖,在其上安装有集装箱脚座,在舱内设有固定式集装箱导轨和脚座。第3A至第7B货舱舱口为敞开式,不设舱口盖,舱内安装伸出主甲板约两层集装箱高度的固定式集装箱导轨和脚座。船上管理中心室设置在机舱上面的主甲板上。机舱位于第6B和第7A货舱之间,机舱内具有三层平台,机舱两侧和双层底下设有各类油柜及液舱;第7货舱下的轴弄与机舱相通。流线型上层建筑(六层甲板室)设置在机舱上面,半分离式烟囱设于甲板室后面,在甲板室前面设有横移伸出式食物吊兼机舱备件吊。驾驶室窗的布置及配备的通讯、导航驾驶等设备和布置符合一人驾驶规则。2.3电动电机4.2带恒张力卷筒的电动液压锚机2台(每台锚链203kN×3.2/13m/min系缆绳150kN×4.5/18m/min)大抓力锚3只(每只5512kg,其中备用1只)电动液压恒张力绞缆机5台(每台150kN×6/18m/min)电动液压转叶式舵机1台(2536kN·m)悬挂式襟翼舵和舵杆1套横移式食物吊1台(4.8t,舷外伸出长度5m)电梯1套25人艉抛式封闭救生艇及设备1套救助艇及收放设备1套防倾和减摇水舱设备1套2.4发电机及水处理系统主机Sulzer16ZAV40S2台最大持续功率(MCR)每台12000kW×510r/min常用功率(NCR)90%MCR油耗(在MCR时)185+3%g/(kW·h)减速齿轮箱1台螺旋桨Lips镍铝青铜4叶大侧斜可调螺旋桨1只,直径7m轴带发电机1600kW×510r/min1台柴油发电机组YANMARGN260L-EN型柴油机(1200kW×720r/min)及AVK型交流440V,3相,60Hz,1200kW发电机2套应急发电机组DEMP型170kW×1800r/min柴油机及交流440V,3相,60Hz,170kW发电机1套燃油废气混合锅炉3t/h×0.8MPa1台压载泵600m3/h2台舱底水泵200m3/h2台舱底水泵250m3/h1台船舶管理中心系统1套驾驶室操纵控制台1套3际集装箱船设计的优点本船除艏部第1和第2A及第2B货舱因上浪量特大而设置舱口盖外,其余货舱全部为大舱口无舱盖结构。无舱盖设计是国际集装箱船设计的新潮流,具有以下优点:(1)免除舱口盖后,省去了开闭舱口盖的时间;(2)集装箱导轨通向主甲板以上,使集装箱装卸快速、方便,缩短在港时间;(3)降低了货物重心高度,提高了稳性;(4)集装箱都装在导轨中,不易在风浪中损坏、失落,减少海损;(5)减少了舱口盖和舱口围板的制造、安装费用,降低造价。3.1无框架盖技术(1)需要遵守的规则IMO无舱盖集装箱规则。(2)试验条件及要求1997年2月委托中国船舶科学研究中心按照IMO608规则的试验条件和要求在造波池中完成了船模在波浪中运动试验,并测试船舶上浪和无舱盖货舱进水量,结果符合上述规则要求。(3)横倾扩展装置第3A到第7B货舱由于无舱口盖,存在三种进水的可能:一是在波浪中航行,上浪进水;二是下雨尤其是下暴雨进水;三是货舱内水喷淋系统施放时大量进水。规则要求舱底积水不得超过底层集装箱底,并要求船舶横倾5°和纵倾3°时积水都能被排出,避免船舶由于舱内积水,增加附加横倾力矩,而影响船舶安全。该船配备了两台200m3/h舱底水泵(在机舱)和一台250m3/h舱底水泵(在艏侧推舱)。考虑到船倾侧需能排除积水的要求,在各货舱内,按照货舱长短,设置4到6个大容量污水井,左右舷各2～3个,它们之间纵向连通;位于舱后部的左右两个污水井也横向连通,并分别接至左右两根完全独立的舱底水总管。这样,既保证了系统的排水功能,又增加了舱底水系统的生命力。3.2水线下传统线型的优化设计本船建造合同中规定设计吃水8.7m,主机功率90%MCR(包括轴带发电机消耗的1600kW)时的服务航速为25kn,以体现该船在中短程集装箱运输中的快速灵便特点。为达到此目标,开发设计了带狭长球鼻艏、超小方形系数(Cb<0.5)、水线下很瘦削的线型,并由挪威MARINTEK水池进行优化和完成船模阻力及自航试验和报告。从船模试验报告可见三个船模的试验结果,船模M-2248A具有球艏和球艉;船模M-2248B是A船模移去球艉,功率节省1.8%;船模M-2248C是B船模艉部增加了鸭艉(ducktail),功率节省5%。最终C船模的线型用于实船。另外,为达到快速性要求,还采取以下的相应措施:(1)配置两台12000kWSulzer中速V型柴油机,以适应在瘦削的机舱底层中布置及减轻空船重量;(2)不设舭龙骨,以减少附体阻力,但相应在中部两舷设置了由INTRING公司设计的稳定水舱系统;(3)由LIPS公司优化设计大侧斜螺旋桨,尽可能提高螺旋桨的效率及降低脉动压力;(4)船体放样和建造时控制好线型光顺。实船试航航速达到预期值。3.3纵轴结构的设计和制造3.3.1水体结构及性能为了确保合同中规定的载重量,最关键是要降低占空船重量很大比例的船体钢材重量,因此本船设计中采取了如下措施:(1)船体结构采用全纵骨架制;(2)纵向骨材和板材采用A36高强度钢,主船体中高强度钢比率约70%;(3)结构设计采用直接计算法进行有限元强度分析(由CETEC完成船体结构强度合成应力报告和船体结构疲劳分析报告),使材料规格选用更合理,结构重量尽可能轻。