《船舶管理（轮机长）》课件-任务2：船舶适航性

一、船舶稳性及要求（一）船舶稳性1.船舶稳性的概念及分类船舶受外力作用发生倾斜，当外力消失后，船舶恢复到原来平衡位置的能力称为船舶稳性。常将稳性按其倾斜方向、倾角大小和作用力的性质等进行如下分类。(1)按船舶倾斜方向的不同可将船舶稳性分为：①横稳性，是指船舶在横倾状态下所具有的稳性。②纵稳性，是指船舶在纵倾状态下所具有的稳性。(2)按船舶倾斜角度的大小可将船舶稳性分为：①初稳性，是指船舶小角度倾斜（倾斜角度不超过l0°~15°）时所具有的稳性，通常初稳性系指初横稳性。（南远钻石号，2010年11月9日晚上7点多，），（出事时身处甲板）；轮机舱船员（伤势严重）②大倾角稳性，是指船舶大角度倾斜（倾斜角度超过10°~l5°）时所具有的稳性。(3)按作用力性质的不同可将船舶稳性分为：①静稳性，是指船舶受静力作用发生倾斜后所具有的稳性。船舶在倾斜过程中不计角加速度和惯性矩。②动稳性，是指船舶受动力的作用发生倾斜后所具有的稳性。即在船舶倾斜过程中计及角加速度和惯性矩。(4)按船舶破损与否可将船舶稳性分为：①完整稳性，是指船舶完整无破损浸水时的船舶稳性。②破舱稳性，是指船舱破损浸水后的船舶稳性。对于一般船舶，船长远远大于船宽，纵稳性远好于横稳性。因此，除特别说明，下面讨论的稳性均指横稳性。2.船舶初稳性2.船舶初稳性船倾斜前后两水线面的交线（倾斜轴）是过倾斜前水线面漂心F点。船舶重力的作用中心，称为船舶的重心；船舶浮力的作用中心，称为船舶的浮心；

（水线下船体体积的几何中心）。浮心变化曲线的曲率中心，称为船舶的稳心；

（船舶横摇和纵摇的中心）。船舶水线面积的几何中心，称为船舶的漂心；

（2）稳心半径r(BM)稳心M在浮心B之上的高度BM,称为稳心半径，以符号“r”表示。一般，在理论上r∞B2/d，即稳心半径与船舶宽度的平方成正比，与船舶吃水d成反比。而对于确定的船舶来说，船宽B随着吃水d变化很小，所以r或ZM随着d的增大而逐渐地变小。（3）初稳性高度GM稳心M，在船舶重心G之上的高度，称为船舶初稳性高度，并以符号“GM”表示。当稳心M在重心G之上，规定GM>0，初稳性高度为正值；稳定平衡状态当稳心M在重心G之下，GM<0，初稳性高度为负值；不稳定平衡状态当稳心M与重心G重合，GM=0，初稳性高度为零。随遇平衡状态（或称中性平衡状态）（5）判断船舶是否具有稳性因此,船舶是否具有稳性，是与船舶所处的初始平衡状态的重心G与稳心M的相对位置有关。对于船体几何形状一定的船舶，船舶稳心M距基线的高度Zm是与船舶的吃水有关，吃水一定，稳性距基线高度就是一定的。3.船舶稳性的基本衡准对船体几何形状一定、结构和水密性符合要求的船舶，其稳性不仅与海上风浪的大小有关，而且与船舶吃水d、船舶重心高度Zg有关，即与船舶装载状态有关，或者说与静稳性曲线的状态和大小有关。（1）静态横倾力矩与动态横倾力矩①静态横倾力矩船舶在横倾力矩用下，假设在倾斜的过程中不会产生角加速度（假想的过程）时，则该种横倾力矩称为静态横倾力矩。船舶在静态横倾力矩作用下的稳性属于静稳性问题。②动态横倾力矩当作用在船上的横倾力矩，使船舶的倾斜过程产生角加速度，该种横倾力矩称为动态横倾力矩。船上的重物突然横移、横向突风作用、拖索急牵等所产生的力矩均可看做动态横倾力矩。在动态横倾力矩作用下，船舶在倾斜过程中，当横倾力矩Mh等于船舶稳性力矩Ms时，船不会立即停止倾斜，而是在惯性的作用下继续倾斜一个角度。船舶在动态横倾力矩作用下的稳性属于动稳性问题。（2）静平衡与动平衡①静平衡船舶的稳性力矩为Ms曲线，作用在船上的静态横倾力矩为Mh。船舶在倾斜过程中，稳性力矩Ms随着倾斜角θ的增加逐渐增大，由于是静态横倾力矩作用，所以当Ms=Mh时，船不会继续倾斜而平衡在Ms=Mh所对应的角度上。这种平衡是力矩的平衡，故称为静平衡。其对应的横倾平衡角θs，称为静横倾角。船舶的最大静稳性力矩为Msm，则船舶在静态横倾力矩作用下，稳性应满足的条件为：Mh小于等于Msm。因此，船舶最大静稳性力矩Msm的大小是衡量船舶静稳性的重要标志，它是表示船舶抗静态横倾力矩作用的能力。

