5600DWT散货船总体设计【文献综述】

文献综述

船舶与海洋工程

5600DWT散货船总体设计

前言

人类使用船舶作为运输工具的历史，几乎和人类文明史一样悠久。从远古的独木舟发展到现代的运输船舶，经历了舟筏时代、帆船时代、蒸汽机船时代和柴油机船时代。当船舶从蒸汽机时代跨入柴油机时代时，船型也经历了翻天覆地的变化。船舶的专业化使散货船从杂货船统治的海运时代脱颖而出[1]。

散货船是散装货船简称，是专门用来运输不加包扎的货物，如煤炭、矿石、木材、牲畜、谷物等。散装运输谷物、煤、矿砂、盐、水泥等大宗干散货物的船舶，都可以称为干散货船，或简称散货船。因为干散货船的货种单一，不需要包装成捆、成包、成箱的装载运输，不怕挤压，便于装卸，所以都是单甲板船。总载重量在50000吨以上的，一般不装起货设备。由于谷物、煤和矿砂等的积载因数（每吨货物所占的体积）相差很大，所要求的货舱容积的大小、船体的结构、布置和设备等许多方面都有所不同。因此，一般习惯上仅把装载粮食、煤等积载因数相近的船舶，称为散装货船，而装载积载因数较小的矿砂等货物的船舶，称为矿砂船[2]。在20世纪初出现了铁矿石专用运输船，1912年又出现了自卸矿石船[3]。在国际海运船队中，以承运煤炭、矿石、粮食等大宗干散货为主的散货船队是仅次于油轮的第二大船队[4]。

20 世纪 50 年代以前没有专用散货船，都是用普通杂货船运输散货。粮食、水泥等散货的流动性比液体小，都有一定的休止角，因而装这些散货时在舱口围扳内装满后，舱口四周的甲板下仍留有一个楔形空档。船在海上发生横摇后，散货流向空档，形成横贯整个船宽的自由表面。出现较大横摇时散货将流向一舷，船随即横倾，在风浪中很容易发生倾覆事故。据统计，20 世纪 50 年代全世界有 150 余艘运送散货的船发生海损事故。为了解决这个安全问题，才逐步形成了现在广泛应用的典型专用散货船结构型式：两舷布置顶边舱加高舱口围板以保证满舱，两舷布置底边舱便于清舱，也能增加抗沉性；双层底和四个边舱区采用纵骨架式结构以保证船体总纵强度，两舷边舱之间水线附近的总纵弯曲应力很小，采用结构比较简单的横骨架式结构；两个货舱口之间的甲板不参与保证总纵

强度，这里的甲板板明显地比舱口线以外的甲板板薄骨架也减弱。典型专用散货船的出现，较好地解决了散货流动问题，改善了散货运输的安全性，使海上散货船运输进入一个新的发展阶段。20世纪80年代中期以后，散货船船体损伤引起的沉船事故逐渐增多，散货船的安全问题再度受到世人关注，目前已经出现了双壳体结构散货船，虽然双壳体散货船的空船重量和建造成本有所增加，但其安全、经济和运营优势越来越得到航运界的认同，散货船的双壳化已是大势所趋[2]。

现状与发展

世界三大经济全面复苏,推动了全球经济和贸易的发展,也为航运业提供了巨大的市场需求。2004年美国GDP增长率为 4.5% ；日本经济复苏明显,达到3.0%；欧盟为 2.6%。我国经济持续、平稳、较快发展,保持了9.5%的增速。[5]在2002年国际船市低迷的形式下，散货船订造量较2001年仍有大幅增长，超过油船订造量[6]。

世界散货需求继续保持增长，其中中国成为影响市场需求的主要因素。有资料显示，中国已经取代日本，成为世界上铁矿石需求量最大的国家。近几年中国钢铁投资明显膨胀，宏观经济调控措施的紧急出台抑制了类似的扩张行动，但整体钢铁生产保持增长的态势并没有改变[5]。

谈到中国散货船的发展历史，中国船舶工业经济研究中心产业研究部首席研究员张长涛感慨良多。他说，从改革开放到“十五”末期，这一时期我国造船业全面进军国际市场，船舶企业开始转向出口。通过大力引进国外先进设计技术和先进管理经验，开展大型船厂技术改造和大型造船设施建设，我国散货船建造实力进一步壮大。这一时期，我国最现代化的外高桥造船厂建成投产，其建造的17.5万吨散货船被称为“绿色好望角”型散货船，国际市场占有率一度达到40%，手持订单位居世界第一，外高桥船厂被誉为世界好望角型散货船建造中心。“十五”中后期，我国提出要建设造船大国。按新船成交量统计，2004年我国在散货船市场的份额仅为16.5%，远远低于日本造船业67.7%的水平。而到2005年，三大造船基地和新建船厂陆续开始接单，我国在散货船市场的份额迅速跃升至42.3%，与日本造船业44.5%的水平基本相当[7]。散货船崛起于中国，并不突兀。技术成熟，市场广阔，更兼有中国自身的巨大需求，散货船被确定为中国造船业发展以及进入国际市场的重要突破口[8]。