3.3.2船台光顺的要求由于本船采用了超小方形系数瘦削线型,无平行舯体,又是采用纵骨架制,建造难度很大。从下列几方面,严格控制船体制造精度:(1)根据快速性要求,建造后的船体必须尽可能光顺;(2)根据集装箱装载要求,全导轨式集装箱船对货舱尺寸精度、舱口角隅位置精度以及舱内各台阶高度、垂直度的精度的要求,船体制造需高精度控制;(3)根据主机及轴系安装要求,由于由LIPS公司提供的整个轴系的长度已经加工完毕,它与船体的相对位置可变度相当小,对包括机舱在内的船体艉部结构具有高精度要求;(4)根据大合拢要求,在船台上分段合拢时,众多纵向构件(尤其是纵骨)必须对齐,否则影响强度和线型光顺。由于这些纵骨都随线型不断变化而变化,分段制造和船台安装都需高精度控制。3.4海洋主水下动力响应分析如前所述,该船具有超小方形系数线型,其横剖面型线是非常的“V”形,无平行舯体,底部尖削得近乎是一个尖底,这给船台建造和下水带来了极大的困难。经详细下水计算后,发现由于艉部线型非常瘦削,艉部下水后迟迟建立不起足够的浮力,船体全浮时间大大滞后,这将导致三个严重后果:滑程增大,下水滑道长度明显不足;滑道末端受力大大增加,超过滑道允许受压强度;现有下水横梁强度和船体支承楞木处的局部强度不足。针对上述情况,采取如下措施:(1)采用多种方案进行下水计算,确定允许的艏跌落值,以减少下水滑道接长长度和降低对下水水位的要求;(2)考虑本船瘦削线型的特点,采用全横梁式下水布置;(3)由上海交通大学对本船下水全过程中的船体受力情况进行有限元分析计算,确定船体各肋位应力分布情况及应加强的部位,决定船底下水横梁和支架的分布及数量,提供每根下水横梁以及滑道末端的受力数据,并据此作适当加强;(4)由中国船舶科学研究中心在下水时进行实际应力测试,以验证有限元计算和获取确切的受力数据;(5)由上海交通大学进行本船下水阻尼的模拟试验,测定下水阻尼,确定下水阻尼方案。总之,为建造这类尖削型船底的船舶,需要具备较多船台建造和下水工装设备。上述研究成果指导了批量5艘船的安全下水。3.5技术难点分析为了达到高航速,采用了两台12000kW的中速柴油机,加一台变速齿轮箱,并由LIPS公司提供轴系(两根中间轴、一根艉轴、艉轴管及轴承)和7m直径可调螺旋桨,此类动力装置我公司属首次使用,克服了以下技术难点。(1)船体瘦削,变形难控制;(2)轴系总成系整套供货,已加工结束,总长达32.792m,主机、齿轮箱、螺旋桨的位置在设计时已与船体肋位相对固定,一有差错就无法安装固定,因此要求船体建造在整个轴系长度范围内的误差不得大于10mm;(3)艉轴管长8m多,从艉部整体压入,也是初次碰到,要求的压入力超过1000kN,过盈量难以控制。这是因为艉部铸钢件镗孔困难,精度要求高,不易达到;(4)整个轴系长,校中精度要求高,但船体结构受一天中的气温变化影响很大,造成校中困难。3.6主发电机的电子调速器及增加系统压力该船采用一人操作驾驶系统及管理中心控制相结合的较先进的自动化控制系统。设计的控制,又相互联系。由下列系统组成:主机遥控系统;电站管理系统;GEAMAR1201SL检测报警控制系统;冷藏集装箱监控系统;数据记录及打印通讯系统;装载计算机系统;主机功率(轴功率)测量系统和吃水、液舱测量系统。系统安装调试难点如下:(1)因是高速船,主机系两台大功率中速柴油机,需长期并联运行,进行切换及安全控制,包括主推进器变螺距的控制。为确保并联运行的可靠性,两台主机均采用电子调速器控制。其控制方式有两种:一是当使用轴带发电机时,主机转速必须保持额定转速,通过改变推进器的螺距来改变船速;二是在不使用轴带发电机时,也可采用根据车钟位置,通过改变主机转速及推进器螺距的联合操作来改变船速。(2)因装有冷藏集装箱和艏侧推装置,因此需要两台柴油发电机(每台1200kW)和轴带发电机(1台1600kW)长期并联运行。为确保与轴发并联运行时负荷分配均匀,两台主发电机的柴油机也采用电子调速器控制。此电子调速器及柴油机的安保控制均由装于主配电板的电站管理系统控制。同时,此电站系统也发出延伸报警系统信号和接受遥控至GEAMAR1201SL检测报警控制系统。(3)GEAMAR1201SL检测报警控制系统通过装于全船的11只报警分站和驾驶室、管理中心控制室的微机,可以对主机、主发电机、主要辅机实施自动监视和自动控制,具有多达30幅左右的模拟图,通过微机操纵和模拟图,可对全船压载、舱容、吃水等船舶状况进行控制和监视。同时,它也承担着对其他微机网络的通讯传输功能,因此具有多达1700多点的报警点。所交各船的各系统运行正常,达到了预期的要求,获得船东的肯定。3.7双组分环境涂料在环境保护中的作用为适应日益增强的环保要求,我公司率先