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經(jīng)驗(yàn)交流

基于臨界橫傾角的散裝谷物船舶穩(wěn)性衡準(zhǔn)
時(shí)間:2010年02月22日   作者:佚名  點(diǎn)擊次數(shù): 【字體:

內(nèi)容提要:依據(jù)IMO谷物裝運(yùn)規(guī)則,對(duì)散裝谷物裝載船的穩(wěn)性核算進(jìn)行研究,建立臨界橫傾角的概念,推導(dǎo)出臨界橫傾角的計(jì)算方法和原理,形成完整實(shí)用的散裝谷物裝載船舶,尤其是非專用散裝谷物船舶核算船舶穩(wěn)性的臨界橫傾角穩(wěn)性衡準(zhǔn)方法。通過實(shí)船計(jì)算,總結(jié)了大型遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船和小型沿海運(yùn)輸船臨界橫傾角的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞:散裝谷物船 臨界橫傾角船 舶穩(wěn)性衡準(zhǔn) 穩(wěn)性校核

0引言

裝載散裝谷物的船舶,由于穩(wěn)性不足而導(dǎo)致船舶傾覆的事故時(shí)有發(fā)生,因此按照規(guī)則的要求對(duì)散裝谷物船舶進(jìn)行穩(wěn)性校核十分重要。根據(jù)國(guó)際海事組織通過的《1991年國(guó)際散裝谷物安全裝運(yùn)規(guī)則》,要求對(duì)散裝谷物實(shí)際裝載狀態(tài)的三項(xiàng)指標(biāo)逐一核算,即:經(jīng)對(duì)各液體艙內(nèi)自由液面修正后的初穩(wěn)性高度應(yīng)不小于0.3m;由于谷物移動(dòng)而產(chǎn)生的橫傾角應(yīng)不大于12°,但對(duì)199411以后建造的船舶還應(yīng)考慮甲板邊緣入水角,取兩者之較小者;船舶剩余動(dòng)穩(wěn)性值應(yīng)不小于0.075m·rad

在船舶實(shí)際營(yíng)運(yùn)中,對(duì)規(guī)則規(guī)定的三項(xiàng)衡準(zhǔn)指標(biāo)逐一核算,顯得相當(dāng)復(fù)雜。目前大多數(shù)專用散裝谷物船舶進(jìn)行穩(wěn)性核算的主要簡(jiǎn)化方法是谷物許用傾側(cè)力矩法,即將規(guī)則中的衡準(zhǔn)要求簡(jiǎn)化為全船谷物傾側(cè)力矩不大于最大谷物許用傾側(cè)力矩,ΣMu′≤Ma,則船舶同時(shí)滿足谷物裝運(yùn)規(guī)則的三項(xiàng)指標(biāo)。谷物許用傾側(cè)力矩Ma是指船舶恰能滿足散裝谷物裝運(yùn)規(guī)則的各項(xiàng)穩(wěn)性衡準(zhǔn)指標(biāo)時(shí),對(duì)船舶各艙內(nèi)允許出現(xiàn)的谷物假定移動(dòng)傾側(cè)力矩之和的最大限制值。其方法是按船舶不同排水量和重心高度,將同時(shí)滿足散裝谷物船穩(wěn)性的三項(xiàng)衡準(zhǔn)指標(biāo)要求的最大許用傾側(cè)力矩編制成最大許用傾側(cè)力矩表。校核散裝谷物船舶穩(wěn)性時(shí),根據(jù)船舶排水量和重心高度查取船舶最大許用傾側(cè)力矩值,再將許用傾側(cè)力矩與全船實(shí)際谷物移動(dòng)傾側(cè)力矩相比較,來判斷船舶穩(wěn)性是否滿足散裝谷物裝運(yùn)規(guī)則。

然而,對(duì)于非專用谷物船舶裝載散裝谷物時(shí),由于船舶不具備谷物裝載證書及谷物規(guī)則規(guī)定的與穩(wěn)性核算有關(guān)的谷物裝載資料,也沒有提供最大谷物許用傾側(cè)力矩表,因而不能采用此種方法。鑒于此,本文依據(jù)《1991年國(guó)際散裝谷物安全裝運(yùn)規(guī)則》的規(guī)定,利用船舶靜力學(xué)理論,提出了基于臨界橫傾角的散裝谷物船穩(wěn)性等效衡準(zhǔn)方法,以期能對(duì)散裝谷物船舶的穩(wěn)性校核的簡(jiǎn)化提供指導(dǎo)。

