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重吊船的稳性简介

2019-12-18 06:09:37

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卞吉美 杨玉东

摘 要:国际法规没有明确规定重吊船的稳性衡准,如何准确评估不仅是船舶设计要考虑的问题,在船舶建造以及使用过程中也会不断碰到。部分船级社(GL、DNV、BV、RINA)及监管当局对此给出了各自标准。其中GL对此问题研究最为深入,本文就此问题作简要介绍。

关键词:重吊船 稳性衡准

0 序言

重吊船是指配置重吊的船舶。重吊船的服务周期分为两个,即航行状态和重物起吊作业状态。起重作业又分为港内和近海两种环境。

虽然国际法规(国际完整稳性规则和国际海上人命安全公约)明确规定了船舶在航行状态下的稳性衡准,但是这些规则均不考虑起重作业特殊工况下的稳性。

对于在港口执行起重作业的船舶稳性衡准,国际规则没有具体要求。

另外,在近海执行起重作业的船舶,国际规则的适用可能会限制这些起重作业。从技术角度看,这可能是不恰当的,因为这些规则的目的是确保在所有可能的海洋和气候条件下的船舶使用寿命期间具备足够的稳性,而起重作业只在受控条件下完成,因此,适用国际规则可能限制正常起重作业。

此外,国际规则没有考虑在货物起重设备故障导致吊车载荷突然损失的情况的倾覆危险。如果采取反向压载措施,船舶存在动态甚至静态倾覆的可能性。

GL、DNV、RINA等船级社根据各自经验分别给出了一系列在特定条件下评估船舶抵抗倾覆能力的稳性指标,来指导从事起重作业船的设计与使用。

其中GL在总结其多年经验基础上,于2013年提出了一整套衡准指标。基于我们公司承建的大型重吊船均入级GL。因此就该专题,专门做一介绍。

1 航行状态下完整稳性衡准及其重吊工况下替代衡准

以下规则是所有航行状态船舶都需要满足的规则,对类似我公司承建的20000吨重吊船以及13000吨重吊船,干舷形式为B型,即使在重吊作业状态满足以下指标也不成问题。

气象衡准定义了船舶抵抗横风和横摇联合作用的能力,船舶受到垂直于其中心线的一个定常风压作用,产生一个定常风倾力臂lw1;假定由于波浪作用船舶由平衡角φ0向上风一侧摇至一个横摇角φ1,在定常风作用下的横倾角φ0应不大于16°或甲板边缘浸水角的80%,取小者;然后船舶受到一个阵风风压,产生一个阵风倾侧力臂lw2;在此情况下,面积b应等于或大于面积a,如图一:

至横倾角30°复原力臂曲线下面积不小于0.055m·rad

至横倾角40°复原力臂曲线下面积不小于0.09m·rad

在横倾角30°与40°之间或与进水角φf(如该角度小于40°)之间复原力臂曲线下面积应不小于0.03 m·rad

在横倾角等于或大于30°处,复原力臂至少为0.2m

最大复原力臂应在不小于25°处

初稳性高度应不小于0.15m

以上规则在任何情况下都应遵守,在起重作业时也应遵守。

如果为了完成起重作业无法满足以上完整稳性衡准指标,外界环境和操作限制在此作业期间确定,可以采用完整稳性替代衡準指标。环境限制条件主要是风速及有义波高。作业限制条件主要指最大持续作业时间。

GL给出的重吊作业完整稳性如下替代衡准:

复原力臂曲线下的面积ARL超过横倾力臂曲线AHL下θ1 和 θ2之间面积的40%或0.03 m·rad 即ARL≥max (1.4·AHL; AHL + 0.03)

对于类似我公司20000吨重吊船及13000吨重吊船,干舷为B型,具有较大的储备浮力,完全不需要采用替代衡准。

2 重吊作业的一般性衡准

GL针对重吊作业工况给出了以下一般性稳性衡准指标:

船舶平衡横倾角在重吊作业过程中不大于设计重吊机械时的最大许用静倾角。

港内重吊起吊作业过程中, 船舶任意位置的剩余干舷在考虑纵倾与横倾后不得小于0.50米;海上重吊起吊作业,在操作过程中的剩余干舷不应小于0.50米或75%最大有义波高的大者。

如果设有稳性浮箱,浮箱的剩余干舷应不小于0.60米。

以上衡准不是替代衡准,任何参与重货起吊作业的船舶都必须满足。除此之外,还需要考虑发生重大坠落事故后的安全评估。

3 结语

重吊船航行状态的稳性衡准执行《国际完整稳性规则2008》。

重吊船吊装状态选项一,执行航行状态规则,加算横倾角和剩余干舷(浮力)的一般规则校核;选项二,如果不能满足航行状态规则,退一步,补充校核替代稳性衡准。两个选项中,针对横倾角和剩余干舷(浮力)的一般规则是必须满足的指标。

然后,再校核失重情况下的安全评估。选项一,计算基于复原力臂曲线特性的简化指标校核;选项二,如果选项一的结果显示,无法满足复原能量与势能的比值要求,求解基于简化的一维横摇角微分方程,得出动态极限横倾角及最终横倾平衡角,检查非保护性开口浸没情况;选项三,如果以上计算显示,结果无法满足安全要求,最后数值化求解Navier Stokes方程,然后分析结果。

最后,分舱及破舱稳性的角度,重吊作业状态的特殊工况,在近海,风、浪等外界条件合适情况下,也做了适当放松,即基于船壳破损情况下的一舱不沉。而对于港内作业,则做了完全放松,不做要求。

参考文献

[1] 国际完整稳性规则 [S] 2008

[2] GL重型货物转移船舶稳性评估导则[S] 2013

作者简介:卞吉美(1972—),女,山东省莱州市人,职称:高级讲师,研究方向:船舶与海洋工程。

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