其中散货船的分类：广义的散货船包括液体散货船和干散货船；狭义的散货船是指干散货船。散货船的分类方法大概有2种：（1）按载重量分，这是一种造船界最常用的分类方法.按载重量大小可将散货船分为五种代表船型,即2万～3.5万吨小灵便型、3.5万～5万吨大灵便型、6万～8万吨巴拿马型、10

万～18万吨好望角型和20万吨以上超大型散货船。（2）按所载货物比重分，国际船级社联合会(IACS)为适应船主团体的要求，于2002年将散货船按所载货物比重分为三类：（1）BC-A类是为运输比重1吨每立方米以上的干散货（如铁矿石）而设计的能隔舱装运的散货船；（2）BC-B类是为运输比重 1 吨每立方米以上的干散货（如煤炭）且能在所有货舱积载而设计的散货船；（3） BC-C类是为运输比重 1 吨每立方米以下的干散货(如谷物)而设计的散货船.IACS 将要求新造散货船都附注符号，全世界约七成左右的散货船属于BC-A类[2]。好望角型散货船市场在95年夏季一度兴盛以后,随后便开始走向低谷,96年甚至可以说已经陷入困境。应该说,当前好望角型散货船市场走低的最主要原因还是矿产品货物流量的减少。这个趋势在大西洋地区尤其明显，由于欧共体国家钢产量的意外下滑,矿石货物运量于是出现了下跌。另外，95年好望角型散货船队有7％的增长。在市场高峰期，运力过剩的反映还不明显,在货流下滑后供过于求的矛盾开始突出出来了[9]。然而，近十年来，江南造船厂开发和建造了一定批量的巴拿马型散货船[10]。另外市场的发展趋势表明预计1999～ 2005 年好望角型散货船新船需求量约为1 000 万吨, 而在技术性能方面最新发展的方向则是经济、安全和环保[11]。灵便型散货船航运市场面临不小的发展机遇。至2000年，尽管运输成本（人工费用、保险费用、工资、日海上费用等）提高，但运费率也相应提高。海上运输量将有明显的增加，中国和东南亚将成为中心地区[12]。

散货船队的发展：自从20世纪50 年代中期，由遮蔽甲板船发展而来的散货船投入营运以来，散货船队经过五十多年的发展，已经成为世界海上运输中一股举足轻重的运输力量. 据 1992 年初的统计，全世界共有干散货船 4846艘、21590 万载重吨.其中，5 万载重吨级以下的灵便型船总吨位约 10100 万载重吨，占干散货船总吨位的48.4%；巴拿马型散货船总吨位约 5157.5 万载重吨，占干散货船总吨位的 23.9%；好望角型散货船总吨位约 5972.7 万载重吨，占干散货船总吨位的 27.2%。到1995年1月1日，整个世界散货船队300总吨以上的船舶已达 5342 艘，计 21890 万载重吨。另外还有ORE/BULK/OIL(OBO)型船239 艘，2690 万载重吨。1998年底，全球共有1万吨以上的散货船5518艘，总载重量 26550 万吨，约占商船总吨位的 34.2%，其中l万～3万吨的2217艘，3万～5万吨的1778艘，5万～8万吨的1008艘， 8万～10万吨的45艘， 10万～15 万吨的 196 艘，15 万吨以上的 273 艘。在“9.11”恐怖事件和全球经济低迷的影响下，2002年世界船运市场不景气，到 2002 年底，世界上共有散货船 5779艘，总计约26300万载重吨，约占世界商船总量的1/3. 进入2003年之后，国际造船市场和航运市场持续好转，全球新船订造异常活跃，世界新

船订单量大幅增长，全年造船产量也突破了历史最高纪录。2003 年世界新船成交量、手持订单量和造船产量三大造船指标突破历史最高纪录，散货船新船订造量比上一年同期增长24%左右[2]。

发展趋势：通观散货船的发展历史及对现状的分析，散货船的发展趋势主要体现在双壳化、大型化、快速性、多用途化、使同年限增长、环保和自动化程度提高等几个方面。

双壳化：现有典型散货船的结构型式在全世界独领风骚了30余年，充分显示了它的优越性，也比较彻底地暴露了它的弱点。海上散货运输业正企盼着散货船的结构型式能及早得到改进，或者开发出具有更多优点并能保证规定寿命期内安全营运的全新结构型式。

