货运03船舶稳性

1、海上货物运输海上货物运输第第9章章 船舶稳性船舶稳性主讲：张主讲：张 兢兢船舶稳性很重要Safety First 91 船舶稳性分类船舶稳性分类1）稳性（）稳性（stability）：）： 船舶在外力矩(The External moment)作用下发生倾斜，当外力消除后能自行恢复初始平衡位置的能力。2）物理意义：）物理意义： 船舶倾斜后具有复原力矩(righting moment) 或力臂(righting arm ）。 91 船舶稳性分类船舶稳性分类按倾斜方向分：按倾斜方向分：横稳性（Transverse stability）纵稳性（Longitudinal stability）按倾斜角大

2、小分：按倾斜角大小分：初稳性（initial stability ）1015 甲板边缘不入水，舭部不出水。大倾角稳性(Stability at large angles) 稳性及其分类稳性及其分类按作用力矩的性质分：按作用力矩的性质分：静稳性（statical stability ）动稳性（Dynamical stability）按船舱是否破损进水分：按船舱是否破损进水分：完整稳性（Intact stability）破舱稳性（Damaged stability） 92 船舶初稳性船舶初稳性一、船舶的静平衡状态一、船舶的静平衡状态稳心M：船舶倾斜前后浮力作用线的交点。稳定平衡状态：（Stable

3、 Equilibrium)： 船舶稳心M在重心G之上，GM0。船舶倾斜后重力W与浮力 构成的稳性力矩能使船舶恢复到初始平衡状态。 一、船舶的静平衡状态一、船舶的静平衡状态随遇平衡状态（Neutral equilibrium)： 船舶稳心M与重心G重合，GM=0。船舶倾斜后重力W与浮力所构成的稳性力矩不能使船舶恢复到初始平衡状态 一、船舶的静平衡状态一、船舶的静平衡状态不稳定平衡状态（Unstable equilibrium) 船舶稳心M在重心G之下，GM0。船舶倾斜后重力W与浮力所构成的稳性力矩能使船舶继续倾斜。 92 船舶初稳性船舶初稳性二、初稳性的衡量标志二、初稳性的衡量标志 静稳性：船舶

4、受静态外力矩的作用，不计及倾斜角速度。复原力矩 MR=9.81GZ (KNm) MR=GZ (9.81KNm)GZ为复原力臂MR 与、KG、 有关 92 船舶初稳性船舶初稳性 92 船舶初稳性船舶初稳性初稳性初稳性 船舶倾角1015或上甲板边缘开始入水前的稳性1）特征：倾斜轴过正浮时漂心横稳心M为定点， 横稳心半径BM（r）为定值 92 船舶初稳性船舶初稳性2）初稳性的表示方法）初稳性的表示方法初稳性方程： MR = 9.81GZ = 9.81GMsin GZ = GMsin衡量标志：GM影响初稳性因素： 、 GM MRV1V2GB0WMZrB1KW1L1WL 92 船舶初稳性船舶初稳性三、三

5、、GM的表达式的表达式 GM = KB+BMKG = KMKG h = Zb + r Zg = Zm Zg r = Ix / V初稳性高度初稳性高度GM值的计算值的计算四、四、GM的求取的求取 GM0 = KB+BMKG0 = KMKG0 KM = KB+BM: 查静水力资料初稳性高度初稳性高度GM值的计算值的计算 KG: 空船重量、重心查船舶资料空船重量、重心查船舶资料iiLLZPZKG0KG的计算货物重心高度的确定：货物重心高度的确定：载荷Pi 重心距基线高Zi 的确定 （1）计算法： 按SF归类 求近似货堆高 计算各货重心高： 平行中体: 0.5Hc 首尾：0.540.58Hc 7.2m

6、日日用用品品棉棉纺纺织织品品草草制制品品五五金金1 1. .5 5m mbCiCihhzcchciCiHVVhKG的计算 （2）舱容曲线查取法）舱容曲线查取法 纵：货堆表面距基线高 下横：舱容 上横：容积中心距基线高 应用： 根据货堆表面高度求货物所占舱容和货物重心距基线高；舱容曲线舱容曲线0 02 24 46 68 8容积中心距基线高（m)容积中心距基线高（m)10101 12 23 34 45 56 6500500100010001500150020002000250025003000300035003500舱容（m舱容（m3 3) )A AB BKG的计算c.取舱内货物体积中心。 d.取