图1-49静平衡②动平衡当船舶受一个动态横倾力矩Mh作用时（如图1-50所示），船舶会带有一定的角加速度倾斜。所以当Mh=Ms时，由于惯性作用船舶不会立即停止而将继续倾斜，直至动态横倾力矩对船舶所做的功Wh被稳性力矩所做的功Ws全部抵消掉，船舶不再继续倾斜。所以动平衡的条件为Wh=Ws，故船舶的动平衡是功的平衡。船舶在动态横倾力矩作用下的平衡称为动平衡。图1-51动平衡③最小倾覆力矩Mq船舶在动态横倾力矩作用下，衡量稳性应满足的条件Mh≤Mq图1-52最小倾覆力矩

4.影响船舶稳性的因素和提高稳性的措施一方面是船体本身的形状和大小；另一方面是船舶的吃水和重心位置，即船舶装载状态和船内重物的移动。（1）船体几何形状对稳牲的影响①船舶宽度②干舷高度（2）船舶装载状态对稳性的影响

（木材船，钢材船）（3）船内重物移动对稳性的影响①平行力移动原理（重心移动原理）②船内重物垂移对稳性的影响③重物水平横移船舶产生的横倾角（4）自由液面对船舶稳性的影响船舶在营运过程中，当液体舱柜的装载量达到整个舱容的95%以时．可以不考虑自由液面的影响（5）悬挂重物对稳性的影响（6）散货的装载对稳性的影响用散装方式进行运输的货物称为散装货物，如粮食、矿砂、煤炭等（7）船舶上层建筑结冰、甲板货物吸水和甲板上积水对稳性的影响。（8）提高船舶稳性的措施①降低船舶的重心高度Zg，这无论是对提高初稳性或大倾角稳性均是最有效的办法。②增加船宽，可以提高船舶初稳性。③加大型深，可以提高船舶大倾角稳性。④在液舱内设置纵向舱壁，可减小自由液面的影响。⑤要防止船内货物的移动。⑥减小受风面，可使作用在船上的横倾力矩减小。5.机舱在航行期间的操作对船舶吃水差的影响和处置措施轮换燃油舱内部调驳6.横摇与谐摇（1）船在静水中的横摇就船员来讲，总是希望船舶摇摆得平静、舒缓些，因此要增加摇摆时间。（木材船）但增加横摇周期的有效方法是减小初稳性高度值，这一点与稳性的要求是相矛盾的。合理的解决办法是，根据船舶的用途和航区，在满足稳性要求的前提下，取尽可能小的GM值。因此，在制订配积载方案，确定重心位置及初稳性高度时，既要考虑对稳性的影响，也要考虑对摇摆的影响。（2）船在波浪中的横摇与谐摇船在波浪中航行时，船的航向经常与波浪传来的方向有一个波峰波舷角从第一个波峰由船上某一点过去，至第二个波峰又到达这一波峰点的时间间隔，称为波浪遭遇周期，此时将发生强烈的横摇，称为谐摇。谐摇对船的安全有严重威胁，必须尽量避免。为安全起见通常取一个范围称为谐摇区，船舶在波浪中航行波峰应尽量避开谐摇区。波浪遭遇周期L的大小，随船的航向和／或航速而变化。因此，当船舶处于谐摇区时，只要适当改变船的航向和／或航速，就可以改变波浪遭遇周期使船避开谐摇区。6.船舶抗横倾系统的分类及管理船舶抗横倾系统是对由于负荷不对称（装卸货）引起的船舶横倾进行补偿，主要有泵控制的抗横倾系统和风机控制的抗横倾系统。出于安全原因，均不允许在公海上用任何形式运行抗横倾系统。（1）泵控制的抗横倾系统泵控制的抗横倾系统的工作原理如图1-45所示，控制单元通过触点激励压载系统中的泵和阀，使得水在压载舱之间流动达到平衡。该系统的控制方式有自动和手动两种。***风机驱动的抗横倾系统最突出特点：③边舱中的空气层（气垫）和管路能够使得位移快速地起动和停止，而不是像泵系统中那样担心动态冲击。④部件的安装与舱在船上的位置无关。*（二）公约对稳性的要求1.《1966年国际载重线公约》对稳性的要求面积2.IMO船舶完整稳性规则对普通货船的稳性衡准要求IMO《船舶完整稳性规则》，适用于普通货船的在核算装载状态下经自由液面修正后的基本完整稳性衡准要求如下：（1）初稳性高度应不小于0.15m；（2）复原力臂曲线在横倾角等于0°～30°之间所围面积应不小于0.055m·rad；（3）复原力臂曲线在横倾角0°～40°或进水角中较小者之间所围面积应不小于0.090m·rad；（4）复原力臂曲线在横倾角30°～40°或进水角中较小者之间所围面积应不小于0.030m·rad；（5）横倾角30°处的复原力臂不小于0.20m；（6）最大复原力臂对应角（权限静倾角）最好大于30°，至少不小于25°；（7）满足天气衡准要求（仅适合于船长等于或大于24m的船舶）。3．稳性气象衡准

