自卸水泥船的设计特点

自卸水泥船的设计特点

0水泥船的设计与建造由于国外的高速运输和低运输成本，国内外分散水泥的运输成为分散水泥运输的主要工具。随着经济的发展、社会的进步和法律法规的完善,船东对水泥船的设计与建造提出了更高的要求,用散货船改装或普通的水泥船已经不能满足当今高效、环保、低能、快捷等方面的需求。15000t自卸水泥船是在对现有国外水泥运输船的设计与建造进行研究的基础上,采用先进的设计与建造理念而研制的,集机械式、气动式装卸货于一体,具有安全、高效、环保、低能(主机带工作发电机)、自动化程度高(所有操作均可1人完成)等新一代自卸水泥船的特点。1主要设计特点1.1设计外来船和水泥船货舱比选本船设计船长132m,船宽22.5m,型深11m,货舱区设3个封闭散装水泥货舱和1个泵舱,艉部甲板上装3层共36个6.096m(20ft)的集装箱。在散装水泥运输船上实现集装箱的运输是本船整体布局上一个设计亮点。根据水泥航运实际情况分析,在水泥船运输散水泥的同时,如果再可兼运部分优质高型号的袋装水泥和部分建筑用五金、附件等非危险物品(以集装箱的形式装载主要是考虑环保),经济又实惠,可给船东带来可观的效益。但是,在设计时需要同时满足集装箱船和水泥船不同船型的规范要求。船舶货舱的划分主要从使用方便以及破舱稳性2个方面进行考虑。根据对国外现有9000t～15500t水泥船货舱数量基本上在4～8个,这种划分尽管满足稳性要求,但操作不方便,卸货率较低。经对破舱稳性、装载要求以及经常运载水泥的密度范围等进行研究与计算,本船增加货舱之间倒V型管连通等措施,优化设计为3个货舱。这样不但可以减轻空船重量,提高卸货率,还可以节省设备的费用。1.2种双亲水滴形吾由于受到本船部分航道吃水的限制,本船设计吃水定为7.8m,要求采用双机双桨双舵的推进方式。为了配合双机双桨,同时考虑操作灵活和稳性,本船采用了双艉鳍线型。经对各种艉鳍形状参数诸如大小、形状、扭向、轴间距、螺旋桨旋转方向等对阻力与推进的影响的研究,最终研制出一种全新的正水滴形艉鳍。正水滴形艉鳍线型示意图见图1。在充分满足艉部机舱布置要求的前提下,且根据模型试验数据,对双螺旋桨间轴距进行调整,有效降低了粘性伴流和阻力。本正水滴形艉鳍线型通过船模实验结果证明可降低阻力5%。1.3强结构层内的纵桁架由于本船的机舱有47%布置在双艉鳍里,所以艉鳍结构部分与主船体其他部分的结构连接需要充分考虑强度和应力集中问题。对此,在艉鳍与船底的连接处,设置了1道纵桁作为加强;在艉鳍结构内设置2道纵桁,并每档设实肋板。艉鳍折线处的纵桁和艉鳍内纵桁之间的高度相差不悬殊,因而采用了肘板进行连接,有效地解决了船底与艉鳍的连接,同时缓解了此处较大的剪应力对结构带来的不利。艉鳍与机舱舷侧结构的连接也进行了重点考虑,尤其是在艉鳍舷侧折点与机舱平台之间的部分,强度不够就会引起机舱及上层建筑的振动。因此在强框架上设置机舱平台支柱,可有效支撑上下平台的2道纵桁。机舱结构示意图如图2所示。2关于节省效率的研究自动清仓是实现最大卸货率、提高营运效能的重要手段,是现代自卸水泥船的一个显著特点,本船从多方面对此进行研究。2.1货舱内底板微织构设计传统水泥船的货舱内底一般设计为横向或纵向有一定角度,也具有提高卸货效率效果。但是从实际营运来看,每次卸货完毕,在非倾斜内底的角落仍会有一定数量的残留水泥,万吨水泥船往往能残留几百吨水泥。如果手工清理,不仅安全无法保障,营运周期和成本也会提高。将货舱内底设计成漏斗型的双斜度形式,纵向设有一个窄条形的滑槽汇集到本货舱的最低点。双斜角度很重要,两侧倾斜的角度过大,显然将影响舱容;倾斜角度过小,又将影响卸货速度和卸货率。根据本船运载的散装水泥的特性,做了一系列的模拟试验,最终将本船内底板的纵横两向的角度都设为8°。双斜度内底三维图如图3所示。2.2设置双壳结构尽管单壳水泥船可以增加货舱舱容,船体结构重量也可同比减少6%左右,但舷侧骨材间会残留大量水泥,降低了装卸率。为此,本船在货舱内设置了宽度为1.5m双壳。