7、舱容中心，实用，偏于安全3）油水重量、重心的确定用舱容曲线法MR= gGZ kNmMR = GZ 9.81 kNmGM经验值 93 影响初稳性的因素及其计算影响初稳性的因素及其计算一、自由液面对一、自由液面对GM值的影响值的影响 自由液面的影响： MR = Mh + M GM下降 GZ减小一、自由液面对一、自由液面对GM值的影响值的影响 1.GM修正表达式：修正表达式：GMf的计算（Free Surface Correction）: - 自由液面力矩（Free surface moment） ixi 液舱自由液面的面积对横倾轴的惯性矩 （m4） ( )i xiiGMmxiii 2. ix的确定

8、：1）查船舶资料根据IS 2008按0度横倾角计算。一、自由液面一、自由液面对对GM值的影响值的影响2）公式计算法（1）对称的舱柜 矩形： 等腰三角形： ix与液面宽的三次方成正比 43121mlbixb1b2l4222121)(481mbbbblix一、自由液面对一、自由液面对GM值的影响值的影响43481mlbix一、自由液面对一、自由液面对GM值的影响值的影响（2）不对称舱柜直角三角形：直角梯形：原式 ix与液面宽的三次方成正比 3361lbix4222121)(361mbbbblix （3）无折点且液面对称 液化气船的液舱为球形、圆柱形或椭圆形 l、b分别为液面最大长度和最大宽度。36

9、41lbix一、自由液面对一、自由液面对GM值的影响值的影响一、自由液面对一、自由液面对GM值的影响值的影响3.GM表达式：ffGMKGBMKBGMKGKMGM1）减小液舱柜宽度）减小液舱柜宽度矩形液舱宽矩形液舱宽b, 分为分为n个等分个等分则：则： ixn=ix/n2 4.减小自由液面影响的措施减小自由液面影响的措施b结构措施(a)未隔舱(b) 分隔为两个相等液舱分隔为两个相等液舱后，自由液面效应将会减少至原来数值之四分之一。(c) 分隔为三个相等液舱分隔为两个相等液舱后，自由液面效应将会减少至原来数值之九分之一。因此，当自由液面效应产生时可以下式说明:n21其中n为所隔相等液舱数量。若当分

10、隔为四个相等液舱时，所减少的自由液面效应为十六分之一。1614122）液舱柜装满或排空）液舱柜装满或排空 3）保持甲板排水孔通畅）保持甲板排水孔通畅4）注意纵舱壁漏水或舱内积水）注意纵舱壁漏水或舱内积水5）注意小排水量的影响）注意小排水量的影响 4.减小自由液面影响的措施减小自由液面影响的措施二、舱内载荷移动：二、舱内载荷移动：少量少量P条件：条件：PiKGKG2 2KGKG3 3GZGZKGKG1 1KGKG2 2KGKG3 33.影响静稳性曲线的因素影响静稳性曲线的因素4） KN GZ 但但MR随随 而增加而增加5）自由液面）自由液面Ix：大倾角稳性的：大倾角稳性的Ix随随的增大而变大的增

11、大而变大6）初始横倾角）初始横倾角 95 船舶动稳性船舶动稳性一、船舶动平衡及动倾角一、船舶动平衡及动倾角动稳性：动稳性： 船舶在外力矩的动力作用下表现的稳性，船舶在外力矩的动力作用下表现的稳性，考虑横摇惯性矩（或角加速度）。考虑横摇惯性矩（或角加速度）。 实际船舶在海上航行时经常受到外力矩实际船舶在海上航行时经常受到外力矩Mh的突然作用，如阵风的突然吹袭、海浪的的突然作用，如阵风的突然吹袭、海浪的猛烈冲击等。猛烈冲击等。1020304050607080GZ(m)12S SdvGZ曲线lh曲线smaxAB静平衡与动平衡静平衡与动平衡动平衡过程分析动平衡过程分析1（1）在倾角0至s之间，MR M

12、h ，船在外力矩作用下加速倾斜。（2）当s时， MR= Mh ，外力矩已不能再使船舶继续倾斜，但由于船舶具有一定的角速度（亦即具有一定的动能），在惯性的作用下船将继续倾斜。（3）在倾角s至d之间，MRMh，船舶减速倾斜。（4）当d时，角速度等于零，船即停止倾斜，但这时MRMh ，故船舶开始复原。1020304050607080GZ(m)12S SdvGZ曲线lh曲线smaxAB静平衡与动平衡静平衡与动平衡动平衡过程分析动平衡过程分析2 （1）在倾角d 至s之间； MRMh ，船舶加速复原。 （2）当s时，MR=Mh，复原力矩已不能再使船舶复原，但由于船舶具有角加速度，故将继续复原。 （3）在倾

