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浅谈货物装载山东大洋海事技术李可浅谈货物装载一、船舶的载货能力1、 船舶的载货能力船舶的载货能力是指船舶在实际航次中所能载运货物的重量和体积的最大限度，或是运送特殊货物的可能条件和数量限额。其包括载货重量能力和载货容量能力。载货重量能力是指船舶在实际航次中所能载运货物重量的最大限度，用净载重量表示。载货容积能力是指船舶所能容纳货物体积的最大限度。对于通常载于舱内的货物，载货容积能力可用货舱总容积表示。2、计算船舶载货能力的目的船公司在替所属船舶计划装载货量时，会先根据经验值估算该船舶的载货能力，然后以装货清单的方式送交船上大副。船上大副再依据船上实际燃油存量、使用压舱水、淡水及不知名重量(Constant)等情况，仔细核算确认船舶该航次的载货能力。3、航次载货能力之计算为使船舶载货容积与载货重量能够充分利用，大副从该船之载货容积图(Capacity plan)与载重尺标(Dead weight Scale)查得出所装货物之装载因数及船舶之载重吨位和载货容积。一、 货物积载因数 (Cargo StowageFactor)某一货物之积载因数，即一吨重量之该货物，当其装入船舱(货柜)后，该货物本身所需之立方容积，及货物与货物间以及货物与船体之间隙，及垫舱所占容积等，都包括在货物积载因素内。二、 装载货物重量 (Cargo Deadweight)1.船舶装载货物能力是以该船之载重吨位来决定。载重吨位分总载重吨位和净载重吨位;总载重吨位包括载货重量、人员及行李、粮食、压舱水、淡水、燃油、润滑油、锅炉水、备品和供应品等重量。即满载吃水时与空船吃水时排水量之差。净载重吨位即载货重量。当船舶装载货柜时，如每个货柜的平均重量较大，则货柜的最大装载数量虽未到，而可能船舶的载重量或吃水已经满了;反之，如每个货柜的平均重量较小，即使货柜的最大装载数量已达到，而货柜船的载重量或吃水还有多余。2.船舶总载重量的确定当船舶的吃水不受水深限制时，总载重量根据该航次所应使用的货载重线来计算;当船舶的吃水受水深限制时，总载重量则根据可使用的最大装载平均吃水来计算。三、装载货物容积船舶上为装载货物所设置之场所称为装货空间，每艘船之船舶标示(Ships Particulars)及容积图(Capacity Plan)，均有详细记载。第二节 货物积载时货重分配之重要性在装载货物时，货物重量不得超过甲板所能负荷之最大承受力，并应配合船体之应力结构，作合理且安全的配舱装载。1、货重的纵向分配纵向重量的分配影响船舶之俯仰差、舯拱及舯垂之弯曲应力；因此宜避免船货集中在舯前部造成吃水艏俯航行，因在恶劣天候时，海浪较易冲击前甲板而使船、货易受损伤，或影响车叶效率及航速。当船货集中在船只前后时会使船舶产生舯拱现象；而船货重量集中在船只的中部时会使船舶产生舯垂现象；船只在过度的舯垂或舯拱航行时，尤其是在恶劣天候中航行，易破坏船体强度；小者延误船期，大者导致货损或船损。船之装载最好能纵浮平或艉俯。2、货重的横向分配货物装船应平衡配置在船中线的左右舷，将重货安排在船中线上，尽量让船舶左右两边货重配置平衡。船之横摇(Rolling)会受横向重量集中之影响，重量愈靠近船中线横摇愈速，摇摆周期愈短；重量向右左两舷集中，横摇则缓摇摆周期变长。在安全范围内可配置重货在船的左右两舷侧，使横摇减缓。3、货重的垂直分配船舶装载时，货重垂直配置在大舱内或甲板上，会影响船舶稳度；若重货安排在甲板过多会使船舶稳度小；若货物重量太集中在大舱会稳度过大。稳度过小船的复原力小有安全顾虑，稳度过大在海况恶劣时，船体横摇幅度大易使船体损伤、货物位移导致货损使船公司增加额外费用去善后处理。不适当的货物配载也会导致压舱水不良运用。因此，船边运务人员及船上的船长、大副应妥善配置货载重量。4、 船舶的稳性船舶航行于海上，遇到坏天气船体常会受到强风大浪的拍打撞击，使船体产生横倾和横摇等运动。船体左右横倾和横摇的幅度超过一定的限度，极可能使船体发生倾覆。所以，为着航行安全，船舶必须具有一定程度的抵抗风浪等外力作用于船体的性能，亦即船舶必须具有适当的、足够的稳性(Stability)。1、船舶的稳性船舶稳性(Stability)是指船舶具有抵抗外力矩而不使船体倾覆的性能，当外力矩消失后，船体有能够回复到原平衡位置的能力。