12000 t抬浮力打捞工程船沉浮试验分析.pdf
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1、中 国 修 船2023年8月技术交流12 000 t抬浮力打捞工程船沉浮试验分析刘绍岭1,胡阳义1,皮君涛2,周波2(1.大连中远海运重工有限公司,辽宁 大连116113;2.大连理工大学 船舶工程学院,辽宁 大连116024)摘要:12 000 t抬浮力打捞工程船为一种集装卸和自航能力于一体的3岛式半潜船,沉浮试验与常规半潜船试验方法类似。文章通过压载舱透气管的特殊设计方案和优化压载舱压排载的顺序,尽量保证压载舱灌满或排空,减少自由液面,在主甲板全部入水、船舶初稳性高迅速减小的情况下,船舶保持正位,实现平稳顺利的下潜和上浮。关键词:半潜船;下潜;上浮;初稳性高;压载中图分类号:U672文献标
2、志码:Adoi:10.13352/j.issn.1001-8328.2023.04.004Abstract:The 12 000 t lifting salvage engineering ship is a 3-island semi-submersible ship with the ability ofloading,unloading,and self-navigation.The submerging and floating test is similar to the conventional semi-submersible ship test.In this paper,th
3、e special scheme of the vent pipe of the ballast tank is designed,and the ballast of the ballast tank is optimized to make the ballast tank filled or drained as far as possible and reduce the free liquid level.Under the condition that the main deck is all in the water,and the initial stability of th
4、e ship is high and rapidly reduces,the ship remains in a positive position,and the smooth submerging and floating are realized.Key words:semi-submersible ship;submerging;floating;high initial stability;ballast作者简介:刘绍岭(1972-),男,山东临沂人,高级工程师,大学本科,主要从事船舶与海洋工程设计工作。通信作者:周波,E-mail:半潜船也称半潜式母船,它通过对本身压载水的调整,把
5、装货甲板潜入水中,以便将所要承运的特定货物(如驳船、游艇、钻井平台等)从指定位置浮入半潜船的装货甲板上,将货物运到指定位置1-2。半潜船是一种特殊的船舶,与一般的水面船不同,半潜船通常拥有较深的吃水,但又不完全隐没于水中,有部分船体或结构露在水面外。由于隐没在水中的体积比例高,因此半潜船不容易受到海面上的波浪影响,能够保持较佳的稳定性,适合当作水上的工作平台使用,能够安全高效地载运更大尺度及重量的大型货物3。随着超大型货物、整体机械构件、大型海洋装备等逐渐产生,其重量和体积都远超出传统小型船舶的运输能力。因此,一种集装卸和自航能力于一体的新型半潜船兴起,主要分为3岛式半潜船和4岛式半潜船2大类