13、角s至0之间， MhMR ，船的复原速度减小。 （4）在倾角0时，船的复原速度等于零而停止复原。但这时MR= 0 ，外力矩MR又使船产生倾斜。 95 动稳性动稳性动平衡：动平衡：Wh(横倾力矩作功横倾力矩作功) = WR（复原力矩作功）（复原力矩作功） 1020304050607080GZ(m)12S SdvGZ曲线lh曲线smaxAB静静平平衡衡与与动动平平衡衡0( )hhWM d0( )RsWM d二二. 动稳性的基本标志动稳性的基本标志动稳性的表示方法动稳性的表示方法的右边边界线以内，的右边边界线以内，MR或或lR曲线下面积，曲线下面积，即：即：1）动稳性力矩函数）动稳性力矩函数WR()

14、 (KN.m.rad) 0( )RsWM d二二. 动稳性的基本标志动稳性的基本标志2)动稳性力臂函数动稳性力臂函数ld() 0( )( )( )9.819.81RRdWMldddlgM).()(0radmdl三、最小倾覆力矩三、最小倾覆力矩1.基本概念基本概念SOME=SEFN时对应的倾覆力矩（Mh）Mhmin与船舶装载状态有关比较：s smax dmax(极限动倾角) 1020304050607080GZ(m)12 SdmvGZ曲线lhminsmaxMB不不计计初初始始横横摇摇角角时时最最小小倾倾覆覆力力矩矩的的求求取取M ME EN NENd1020304050607080GZ(m)12

15、 SdmvGZ曲线lhminsmaxMB不计初始横摇角时最小倾覆力矩的求取不计初始横摇角时最小倾覆力矩的求取MME EN NENdFsm三、最小倾覆力矩三、最小倾覆力矩Mh 30至少25二、二、IMO对船舶稳性的要求对船舶稳性的要求7天气衡准（船长LBP24m的船舶）图中面积ba7天气衡准天气衡准lw1稳定风压力臂0lw1对应静倾角lw2突风力臂 lw2=1.5lw12=min(f,50,c)clw2为GZ曲线第二个交点7天气衡准天气衡准 Mw1=PwAwZw (KN.m) lw1=Mw1/9.81 Zw Aw面积中心到吃水一半处的垂直距离9 9 船舶稳性船舶稳性9-79-7 船舶稳性的校验及

16、调整船舶稳性的校验及调整一、稳性过大或过小对船舶安全的影响一、稳性过大或过小对船舶安全的影响1.稳性过小稳性过小2.稳性过大稳性过大9-79-7 船舶稳性的校验及调整船舶稳性的校验及调整二、船舶稳性的适用范围二、船舶稳性的适用范围 航行中的船舶,在满足对其完整稳性最低要求的前提下,所核算装载状态下未经自由液面修正的GM0应满足: T 20 s 稳性过小。GM = 4-5%BsTGMGM90|CGMGM 09-79-7 船舶稳性的校验及调整船舶稳性的校验及调整三、船舶稳性的检验及判断三、船舶稳性的检验及判断 驾驶人员应当利用各种条件,进行实船的初稳性高度的检验。1.测定船舶横摇周期检验稳性船舶横

17、摇周期：是指船舶横摇一个全摆程（四个摆幅)所需的时间(s)。影响因素：船舶的自摇周期、舷外水的阻尼力矩、波浪等扰动外力矩、船舶液体舱内未满舱的液体自摇周期的影响等有关。营运船舶通常使用船舶自摇周期的计算公式来粗略地计算其横摇周期。1.测定船舶横摇周期检验稳性我国法定规则中提供的横摇周期(自摇周期与GM0的关系式为： （s）式中:f按船宽吃水比B/d值，查表求得的系数;B船舶型宽m),d所核算装载下的型吃水(m)KG。所核算装载下船舶重心距基线高度(m)GM。所核算装载下船舶未经自由液面修正的初稳性高度(m)。 220040.58BKGTfGM1.测定船舶横摇周期检验稳性 IMO 2008稳性规

18、则：稳性规则： GMBCT21.测定船舶横摇周期检验稳性 IMO 2008稳性规则建议：稳性规则建议： L=5，取平均（2）选择海浪小的时机（3）去掉不准的数据（4）此为估算（5）查GM0T曲线。横摇周期与GM。的关系曲线图（横摇曲线) 或 数据表。GM0T曲线2.船上载荷横移检验稳性船上载荷横移检验稳性 船舶在停泊时检验初稳性高度的基本原理与船舶倾斜试验的原理相同.设船舶的排水量为 ,处于无横倾状态时,将船上重物P横向移动距离Y，船舶产生横倾角，有：横移：增减：GMpytgtgpyGMGMppytg)(tgppyGM)(3.观察船舶征状观察船舶征状稳性过小稳性过小 船舶受较小的外力矩作用,会