船舶稳性，可依船体所受外力矩的大小、方向和性质等因素，作如下分类:1. 横稳性(Transverse Stability)和纵稳性(Longitudinal stabili ty)船舶稳性按照倾斜的方向，可分为横稳性与纵稳性。横稳性是指船体在横倾力矩作用下发生横倾(即绕通过漂心的纵坐标轴的转动)后产生的稳性。纵稳性是指船体在纵倾力矩作用下发生纵倾(即绕通过漂心的横倾轴的转动)后产生的稳性。一般货船，因纵向长度远大于横向长度，船体的纵稳性是足够的。2. 初稳性(Initial Stability)和大倾角稳性(Stability at Large angles)在横稳性情况中，由于在不同的横倾角范围内，复原力矩随横倾角的变化而不同，按照横倾角度的大小，横稳性可分为初稳性和大倾角稳性。初稳性是指横倾角小于10度到15度，且上甲板边缘未入水前所具有的稳性。大倾角稳性是指横倾角大于10度到15度，或上甲板边缘开始入水后所具有的稳性。3. 静稳性(Statical stability) 和动稳性(Dynamical stability)作用于船体的倾侧力矩，分成静态倾侧力矩和动态倾侧力矩两种。前者缓慢地作用于船体，所以发生横倾的角速度和角加速度较小；后者是动态倾侧力矩突然作用于船体，使其发生横倾顿的角速度和角加速度十分明显。船体在静态倾侧力矩作用下所表现的稳性，称为静稳性；在动态倾侧力矩作用下所表现的稳性，称为动稳性。4. 完整稳性 (Intact StabiHty) 和破舱稳性 (Damaged stability)船体船壳完整情况下的稳性，称为完整稳性；船体船壳破损致船舱进水时的稳性，称为破舱稳性，或称破损稳性。二、船体平衡状况船体漂浮于水中会受两种合力作用，一种为通过其浮力中心向上作用之浮力，另一种为通过其重心向下作用重力，如该船是在平衡状态，则两者必大小相等，且作用方向相反在一垂直线上。漂浮于水中的船体处于何种平衡状态，决定于船体倾斜前后，浮力作用线的交点，即稳心点M与船体重心点Go之间的相互位置。其平衡状态可分为下列三种1、稳定平衡状态(Stable Equilibrium)船体正浮(Upright Position)时，处于平衡状态，其稳心点M(船体倾斜前后其浮力作用线的交点)位于船体重心点Go的上方。此时GM0。船体处于稳定平衡状态时，当受到外力矩作用会发生倾侧，但在外矩消失后，在正的复原力矩作用下，船体会自动回到原来的平衡位置。2、不稳定平衡状态船体正浮时处于平衡状态，其稳心点M位于重心点Go的下方。此时 GM0。船体处于不稳定平衡状态时，即使受到较小外力矩作用也会稍微离开平衡位置，纵然外力矩很快消失，船体仍会在负的复原力矩作用下，在一定范围内继续倾侧，极有可能导致船体发生倾覆。3、随遇平衡状态船体正浮时处于平衡状态，其稳心点M与重心点Go重合。此时 GM=O。船体处于随遇平衡状态时，当受到外力矩作用会发生倾侧，即使外力矩消失后，船体因复原力矩为零，所以不可能回到正浮位置;船体若较长时间受到外力矩作用，其横倾角将在一定范围内不断增大，最后极有可能导致船体倾覆。综上而言，船长为确保船舶的航行安全，尤其是在恶劣天候、惊涛骇浪的大海上航行，船长一定要使船舶有足够的抵御风浪的性能，即船舶需要有足够的、适当的稳性。三、初稳性初稳性是船体在小倾角横倾时，稳性的特性及变化。1. 船体正浮，水线附近的舷侧垂直于水面时，船体的小倾角横倾有两个特点:(1) 横倾前后两水线面的交线通过正浮时的漂心 F。(2) 横倾前后浮力作用线的交点，即横稳心点 M 位置不变。浮心B 随横倾角左右变化，其移动的轨迹是以横稳心 M 为圆心，浮心 B 至横稳心 M 之间的距离BM为圆弧半径，称为横稳心半径。如图所示。船舶初稳性图船体小倾角横倾时，可以用几何方法建立初稳性时复原力矩与横倾角之间的关系。如图所示，船体倾斜后由于重力和浮力已不在一直线上而形成一个复原力矩(Moment) MR 。因此，当排水量和横倾角一定时，初稳性高度 GoM 与复原力矩成正比。初稳性高度的大小决定着船体在小倾角横倾后所受的复原力矩的大小；故船体的初稳性可用初稳性高度GoM表示。3.初稳性高度受自由液面效应的影响船在海上航行需要载着燃油、淡水、压载水等液体。由于液体有流动特性，液体舱内若未全部装满，当船体摇动会产生自由流动现象，即自由液面效应，会降低船的初稳性高度，所以初稳性高度须经自由液面修正。