1船舶臨界橫傾角定義

船舶臨界橫傾角是指同時(shí)滿足《1991年國(guó)際散裝谷物安全裝運(yùn)規(guī)則》對(duì)散裝谷物船穩(wěn)性三項(xiàng)衡準(zhǔn)指標(biāo)要求的最大的由于谷物移動(dòng)引起的船舶橫傾角,如果船舶由于移動(dòng)所產(chǎn)生的橫傾角不大于此值,則認(rèn)為該裝載狀態(tài)同時(shí)滿足規(guī)則中的穩(wěn)性各項(xiàng)指標(biāo)要求。這需要我們根據(jù)船舶現(xiàn)有資料求取船舶不同裝載狀態(tài)下的由于谷物移動(dòng)所引起的船舶臨界橫傾角,作為船舶資料,便于在工作中隨時(shí)查用。

2船舶臨界橫傾角的計(jì)算

2.1靜穩(wěn)性力臂GZ的求取

船舶形狀穩(wěn)性力臂KN是隨船舶排水量和船舶橫傾角的改變而改變的一組數(shù)據(jù),在船舶穩(wěn)性報(bào)告書中可以查取,但這些是離散的。為方便計(jì)算和計(jì)算機(jī)程序的實(shí)現(xiàn),需要將對(duì)應(yīng)某一排水量的KN值按最小二乘法或采用MATLAB工具軟件擬合成多項(xiàng)式,其形式為:

基于臨界橫傾角的散裝谷物船舶穩(wěn)性衡準(zhǔn)

則船舶不同橫傾角下的靜穩(wěn)性力臂為:

基于臨界橫傾角的散裝谷物船舶穩(wěn)性衡準(zhǔn)

其中KG為經(jīng)過自由液面修正后的船舶重心高度。

2.2船舶剩余動(dòng)穩(wěn)性的計(jì)算

根據(jù)散裝谷物裝運(yùn)規(guī)則規(guī)定:谷物傾側(cè)力臂曲線是一條隨橫傾角的增大而下降的直線,橫傾角為0°時(shí)的谷物傾側(cè)力臂λ0和橫傾角為40°的谷物傾側(cè)力臂λ40分別按下式計(jì)算:

基于臨界橫傾角的散裝谷物船舶穩(wěn)性衡準(zhǔn)

根據(jù)散裝谷物裝運(yùn)規(guī)則,谷物傾側(cè)力臂直線過(0,λ0)和(40,0.8λ0),容易得到谷物傾側(cè)力臂曲線的計(jì)算公式為:

λθ=λ01-0.005θ

則剩余靜穩(wěn)性力臂為靜穩(wěn)性力臂GZ與谷物傾側(cè)力臂λ0的差值,其計(jì)算公式為

基于臨界橫傾角的散裝谷物船舶穩(wěn)性衡準(zhǔn)

剩余動(dòng)穩(wěn)性值是指由船舶靜穩(wěn)性力臂曲線、谷物傾側(cè)力臂曲線和右邊界線所包圍的面積值,所以船舶剩余動(dòng)穩(wěn)性的計(jì)算公式為:

基于臨界橫傾角的散裝谷物船舶穩(wěn)性衡準(zhǔn)

上式中,θh為谷物移動(dòng)所產(chǎn)生的橫傾角,即GZ曲線與λθ曲線交點(diǎn)的橫坐標(biāo);θm為右邊界所對(duì)應(yīng)的橫傾角,取θm=min(θGZmax,θf,40°),其中,θGZmax為剩余靜穩(wěn)性力臂最大值所對(duì)應(yīng)的橫傾角,θf為船舶進(jìn)水角。

2.3滿足動(dòng)穩(wěn)性的臨界橫傾角的計(jì)算首先,將θm,KG,λ0和θh=12°(因?yàn)楣任镆?guī)則中要求的θh的最大值為12°)帶入剩余動(dòng)穩(wěn)性計(jì)算公式,求得船舶剩余動(dòng)穩(wěn)性值,其結(jié)果有如下可能:

Ad0.075m·rad,則該狀態(tài)下的船舶臨界橫傾角θL可以認(rèn)為12°;

Ad0.075m·rad,則適當(dāng)減小θh值,從而使λθ下移,直至使Ad=0.075m·rad,則此時(shí)的θh即為臨界橫傾角θL。

經(jīng)以上計(jì)算,剩余動(dòng)穩(wěn)性滿足公約要求后,即可確定該裝載狀態(tài)下的臨界橫傾角?,F(xiàn)使經(jīng)各液艙自由液面修正后的初穩(wěn)性高度GM=0.30m,那么KG=KN-GM=KN-0.3,同時(shí)滿足剩余動(dòng)穩(wěn)性Ad0.075m·rad時(shí)所對(duì)應(yīng)的橫傾角為θhm,則得到該狀態(tài)時(shí)的臨界橫傾角θL=min(θhm,12°)。

