冰区船舶的设计探讨.doc

《冰区船舶的设计探讨.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

冰区船舶的设计探讨随着全球气候变暖，海水融化，资源和航道从潜在利益变成了现实利益。全球航运重心将逐步转向北极，这是由于世界发达国家大多数处于北纬30度以北，这个地带生产了当今世界80%的工业产品，占据70%的国际贸易。由于气候地理因素的变化，北极航道畅通后将使这些地区的国际贸易航线缩短大约6000~8000公里的航程，节省40%的航运成本，从而，新型冰区船舶将在世界船舶订单中占据举足轻重的地位。何谓新型冰区船舶，即随着2008年以来，加拿大，德国分别进行了西北，东北航道的试探性商业航行，告诉我们：冰区船舶的型线设计将要更加新颖。融冰和破冰的功能将会更加先进。船舶的吃水冰带以下的船体强度设计将更加合理，国际规则因素与“绿色船舶”的设计将更加贴合。例如，瑞典的阿法拉伐公司开发了适用于北极钻探航行的压载水处理设备，挪威船级社开发了冰载荷监测系统，能提供冰载荷对船体影响的实时信息，并能将冰层的卫星信息整合成电子航行地图等。我厂多年承接了512TEU，660TEU和1000TEU冰区加强型船的设计与建造，有着丰富的设计和建造水平。但还必须与时俱进，创新思维，为发挥优势，错位发展，占领市场制高点。“十二五”规划中，我厂提出了在开拓其他重点船型的同时，必须研发和建造新型冰区型船舶。这里具有非常重要的历史意义和现实意义。 本人通过多年的实践和学习，对冰区加强型的船舶的设计要点谈一些肤浅的认识，目的是给人有一种粗旷的了解。首先，该船规格书入级符号与常规船舶有所不同，如我厂建造的1000TEU冰区加强型船，需要在入级符号中增加“ICECLASSIA”（BV规范），或100A5EMCE~E（GL规范）冰级IA相当于冰级标志E。应用于冰级“E到E”的设备系统，其外部环境温度显然是0C以下，有时甚至下降到-30C。通常E1-E2符号说明船舶航行在漂冰区域（0C~10C）。“E3-E4”符号说明船舶需要航行在冰冻区域。所入级的冰区级别的不同，船舶吃水冰带以下的板厚设计要就也不同，对加强或装备而能破冰的船舶还能另行加上附加标志“ICEBREAKER”冰带是应予加强区域的外板，分首区F，舯区M，尾区A和首上区FU。典型的冰载荷分布因肋骨和外板的弯曲刚度不同，最大压力位于肋骨处，最小压力位于肋骨之间，故P=（P+P）N/mm（P—设计冰压力），则设计载荷对于外板取P=0.75P（N/mm）。冰带外板厚度应按下列公式确定：横骨架式：t=667a+t，纵骨架式：t=667a+tmm式中：R系指船舶在有碎冰和固结冰盖层航道中的阻力，t—磨损和腐蚀余量，通常，t以2mm计。冰带范围内的冰带舷侧纵桁，按公式确定剖面模数 和剪切面积。舵和操舵装置在计算舵和扭矩时，航速V的值应按规范要求，如E级，V=18K，航速超过船舶营运速度则所有分别根据舵力和扭矩确定的尺寸（舵杆，挂舵臂等）以及舵机的功率的均应相应增大。同时，主机的额定输出功率必须能连续供给相应冰级所需要的推进功率，相之配套的螺旋桨轴，中间轴，推力轴应按各公式和系数进行必要的加强，对E，E，E，E，E各冰区级，这一加强要求适用于尾轴后轴承，或轴支架轴承区域，且最小加强长度为2.5d。加强：d=C.d（螺旋桨轴，中间轴加强后的直径）式中，C=C(冰区级加强系数)其中：P—主机功率，k，n—轴转速r/min，c=0.71（定距桨的螺旋桨轴）。冰区级系数m的值冰区级EEEEEm812131621螺旋桨的导边的厚度对冰区级E-E必须至少等于叶梢厚度的50%，对冰区级E必须至少等于叶梢厚度的35%。 从上式可看见的冰区级别越高，轴系直径计算的富裕度就越大，此外，在轮机的原理的设计上，也有所区别，有冰区加强的船舶，海水吸入箱，其中之一的海水吸入应设在尽可能靠近船舯处，且远离船尾，整个发动机的装置的通海排出管路应连接在海水箱顶部，对E至E冰区加强标志的船舶计算海水箱容量时按每750KW船舶发动机输出功率（包括辅机的输出功率）约1m。同时海水吸入箱应具有足够的高度，以使冰积聚在的上方，格栅孔的流通面积应不小于吸入截面积的4倍，所有的排出阀应布置在船舶处于任何吃水状态下排水均不受冰块所阻的部位。同时，应布置一蒸汽接管或一加热盘管供海水吸入箱除冰及融冰用。规范还规定对冰区加强型船舶，对其水舱压载水线以上的区域必须要有融冰装置。这种装置的原理设计方法颇多，概括起来大概有5种方法：1.利用海水从中央冷却器排的冷却水余热循环融冰，其特点是管径大易腐蚀。（如我厂建造512TEU船）2.利用热油回路加热融冰，特点是管径小，安全系数不大3.利用蒸汽回路加热融冰，特点与热油回路类同4.利用压缩空气吹泡，动态水流融冰，特点是需要和机加工和空气量的消耗。由于机舱内空压机排出的气体产生油气污染，对淡水舱切不可使用。该吹泡系统的使用必须考虑到舱内的压力决不能高于舱的设计压力，在这一点上减压阀 更适宜于要装在压缩空气管路上，使之不超过舱的设计压力。该吹泡按水平方向布置覆盖整个舱的区域，详细的图纸将送交船级社认可。至于在货舱内的舱底水，开敞甲板的消防和甲板冲洗不需要安装防冻装置，只需提供适当的泄放装置。（根据船厂的实践和船东的要求）5.采用压载泵双向吸排回路，动态水流融冰特点是需要考虑泵类同时运作的排量的保证性。（如我厂建造的1000TEU船）所要提醒的是：冰区船舶的有关电力设备将要适合于低温下操作。（如应急发电机组的电起动）总之，上述融冰装置的设计特点是因船制宜，节能降耗，尽可能采用最简捷的方法，就地取材，使该船融冰系统的设计更加科学合理。目前世界范围内冰区船舶的研发形势看好。STX开发大型冰级集装箱船，极地破冰穿梭LNG船。韩国三星重工已将冰区船舶作为其新技术研发的重要方向。大宇将破冰油船，北极钻井船作为重点高新技术产品进行研发，欧洲也重点研发冰区船舶配套设备等。总之，就冰区加强型船舶市场看好，同时对设计和建造的要求也越来越高，特别是随着PSPC对专用海水压载舱就涂层标准的强制执行，更是需要我们认真地总结过去，开辟船舶设计和建造的新领域。江东船厂张云2010.11.11