船舶在航行过程中，对于压水舱，（该满的要满，该空的要空），使自由液面对船舶稳性的影响减少；同时，燃油舱、淡水舱应注意左右舷均衡使用，俾保持船体左右平衡，无初始横倾角。四、大倾角静稳性船在海上航行时，在冬季时常会遇到恶劣天气遭到强风巨浪吹袭，船体会发生大幅度的横摇，轻则左右舷摆幅超过10度到15度(初稳性范畴)，严重时甚至能横摇到干舷甲板边缘浸入水中。因此，在海上航行的船舶，必须具有初稳性及大倾角稳性的性能。1.大倾角静稳性的表示船体发生大倾角横倾或干舷甲板入水后，由于船体的出水体积V1 和入水体积 V2 因船体设计的形状而不均衡，如图 1-4 所示，使船体初稳性的两个特点不相符合。稳心点 M和稳心半径 BM 不是固定值，因此，船体的大倾角稳性不能用初稳性高度GM 表示。另方面，船体横倾后仍具有重力和浮力构成的复原力矩。GAZA : 假定重心高度的静稳性力臂(m)，以船舶排水量由该船图稳性横交曲线上，查得不同横倾角的对应值。KGo : 船舶重心高度(须自由液面修正)(m)。KGA : 假定重心高度 (m)。假定重心点法，船体大倾角横倾图2. 静稳性曲线船舶装载情况一定时，复原力矩MR 和复原力臂 GoZ 都是船横倾斜角的函数，由此函数形成的曲线，即是静稳性曲线，如图 1-53 所示。纵坐标为复原力矩 MR，即是静稳性力矩曲线；纵坐标GZ为复原力臂，即是静稳性力臂曲线。静稳性曲线的图示利用图所示的静稳性力矩(力臂)曲线，可以由复原力矩 (力臂)随船体横倾斜角的变化，得知其在船舶稳性上的重要资讯。(1) 最大复原力矩( 臂) MRma x(GZmax)静稳性力矩曲线和静稳性力臂曲线的最高点，对应的纵坐标，是最大复原力矩 MRmax 和最大复原力臂 GZmax 。(2) 极限静倾角smax最大复原力矩 MRmax 或最大复原力GZmax，对应的横倾角即是极限静倾角，即船体可能出现的最大静态稳定平衡角。(3) 稳性消失角 V静稳性力矩曲线与横坐标轴右侧交点对应的横倾角，是稳性消失角，一旦船体横倾角超出V时，船体复原力矩将由正值变成负值；复原力矩取正值的横倾角范围是稳性范围。(4) 甲板浸水角 im船体左右横倾顷斜到甲板边缘将开始入水，此时船体的横倾角即是甲板浸水角。从甲板浸水角开始，水线面以下船体的形状发生变化，导致复原力矩增大的趋势减缓。如图所示，甲板浸水角im 。五、 动稳性船在海上航行时，在冬季时常会遇到恶劣天气或在夏季、秋季时碰到台风，遭到强风巨浪吹袭，船体会发生大幅度的左右横摇，这是由于船体横倾角的增加相对缓慢，以致复原力矩不能及时平衡于横倾力矩，于是船体横倾的角速度和角加速度增大增快；此即动稳性状况下的动态横倾力矩作用。船体受动态力矩作用横倾时的运动过程解说船体突然受到动态横倾力矩 Mh的作用而开始横倾。图(左)，在横倾的初期，由于Mh 大于复原力矩 M，因此，合力矩 Mh - MR 与倾斜方向相同，所以船体在外力矩作用下加速倾斜；当横倾斜角达到静倾角s，复原力矩与横倾力矩抵消，合外力矩等于零，此时船体在s 处达到最大的动能。然因惯性作用船体会继续倾斜，当横倾角超过s 后，横倾力矩小于复原力矩，合力矩 Mh-MR 与倾斜方向反向，船体减速倾斜；直到船体横倾至横倾角d，横倾角达到最大，此时船体在S 位置所具有的动能已被反向合力矩所作的功抵消。然后，船体在反向合力矩的作用下开始回复减少倾斜，一直越过s角回复到合外力矩与倾斜方向相同的区间；然后展开下一轮的运动。假定外力矩作用于船体的大小和方向近于不变，则船体因受水和空气阻力及复原力矩的作用，船体通过s点后的动能会逐渐减小，经几次摇摆后，船体最终会静止于s 处，如图(右)，这现象就是冬季时船出菲律宾的吕宋岛朝北往台湾的鹅銮鼻航行，船体受到东北季风 7-8 级吹袭时，船体会左倾的原因。此时若 GM足够，可调整压舱水及燃油使用以平衡船体；否则退而求其次，该满的水舱及油舱一定要满，防止 GM 流失，严重时产生倾覆危险。六、稳性调整船舶在海上航行，一定要有足够的稳性，才能确保船舶、货物及人员的安全。所以在作船舶预定装载计划或在码头实际装载时，若发现稳性不足，就必须进行调整，使船舶稳性符合标准。1.调整初稳性高度在计算出本航次的初稳性高度时，如欲增加或减少初稳性高度，通常有两种方法，以配合船舶各种不同的装载情况。(1) 垂向移动货载如船舶预定装载计划或在码头实际装载时，是满载或水呎限制情况，不能再多装任何货