(1)风压倾侧力矩Mf①航区海上风压（作用在单位受风面积上风的压力P大小），与船舶距陆地远近有关，一般离岸越远风力越大。因此，根据风力的大小；将航区划分为：I类航区（无限航区，风力最大）；Ⅱ类航区（近海，风力稍小些）；Ⅲ类航区（沿海，风力小）。②船舶受风面积是指船在水线以上的侧向受风面积，当船的大小、形状一定时，受风面积的大小就与船舶的吃水d有关。③受风面积中心距水面的高度。受风面积中心距海平面越高，则风压倾侧力矩越大。(2)最小倾覆力矩Mq由于航行中船舶燃料、淡水的消耗，船舶吃水和重心位置是在不断变化的。因此，在同一个航次中，船在出港、航行中途和到港的最小倾覆力矩Mq是不同的，因而船舶稳性在航行过程中也是不同的。也就是说船舶在出港时能满足稳性要求，而到港时不一定能满足稳性要求。船体几何形状一定时，衡量船的稳性是否足够的标准是：要求稳性衡准数K=Mq/Mf≥1，而影响K大小的Mq、Mf，是与船舶装载状态（吃水d和重心高度Zg。）及船舶的航区有关。4.IMO散货规则5.对客轮破舱稳性的要求6.船舶进坞时对稳性的要求7.我国《法定检验规则》中的完整稳性要求执行以下稳性衡准要求：（1）初稳性高度应不小于0.15m；（2）横倾角等于30°处的复原力臂应不小于0.20m；（3）最大复原力臂对应的横倾角应不小于30°。如复原力臂曲线因计及上层建筑及甲板室而有两个峰值时，则第一个值对应的横倾角应不小于25°；（4）稳性消失角应不小于55°；（5）稳性衡准数应不小于1.00。世界时2020年2月25日零点左右，一艘名

“STELLARBANNER”的超大型散货船在

巴西SaoLuis北部水域发生严重横倾，右舷

甲板部分没入水中。消息称，该船所有船员安全。资料显示，“STELLARBANNER”悬挂马

绍尔群岛旗，建造于2016年，长约340，

宽约55米，载重吨超过30万吨，隶属于韩

国PolarisShipping公司。三、船舶抗沉性船舶在营运过程中，可能会因为某种海损事故使船体破损，船舱浸水，严重的会导致沉船事故。为了保证船舶的航行安全一方面使船舶具有一定的储备浮力进行水密分舱船体结构及开口的关闭要有可靠的水密在船上配备一定的排水设备和堵漏器材。另一方面，在船舶航行中，要求全体船员谨慎驾驶，按照规章制度进行操作。（2018年1月6日，桑吉轮和长峰水晶轮碰撞）（一）基础知识及措施1.船体破损浸水情况（1）浸水量为定值时的浸水舱室顶部是水密的且位于水线以下，船体破损后整个舱内充满水，由于舱顶未破损，所以浸水量不随浸水后的舷外水线位置而变化，浸水量为一个定值。对浮态和稳性影响较小（2）浸水量为变值，但与弦外水不通