2.4船舶臨界橫傾角數(shù)值表的求取

根據(jù)以上方法,對(duì)于滿載排水量,如果不改變排水量,只改變船舶重心KG的值,即KG=KG-δKG,但要確保KG=KN-GMKN-0.3,重復(fù)以上步驟,可以得到滿載排水量條件下不同KG時(shí)的θL值。

對(duì)某一重心高度下,如果排水量遞減,即Δ′=Δ-δΔ,可以得到不同排水量條件下的臨界橫傾θL值。

這樣,可以求得船舶不同裝載狀態(tài)下的臨界橫傾角θL,然后編制成船舶臨界橫傾角數(shù)值表,供航海人員在工作中查取。

3利用臨界橫傾角數(shù)值表校核穩(wěn)性

將船舶臨界橫傾角作為公約中散裝谷物船舶穩(wěn)性要求的等效衡準(zhǔn),必須滿足由于谷物移動(dòng)所產(chǎn)生的橫傾角θ≤θL。校核步驟如下:

1)計(jì)算谷物裝載后船舶排水量Δ和經(jīng)自由液面修正后的船舶重心高度KG

2)根據(jù)各艙的谷物裝載情況,利用公式θ=arctan(ΣMu/9.81Δ·GM)計(jì)算出該裝載狀態(tài)下由于谷物移動(dòng)引起的船舶橫傾角θ,式中ΣMu′為全船谷物移動(dòng)傾側(cè)力矩之和;

3)由Δ和KG查θL數(shù)值表,得到該裝載狀態(tài)下的θL

4)若θ≤θL,則船舶穩(wěn)性滿足規(guī)則要求,反之,不滿足要求。

4臨界橫傾角的實(shí)船計(jì)算

基于臨界橫傾角的計(jì)算理論,利用MICROSOFT EXCELVB,編寫計(jì)算機(jī)程序,對(duì)大連海事大學(xué)配載軟件中DWT 20 000t級(jí)雜貨船DEMO輪和某DWT 3 000t的沿海運(yùn)輸散貨船“XXX”輪的臨界橫傾角進(jìn)行計(jì)算,得到結(jié)果如下:

1DEMO輪船舶臨界橫傾角

KG

8.6

8.7

8.8

8.9

9.0

9.1

9.2

9.3

14000

12.0

12.0

12.0

12.0

12.0

12.0

12.0

12.0

16000

12.0

12.0

12.0

12.0

12.0

12.0

12.0

12.0

18000

12.0

12.0

12.0

12.0

12.0

12.0

12.0

12.0

20000

12.0

12.0

12.0

12.0

12.0

12.0

12.0

12.0

22000

12.0

12.0

12.0

12.0

12.0

12.0

12.0

12.0

從以上兩艘船的計(jì)算結(jié)果不難發(fā)現(xiàn):對(duì)于較大噸位的遠(yuǎn)洋船舶,如果合理配載,充分平艙,保證船舶靜穩(wěn)性時(shí),其船舶臨界橫傾角一般比較大,取12°或接近12°;但對(duì)于小噸位的沿海運(yùn)輸船,由于其干舷較低,導(dǎo)致船舶進(jìn)水角也很小,造成剩余動(dòng)穩(wěn)性面積的右邊界減小,所以其臨界橫傾角也要減?。ㄈ绫?/SPAN>2),一般要小于12°。

2沿海運(yùn)輸散貨船“XXX”船舶臨界橫傾角

KG

4.0

4.1

4.2

4.3

4.4

2900

12.0

12.0

12.0

11.4

10.2

3100

12.0

11.6

10.5

9.3

8.2

3300

10.6

9.5

8.5

7.4

6.3

3500

8.3

7.8

7.0

6.2

5.4

5結(jié)束語(yǔ)

按照《1991年國(guó)際散裝谷物安全裝運(yùn)規(guī)則》的要求對(duì)散裝谷物船舶進(jìn)行穩(wěn)性校核是必須完成的工作。本文依據(jù)規(guī)則規(guī)定,提出了基于臨界橫傾角的散裝谷物船的穩(wěn)性等效衡準(zhǔn)方法,據(jù)此,能夠方便快捷地解決裝載散裝谷物船舶在有關(guān)穩(wěn)性資料不足情況下的穩(wěn)性核算,以期能對(duì)散裝谷物船舶簡(jiǎn)化穩(wěn)性校核提供指導(dǎo)。

作者:李榮輝 徐邦禎  來源:航海技術(shù)

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