6、4-6。本试验涉及的12 000 t抬浮力打捞工程船(以下简称本船)为3岛式半潜船,在主甲板艉部左右两侧各设一可拆式艉浮箱,单边抬浮力可达12 000 t。本船采用电力推进系统,具备的定位系统(DP)为 DP2,要求动力定位系统需为冗余设计,以使得在出现单个故障(不包括1个或几个舱室的损失)后,可在规定的环境条件下,在规定的作业范围内自动保持船舶的位置和艏向。全船总共设置52个压载水舱,总舱容约55 896 m3。与采用压缩空气排载的半潜船的潜浮操作不同,本船采用离心压载泵驱动的压载系统,配4台大排量压载泵和3台扫舱泵,采用双环形压载总管设计,具备快速调载、压载舱互驳、扫舱14第36卷第4期技
7、术交流等功能。本船型深10.9 m,设计最大下潜吃水21.4m,即最大下潜时主甲板在水面以下10.5 m。本船主要技术参数:总长,169.00 m;垂线间长,158.00 m;型宽,39.80 m;型深,10.90 m;设计吃水,7.50 m;设计航速,14 kn;船级符号,CCS;载货量,26 000 t。图1为12 000 t抬浮力打捞工程船。图112 000 t抬浮力打捞工程船1沉浮试验的主要内容沉浮试验是半潜船建造工作过程中非常重要的一个试验项目,其目的是验证船舶在下潜和上浮过程中各种工况下的船舶性能是否满足设计的要求,同时验证各个设备和系统的可靠性,以及操作流程的合理性和安全性等7-
8、9。1)码头沉浮试验。码头沉浮试验是为了在最大沉深试验进行之前检验相关系统的可靠性,使半潜试验的参与人员熟悉试验操作流程,并验证部分操作流程的可行性,尽快发现问题,在海上最大沉深试验之前进行整改,以消除最大沉深试验过程中的安全隐患。2)最大沉深试验。最大沉深试验是在船舶抛锚定位的情况下,将船舶下潜到设计的最大下潜深度的试验。半潜装载、卸载甲板货物是本船的主要功能之一,海上最大沉深试验是为了检验船舶的下潜、起浮能力,以及其操作步骤的合理性和安全性。3)动力定位状态下的沉浮试验。半潜船一般都配备动力定位系统,以保证在各种操作工况下的船舶定位能力,例如在半潜船下潜装货的过程中,船位不能有大的移动或转
9、向。为了保证将来操作的可靠性,需要在动力定位状态下进行本船的沉浮试验。本文重点描述沉浮过程中的压载系统操作和对本船稳性的控制,不对动力定位的操作进行展开。2试验条件和试验前的准备1)试验前船舶状态。半潜船沉浮试验应在船舶完成倾斜试验、系泊试验、甚至航行试验后,消除系泊试验和航行试验过程中发现的故障、缺陷,并在取得船东、船检同意的基础上,着手试验的准备工作。做沉浮试验前,必须对泵舱、发电机舱的各种机械设备进行检查,以确认设备状态良好。检查重点是柴油发电机组及辅机系统应完全正常工作;压载系统及压载泵正常运转;阀门遥控系统交验完毕,各压载水舱遥控液压阀门操纵灵活、可靠;液位遥控测量、吃水遥控测量系统
10、交验完毕,各压载水舱液位遥控测量装置工作正常。2)试验环境条件。沉浮试验要选择在良好的天气和海况条件下进行,风力不超过蒲氏5级。为便于观测,下潜、上浮过程尽量安排在白天进行。试验海域的选择要充分考虑半潜船在最大下潜时的设计吃水和干舷高度,例如本船设计最大下潜吃水为21.4 m,艏楼最小干舷高度所在甲板为E甲板(距船基线27.6 m),考虑到大部分压载舱的空气管头都布置在艏楼后部D甲板(距基线24.4 m)以上,因此本船试验选择水深在22.525.0 m的海域,最深不超过27 m;流速不大于2 kn;涌浪不高于1 m。优先选择离海岸较近的区域(如遮蔽海域),同时应注意避免过往船舶影响。3)试验前
11、的准备和检查。进一步检查和确认船舶沉浮试验需要运行的主要设备和系统,保证其工作正常。甲板上各舱室的舱口盖、人孔盖、通道门等在作业前均应关闭,并且功能正常。下潜前需要再次检查确认。主甲板以下的液压滑动式水密门应保持关闭,如因工作需要必须临时开启,应在人员通过后,迅速关闭。船舶开始下潜后,主甲板入水前,艏楼甲板及以上区域的风雨密门应保持关闭,如因工作需要必须临时开启,应在人员通过后,迅速关闭。确定和检查备用电源,明确是应急发电机还是某一台主发电机供电。确保试验中一旦发生停刘绍岭,等:12 000 t抬浮力打捞工程船沉浮试验分析15中 国 修 船2023年8月技术交流电故障,应急电源应能自动启动。艏