舱室的顶部在水线以上，舱内与舷外水不相通，水未充满整个舱室，浸水量根据具体情况而定，存在自由液面的影响，浸水的计算可作为装载液体重量计算。（3）浸水量为变值，但与弦外水相通

舱室的顶部在水线以上，舱内水与舷外水相通，其浸水量是随着船舶的下沉及倾斜而变化，舱内水面与舷外水面一致，且存在自由液面影响。这种浸水计算比较麻烦，需要进行逐次近似计算。

3.船舶抗沉性的基本概念

船舶抗沉性，是指船舱破损浸水后船舶仍能保持一定的浮性和稳性的性能。（1）储备浮力：为了保证船舶的航行安全，在任何情况下都不允许船体的水密空间全部浸入水中。就是说在载重水线以上，必须保留一部分水密空间留做备用。这是因为甲板上浪或结冰会增加船舶的重量；另外，一旦发生海损船体内部进水，为了使船舶能保持一定的漂浮能力或不致立刻沉没。因此，满载水线（设计水线）以上的船体水密部分的体积所具有的浮力，称为储备浮力。一般海洋运输船舶的储备浮力占满载排水量的20%～50%。内河船的储备浮力约在10～15％之间*（3）干舷所谓干舷，通常是指船舶的夏季最小干舷，它是在船中处，沿舷侧从夏季载重水线量至干舷甲板上表面的垂直距离。储备浮力的大小，一般是用船舶干舷的高度来衡量。干舷越大，载重水线以上的水密空间就越大，即储备浮力也越大。所以，干舷被用做衡量船舶储备浮力大小的一个尺度。**3．载重线标志*

图1-42载重线标志

“TF”——热带淡水载重线（国内采用“RD”）。“F”——夏季淡水载重线（国内采用“Q”）；“S”——夏季载重线（国内船舶采用“X”）；“T”——热带载重线（国内船舶采用“R”）；“W”——冬季载重线；“WNA”——北大西洋冬季载重线，对于船长大于100m的船舶需勘绘北大西洋冬季载重线；TropicAtlantic*LUMBER*

（四）水尺用于表示船舶吃水大小的标记，称为水尺。它是用数字和线段刻划在船首、船尾和船中的左右两舷的船壳板上。公制用阿拉伯数字表示，其数字的高度及两数字之间的距离均为10cm。读取吃水时，看水面与水尺数字下缘相切的位置。首吃水数值减去尾吃水数值称为吃水差。*******

（3）船舶浸水后船舶不沉的浮性和稳性标准①浮态

限界线：沿船舷距舱壁甲板的上边缘至少要有76mm的干舷高度②稳性若船舶在任意一个舱破损浸水后，仍能达到抗沉性所要求的浮性和稳性，该船称为一舱制船舶。客船一般要求达到二舱制，个别的可达到三舱制。货船因装货的要求，船舱不能过短，而往往达不到一舱制。远洋货船一般要求一舱制。军舰抗沉性比民用船高泰坦尼克号四舱制（4）船舶分舱对于船舶抗沉性的要求，主要是通过船舶分舱来达到的。即沿着船长方向设置一定数量的水密横舱壁，将船体分隔成许多水密舱室，舱室的长度越短，则船舱破损浸水量越小，越容易达到公约或规范对破舱浸水后的浮态和稳性的要求。*（5）分舱载重线船舱破损浸水后，船舶不沉所允许的最大浸水量，与破舱前船舶的初始水线位置有关。初始载重水线位置较低，船舶储备浮力大，破舱浸水量可以大些；或者说船舱的水密舱壁间距可以长些。决定船舶分舱长度的初始载重水线，称为分舱载重线，通常都是用满载水线作为分舱载重线。*（6）渗透率μ船舱破损浸水后船舶不沉所允许的最大浸水量，还与船舱内各种设备所占据的体积和装载货物种类的不同有关。某一舱室或处所在安全限界线以下的理论体积能被水浸占的百分比，称为该舱室或处所的渗透率μ。船舶各处所的渗透率是不同的，空舱μ≈98%，起居处所μ≈95%，机舱约为μ≈85%，装载一般货物、煤或物品储藏专用处所约为60%，装载钢铁等重货的货舱μ≈80%。*（7）可浸长度Lf和可浸长度曲线