目前世界散货船队中在航船舶的货舱结构大多为单壳体，然而近年来单壳体散货船频繁发生的海难事故越来越引起国际海事组织（IMO）和各船级社的关注.据统计，1978年～2003年全世界散货船海难事故共丧生船员1232人，90％以上是因船体结构破损所致。因此，国际海事界要求提高散货船建造标准，采用双壳体的呼声日益高涨。IMO和IACS也采取了相应的措施。双壳通用散货船的设计也可以称为表面平整的散货船，舷侧和舱壁均采用双壳结构，在双壳之间设置梯子、走道、照明和通风，以便于检查和避免货舱壁“出汗”产生的腐蚀，同时双壳之间的空舱可部分或全部作为压载舱。双壳体散货船由于增加了内壳，比普通单壳体船的重量增加3%～7%，使结构重量增加，装载量减少，建造成本增加（首制双壳散货船建造成本的增加部分很可能越过船价的5%，甚至高达7%～8%），港口使用费和燃料消耗也随之增加。但是，双壳体船具有良好的安全、经济和运营优势：（1）双舷侧使船具有两道防线，因此对舷侧结构的冲击损伤可减至最小，还可以消除船体结构疲劳；（2）双壳舱壁的刚度更好，能更好地防止各种形式的破坏和货舱进水；（3）无须设置专门的压载水舱；（4）货舱底板平整，煤、谷物等不会落人肋骨，易于清舱，从而可提高装卸效率，减少在港时间，降低营运和维护费用；（5）减少货舱涂层的维护和保养费用。为适应散货船双壳化的发展趋势，许多设计公司、造船公司已开发出多种双壳散货船，如挪威Ole Jacob 。

大型化：散货船的平均吨位在持续增加。从事不同类型货物运输的船舶大都在扩大自己的运输能力，而增大载重量是最有效的途径，近年来灵便型散货船、巴拿马型散货船、好望角型散货船的载重量都有明显增加的趋势。从最近两年的散货船订单看，船东越来越偏好于大吨位的散货船。可以预见，在未来一段时间里，20万吨左右的大型散货船将是建造的主流。

快速性：虽然近些年来石油价格有涨有落,但适当提高航速有利于提高运输的经济性，所以近几年建造的散货船服务航速略有提高。以好望角型散货船为例，七、八年前有些好望角型散货船的服务航速尚有13.5节或14节的，但近年建造的好望角型散货船的服务航速都在14.5节以上，最近不少船东都要求服务航速达到15节以上。因此，在船舶初投资增加不多的条件下，如何提高船舶载重量和服务航速是开发好望角型散货船的一个重要研究课题，也是一个较难解决的课题，所以当前世界上对新的大型散货船的研究开发中，大方形系数线型快速性和结构设计中减轻船体重量已成为重要的研究内容。

多用途化：散货船向多用途货船发展也是一种趋势，如兼顾装载一些集装箱，尤其是一些中小型的散货船更是如此。一些大中型的散货船为适应航行于更多的航道和水域，设计成浅吃水或超浅吃水船型。

使用年限加长：散货船的使用年限加长主要是船东出于经济方面的考虑，同时二手船市场的存在也有一定的影响。

环保：世界上越来越多的国家都增强了环保意识,对本国领海制订了环保法规,有些已被IMO接受，如从2000年开始，船舶主机排放的氮氧化物必须满足新的要求，有些老的船用主机将被淘汰。目前，一些新的法规已在一部分国家实施，如要求船舶进入该国领海必须置换压载水以防止有害物质和微生物进入该国海域,这就对提高船舶的压载系统性能和船体强度提出了新的课题.在船舶设计开发中还应考虑如何布置好油舱，或在大型船舶油舱与船体外板之间设置隔离舱，以降低船舶破损后产生污染的可能性。

自动化性能增强：为了提高船舶使用的经济性，降低船员定额，散货船的自动化程度还有待于进一步提高，而船舶设备自动化程度和航海设备要求的提高也有利于提高船舶的安全性[2]。

此次总体设计的要求是：在现有船体的基础上，根据法规的要求，合理布置锚泊系泊设备，布置救生设备，以及设计舵设备，绘制防火控制图，使之满足规范的要求。

（1）其中防火设计原则：坚持经济性和兼顾优化原则；坚持“预防为主，防消结合”[13]。

（2）锚泊系泊设备布置：正确选择航行锚、定位锚等[14]；要结合货船系泊的行业要求，分析系泊设计的基本要求，探讨频率域和时域模型在船舶系泊上的应用[15]。

（3）设计舵设备：装置的可靠性直接影响到船舶的安全性。舵装置的构成零件较多,有必要对其进行可靠性设计,预先防止和及时纠正设计缺陷及薄弱零部