19、发生明显的横倾, 倾斜过程相对缓慢。 通常作用于船舶的较小横向外力矩有: 船舶吊杆向一侧移动；受较小的横风吹袭；一次较大舵角的操作；拖轮在一侧有横向分力的拖带；船舶在一舷油水消耗或打排压载水稍有左右不均衡等。稳性过大：稳性过大：周期小，摇摆剧烈9-79-7 船舶稳性的校验及调整船舶稳性的校验及调整四、船舶稳性调整四、船舶稳性调整1.垂向移动载荷 ZPGMZGMP|1GMGMGM四、船舶稳性调整四、船舶稳性调整满舱时，垂向等体积轻重货物互换 PH PL = P PHSFHPLSFL=0 ZGMPZPGM四、船舶稳性调整四、船舶稳性调整2. 少量载荷增减少量载荷增减 PiPKPKGPGMx-|1G

20、MGMGMGMKPKGGMpGMKPKGiGMpx五、船舶初始横倾调整五、船舶初始横倾调整1、产生原因 1）风压力矩出现或消失； 2）货物装卸时左右不均； 3）货载或油水左右分布不均； 4）货物横向移位； 5）使用重吊。五、船舶初始横倾调整五、船舶初始横倾调整2.船舶初始横倾调整船舶初始横倾调整 1）载荷横移）载荷横移移动P，移动距离y配载时横移P，调拨压载。GMyPGMGG10tan2、横倾角的计算与调整、横倾角的计算与调整 2）少量载荷增减）少量载荷增减 装载P，位置： yp, zp （KP） 调整后：1= 0 简化后： tantan)(11GMGMpyppGMypptan2、横倾角的计算

21、与调整、横倾角的计算与调整 简化计算：简化计算： yGMyGMP00tan六、保证船舶适度稳性的措施六、保证船舶适度稳性的措施1.了解船舶状况及航线情况2.合理配载3.合理调整船舶稳性4.紧密堆垛，防止移动5.合理平舱6.尽量减小自由液面影响7.消除初始横倾8.航行中做好货物检查和加固六、保证船舶适度稳性的措施六、保证船舶适度稳性的措施2.合理配载保证船舶稳性的经验方法保证船舶稳性的经验方法 驾驶人员应总结特定船舶,在不同排水量条件下,各层舱集装箱船为舱内和舱面)之间货物重量的合理地分配比例。六、保证船舶适度稳性的措施六、保证船舶适度稳性的措施 对于具有两层舱的近海和远洋的万吨级货船的经验数据

22、,接近满载时： 无甲板货： 二层舱约35%,底舱的装货重量占约65%. 有甲板货：甲板货重量不超过10%,甲板货的堆高一般不得超过船宽的1/51/6。二层舱加甲板上的装货重量之和占约35%,底舱仍占约65%。六、保证船舶适度稳性的措施六、保证船舶适度稳性的措施9.改变船舶与波浪的相对位置改变船舶与波浪的相对位置 随浪中GM减少0.31.0m六、保证船舶适度稳性的措施六、保证船舶适度稳性的措施10.船长责任船长责任 船舶稳性计算虽已符合要求，但船长仍应注意船舶装载、气象和水文等情况，并谨慎驾驶和操作。六、保证船舶适度稳性的措施六、保证船舶适度稳性的措施其他可能采取的措施包括：其他可能采取的措施包括： 避免操舵角度过大,调整航向减少船舶横倾角度,并应迅速查明原因。 注满或排尽自由液面影响大的液舱内液体。 在舱位较低、自由液面影响小的液舱注入压载水； 将较高舱位液体或货物移至较低舱位； 进入就近港口以进行有助于降低重心高度的港口作业； 抛弃部分甲板货或选择合适浅滩主动搁浅等。 9 9 船舶稳性船舶稳性9-89-8 船舶稳性资料的应用船舶稳性资料的应用一、船舶稳性资料的主要内容一、船舶稳性资料的主要内容 船舶设计或建造部门负责向船舶提供经船检部门(船级社）核准的船舶稳性报告书(Stability report)或船舶装载手册(Loading Manual)或稳性及吃水计算书(Tr