12、部泵舱、机舱和艉部泵舱的通风系统应保持正常运行。甲板上和各舱室内所有活动物件及工具应予以可靠固定,吊机应固定在休息臂上,把甲板上非船用物资和设备等清理到船下,临时、必须的设备和物资尽量对称摆放,以避免产生过大的纵倾或横倾。4)船舶定位。船舶航行至下潜海域目的地后抛锚。抛锚时应考虑海流的方向,注意锚链的位置及长度,尽可能减小在下沉或上浮时的影响。5)试验的主要操作和指挥人员。船长是船舶沉浮试验的总指挥,一切操作必须服从船长的指令,船长宣布试验开始,并明确指令向哪一个压载舱注水后,压载操作员操作压载系统,向指定压载舱注水。试验过程中,压载操作员如有疑问或发现任何异常,第一时间汇报给船长,听从船长的
13、指令操作,不可以擅自行动。船长要了解本船水舱的布置、各个区和各个舱压载或排载水时对船舶状态的影响、不同水线面时漂心的轴线变化。本船为艉部双浮箱,漂心是在中线上变化的。新造船舶进行沉浮试验时,压载操作员可以由对该系统非常熟悉并有过类似操作经验的船厂调试人员担当,也可以聘请半潜船的大副来担当。压载操作员要严格按照船长的指令进行压载系统操作,并适时汇报压载舱的液位状态,“沉浮压载步骤表”是根据理论计算设计的,实际试验过程中,船长会根据船舶的状态进行适当调整,所以必须以船长的指令为准。3试验步骤和关键技术1)船舶预压载。考虑到下潜及起浮过程需要的时间比较长,为了降低风险,抓住有利窗口期,建议提前1天到
14、达试验目标海域。在正式下潜试验前,对船舶进行预压载,大致达到平均1 m干舷的吃水状态,此步骤在进行压载顺序设计时需考虑。最大沉深操作表见表 1,最大沉深记录表见表 2。根据表1、表2可以看出,随着步骤的进行,新加入压载水的舱室,例如,在步骤11中新加入压载水的舱室为45#和46#舱。表1中,NO.后的数字代表前缀编号;B.W.T为压载舱的缩写;首字母 B、S、C、T、F、A分别代表压载舱不同部位,即底部、边部、中部、顶部、艏部及艉部;后缀(P)/(S)/(C)分别代表左、右、中;A.P.T 为艉尖舱、F.P.T为艏尖舱。例如:44#压载舱为第二艏底压载水舱(右)。压载舱位置分布示意图如图 2所
15、示。在完成表1中步骤03时,艏部吃水约9.69 m,艉部吃水约 10.16 m,此时已注入 36 365 m3的压载水,甲板入水的沉浮过程安排在第二天白天进行。2)船舶下潜的操作步骤。船舶下潜过程中,除非船长有特殊要求,否则应严格按照设定的顺序和步骤进行压载舱的注入,根据注水压载舱的数量,启动相应的压载泵,打开压载舱的遥控阀门。注水时监控液位遥控测量系统、艏艉吃水遥控测量系统及船体挠度,控制船体平稳下沉。如有意外现象,可以执行一键关闭系统,停止压载。注意此“一键关闭”指令需由试验总指挥发出,其他人员不可擅自操作。试验的步骤是连续的,中间不需要停顿,但是要尽量确保前一步骤的压载舱注满,再开启下一
16、步骤的压载舱注入,主要目的是减少自由液面面积。3)下潜过程中船舶的稳性控制。对船舶下潜过程中的每一个状态进行稳性计算,发现在船舶主甲板全部入水后,其稳性值特别小,尤其是在主甲板全部入水的瞬间,稳性值急剧变小,该状态下艉吃水为11.00 m,艏吃水为13.30 m,初稳性高只有0.71 m。这个状态会导致船舶横倾角急剧变大,船舶在该状态下非常危险。为了使该过程平稳过渡,需要采取一定的措施和技巧:尽可能地减小液舱自由液面的影响,例如在设计下潜压载顺序时,主甲板入水后每次只对1组或2组压载舱进行注入;对已经注满的压载舱再次进行小流量注入,直到空气管头冒水,确保压载舱尽可能装满,空的压载舱在试验前要扫
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