曾宪博　张传论

摘 要：在造船市场不景气背景下，为更好处理与船东的关系，在设计和建造中船东的一些超技术规格书超规范的要求比以往市场景气时相比更容易被重视，船厂也会根据船东要求去做一些额外研究。其中水密月池底盖就是一个典型的案例。

关键词：铺管船；月池；月池底盖

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.039

1 引言

目前造船市场不景气，尤其是海工市场，船东审图较以往更加严格，往往会给出很多超出技术规格书要求的意见，船厂为了处理好与船东的关系，部分意见会花很多时间和精力去研究。以工作遇到的一个项目（称为P项目）为例，技术规格书要求的月池底部关闭装置是非水密结构，在项目设计和执行中客户根据水池试验结果，要求升级为水密结构。

2 铺管船基本介绍

2.1 铺管船介绍

铺管船是用于海底管道专用的大型设备，多用于海底输油、输气管道或者输水管道的铺设。目前参与建造的多为深水铺管船，具有自航能力，DP3定位。

2.2 月池介绍

月池是指海工船和一些特种船在船体中央或一侧开的一个通海的孔，用于水下作业，对于具有J-LAY铺管作业的船舶，月池主要用于铺管作业时管道的下放，同时月池对于船体阻力和耐波性能有至关重要的影响。

2.3 月池底盖

月池底盖是月池底部的一种关闭装置，在船舶航行时可以对月池内波浪运动起到抑制作用，同时也可以减小航行阻力，增加船速。

2.4 船模水池试验

海工船尤其是较为复杂的船舶，设计前期为了验证船舶航行性能，一般会采用水池试验方法模拟和预测船舶航行时的阻力和船速等。

3 实例分析

以参与的一个铺管起重船项目为例，主要分析月池底盖由非水密升级为水密后的可行性。

3.1 P項目简要概况

3.1.1 项目主要参数

船长215.88m，型宽49m，型深22.4m，设计吃水11.8m。

月池位于船右舷，肋位FR.26-FR.37之间，月池宽度9.8m，长度25.2m，月池在船底部开孔最大长度为30.8m。

3.1.2 项目主要功能

P项目是我参与的一艏具有铺管起重能力的海工船项目，具备主起重机5000吨40米全回转、S-LAY+J-LAY铺管，DP3定位能力，水下建造和安装等功能。

3.2 P项目水池试验

此项目水池试验配有两套船模，一套是大小比例为1：66用于阻力，操纵性能和耐波性能试验；另外一套是大小比例1：26.163用于阻力，自航能力和艉部流向的试验。

试验结果表明在装载工况1（TR-4携带98%消耗品航行状态）下，航速12节时，水密月池底盖比开放式或非水密底盖能效提高约35%；在装载工况2（TR-3携带10%消耗品航行状态）下，航速12节时，采用水密月池底盖比采用开放式或非水密底盖能效提高约48%，同时试验显示采用非水密月池底盖时推进性能满足设计航速（12节）要求。依据船模试验数据，船东要求将非水密月池底盖换为水密月池底盖。

3.3 P项目水密月池底盖方案设计

根据船东要求P项目进行水密月池底盖设计，下图1为总布置图，中间底部为压载水舱，两侧底部和凸起部位为空舱设计。钢结构重量约368吨，浮力大小约660吨，压载舱能力约330吨，配有压载水装置和船底塞，月池底盖配有吊运眼板、固定眼板、导向定位装置、柔性垫块、唇形密封等。

3.3.1 月池底盖水密设计

月池底盖和月池周边结构的连接可以分为两部分，一部分是密封连接部分，主要是采用弹性唇密封；另外一部分连接是采用柔性垫块（共布置112块，间距为700mm，每块大小为L=400mm，B=300mm，H=75mm），将力通过垫块传递给月池周围结构。详细节点样式见图2。安装时柔性垫块的垂向位置要定位准确，以便使弹性唇型密封装置能更好的与月池结构正确接触，达到放防水效果。