双壳的设置使货舱内壁光滑,与单壳结构相比残留水泥堆积明显减少,提高了卸货率。同时,也可防止一旦货舱进水对散装水泥的破坏,安全性也增加。2.3舱底隧道内鼓风机产生气流床是现代水泥船卸货的一项关键技术设计和装备。每个货舱的整个内底(除了中间纵流滑槽外)由专用篷布覆盖,在货舱舱底隧道中设置2排充气管并于泵舱的2台鼓风机相连。各个货舱的水泥卸载至92%左右时,由于水泥的粘性及较大的休止角,双斜度内底及双壳已不能有效地解决残余水泥的卸载,此时,开动鼓风机,通过各个货舱内底的充气管使上表面的篷布受力,从而使其上表面的水泥受摩擦力的作用而从高处向低处滚动,最终在最低点汇集,达到自动清舱的目的。3加强重点铸造技术,满足船东和船检需求本船装卸货设备先进,安装精度要求高,船体结构、舾装、管路、电气等设计复杂,施工难点多,只有掌握和应用关键造船工艺技术和综合生产设计,满足船东和船检的质量要求,才能按期交船。3.1数字化模拟造船设计的基本特点本船功能强大,货舱和泵舱结构复杂。机舱因艉鳍线型设计而空间狭窄,布置紧凑,专业间协调量很大,采用一般船舶的生产设计模式满足不了本船分道作业、综合预装、节拍生产、成组吊装的精益造船模式的需要。为此,必须进行综合生产设计,在生产设计的细化与完整性上有所创新。(1)分段划分的综合考虑。分段划分不仅要考虑起重运输能力、劳动组织与分段场地布置、分段自身结构刚性、板幅限制、涂装的方便性等基本要素,还要充分考虑双斜切内底完整,泵舱的总段预装、装卸设备与结构连接部分在分段中的位置等特殊施工要求。(2)以完整的船体结构建模为基础,对装卸货设备、舾装、设备、管路、电气等进行完整的建模,不断调整与补充。(3)专业间综合而细致的协调工作的好坏是生产设计能否深入、准确与细化的关键。各专业三维模型在协调中不断修改、调整、补充,在满足规范与标准的前提下达到最佳的空间布置,实现全新的数字化模拟造船。(4)引入船东、设备商参与生产设计的理念。如果生产设计施工现场修改量很大,不仅造成人力物力的浪费,也影响建造进度。本船在设计的过程中提前向船东、设备商展示三维数字模型,使他们有身临其境的体验,船东与供应商可据此提出修改意见,从而减少现场的修改意见。(5)全新的综合预舾装图纸模式。把外舾、内舾、管舾、电舾、设备座架等需要在小组、中组、分段、总组各阶段预安装件统一进行综合协调,细化标识,分工序综合出图,统一施工。PSPC分段预舾装率达到100%,综合预舾装率达到97%以上。3.2流床强度全动态关键技术水平螺旋系统安装技术、长艉轴校中工艺、气流床篷布预裁和预烫孔技术、精度管理技术等关键工艺技术的应用,支撑着本船的施工与管理,本文仅简述其中2个关键工艺技术。3.2.1施工质量管理本船气流床篷布面积达1600m2,用于固定的螺栓有18000根左右,而其安装调试通常要待货舱全部工作完成,水泥系统调试开始后才安装。如果所有的工程都在封闭式货舱内现场研配、安装,不仅因空间狭小且劳动密集作业影响施工进度,更会因恶劣的环境影响施工质量,降低联动调试报验合格率。另外,篷布(进口专用)价格昂贵,全部现场裁剪和烫孔不利于其综合利用。为此,本船专门成立篷布预裁和预烫孔技术攻关小组,制定工艺、模拟试验,并充分总结国外自卸水泥船的建造经验,对内底篷布区域分块精密测量,并测量篷布的蓬松系数,按照精确计算后的数值进行综合排版下料,提高篷布的利用率。同时按照固定螺栓的位置进行预烫眼后封存,待主鼓风机启动吹舱后可迅速安装。这项技术提高了工作效率和安装质量,缩短了水泥船系统的设备联动调试时间,保证了按期交船。3.2.2座架的安装与加强本船的水平螺旋系统长77m,共有13部分组成,整体安装水平度公差不超过5mm,施工难度很大。为此,在考虑甲板的平整度的同时,设置了15个座架,并对座架、加强板的安装精度、公差要求及安装顺序作出详尽的规定。另外,专门制作了临时支撑,利用螺栓对水平螺旋系统进行前后、左右、上下的微调,确保座架安装和水平度的精度。施工中,还利用进厂时设备