以某一点为中心的可浸长度，是满足船舶抗沉性要求的两水密舱壁间的最大长度。（8）许可舱长Lp与分舱因素F考虑到船长和船舶业务性质对抗沉性要求时所允许的实际舱长，称为许可舱长Lp，许可舱长为：

Lp=F•Lf1)当1/2<F≤1.0时，船舶任一舱破损浸水后的最终平衡水线不会淹没安全限界线，即为一舱制。同为一舱制船舶，其F值的大小是不同的。2）当1/3<F≤1/2时，任意相邻两舱浸水后的最终平衡水线不超过安全限界线，即为二舱制船舶。

3）当1/4<F≤1/3时，任意相邻三舱浸水后的最终平衡水线不超过安全限界线，即为三舱制船舶。*（9）对称进水与非对称进水在对称浸水情况下，用固定排水量法计算时，最终平衡状态的剩余稳性高度GM≥50mm；在不对称浸水情况下其总横倾角不得超过7°，但在特殊情况下，可允许横倾角大于7°，不过在任何情况下其最终横倾角不应超过15°。（10）A型船舶和B型船舶4.为改善破损船舶的稳性和吃水差的船舶操纵要求（1）破舱控制示意图船上要布置有固定的破舱控制示意图，清楚地表明各层甲板与货舱的水密舱室界限、界限上的开口及其关闭方法与控制位置，以及用于校正浸水倾斜装置的示意图，以供负责的高级船员参考。（2）防水与堵漏的组织措施②防水检查水密舱壁上的水密门，不论是动力操纵的还是手动的，凡在航线中使用的，应每天进行操作。3．防水与堵漏的组织措施③堵漏应变部署及演习：根据《1974年国际海上人命安全公约》规定，对于水密门、舷窗、阀以及泄水孔，出灰管与垃圾管的关闭机械的操作演习，应每周举行一次。对航期超过一周的船舶，在离港前应举行一次全面演习。此后，在航行中至少每周举行一次。2018.3.24，PACIFICCREATION（明立）5.船舶不同舱室进水的危害和处置措施（二）船舶损害控制2.船舱进水后对船舶抗沉能力的分析若破舱浸水时的载重水线低于分舱载重线。渗透率也不小于规定的渗透率值时，则船舱浸水最终平衡之后还会有一定的储备浮力。若渗透率大于分舱时规定的渗透率值，而载重水线达到分舱载重线处，则船舱浸水之后若不及时堵漏，排水，船有可能沉没。（二）船舶堵漏2.船舱进水后对船舶抗沉能力的分析对于设计上达不到抗沉性要求的船，也要从船舱浸水时船舶载重线的高低、渗透率的大小、进水量的大小、排水设备的能力方面分析船舶的抗沉能力，采取应急措施。(1)舱底水泵的排水量估算根据《1974年国际海上人命安全公约》规定，一艘船舶要有2台舱底泵，客船要求至少装设3台动力舱底泵与总管相连接。每一台动力舱底泵应能使流经排水总管的水流速度不小于122m/min．

Q排=5,75d2*10-3

d---舱底水总管的内径(2)船舱破损的进水量估算水线以下破洞的进水量，与破洞位置距水线的垂直距离以及破洞面积的大小有关。一般可按如下经验公式估算出

Q进=uF√2g（H-h）F----破洞面积H----破洞中心在水线以下的深度h----舱内水面距离破洞的高度（舱内水面超过破洞位置时）01.关于船舱破损进水量估算的说法中，正确的是______。A.与破洞位置距水线的垂直距离成正比

B.与破洞面积成正比

C.与破洞中心在舱内水面下的深度成正比

D.流量系数为定值，与破洞面积大小无关答案：B*3、船舶堵漏器材及其使用方法根据船舶的大小、类型和航区等的不同，在船上要配