根据船模试验，月池底部的动态吃水最大会达到16m，外部面积约311㎡压强为0.16MPa，故等效重量大小为311x0.16x106/9.8=5078吨，设计的月池底盖重量约368吨，考虑垂向加速度为0.3g，则受向上的总压力大小为5078-368+368x0.3=4820吨。每个柔性垫块承受约4820/112=43吨的压力。考虑变形和波浪等不规则运动，实际上每块承受为不平衡的负载，但我们将其作为一个整体考虑。

3.3.2 月池底盖安装

整个水密底盖较大，可相当于一艏小驳船，考虑到底座安装定位，我们设置了定位和导向设计，并在月池壁上设置了起重绞车。整个安装借助船自带主吊机，为防止吊运变形，配备专用吊运工装，将水密底盖潜入海里，潜水员固定钢丝绳，借助起重绞车将月池底盖拉起，借助导向和定位块将月池底盖准确定位。根据计算所需拉力为：自重+压载-浮力=38吨，配备两台25吨的起重绞车就能满足。如存在建造重量误差，可通过配备固定压载的方式调整所需拉力，使其控制在50吨以内。

3.3.3 月池底盖的固定装置

月池底盖作为一个庞大的结构单元，当船舶运行在恶劣的海况时，要确保底盖和船体间的适当接触，月池底盖不至于脱离船体。这就需要设计一套在垂直方向和水平方向限制月池底盖移动的固定装置。

垂向固定装置（见图2）设计时考虑状态为：在波谷时，月池底盖压载舱因泄露存在10%的压载水（重量约32吨），月池内最大吃水为1.4米（重量约296吨），垂直向下加速度为1.3g，船底龙骨吃水

局部在1.13米（根据船模试验）；计算得到动载荷大小为（368+32+296）x1.3=905吨，吃水1.13米时的浮力大小约350吨，故垂向拉杆承受的拉力大小为905-350=555吨。垂向固定装置设计为8根拉杆（7根常用，1根备用），拉杆的屈服应力为670Mpa。如遇到特别恶劣的海况，为保证拉杆不被破坏建议加大船舶吃水，以减少因船舶运动产生低水位的可能性。

水平固定装置（见图2）的设置前提是假设月池和底盖间的接触面摩擦力为零，由于船舶在恶劣海况运行时水平方向上因水平加速度会产生惯性载荷，加速度分为横向加速度和纵向加速度，设计水平固定装置时同等设计状态下，根据船模试验横向加速度为0.26g，纵向加速度是0.14g，相应的横向载荷为（368+32）x0.26=104吨，纵向载荷为400x0.14=56吨。水平固定装置设计为两根横向，两根纵向（其中1根为备用），拉杆及其连接面的屈服强度同样为670Mpa。考虑到日后维修和更换，以上所选零件应能很容易的从市场上获得。

3.3.4 水密底盖的难点和经济成本分析

水密底盖因体积较大，在实际使用中存在很多限制条件，比如水密月池底盖的安装要求海深至少30米，且低海况下借助船舶自身吊机进行，同时要配备一定的水下安装和作业；当铺管设备工作时，月池底盖的存放和日常检查、保养仍需要用船方特殊考虑；目前类似大小的水密月池底盖还未有成熟设计，现有的设计方案其实用性有待进一步验证；从成本角度考虑，水密底盖能从日常航行中降低能效节约成本，但前期的设计和建造成本以及日后的维修保养成本也相对较大，其总体经济性有待进一步探讨。

4 结论

设计方案经论证，理论上可行，设计中不但从强度和力学角度考虑了其安全性，也从吊运和安装角度以及使用角度考虑了其可操作性，除此之外还配有独立的压载、防腐蚀系统。其中密封材料的性能和使用寿命需要材料厂家提供后才能综合分析其经济性，整体设计方案还有待实际操作的验证，需要从操作中发现问题不断改进。方案的整体经济性同样需要结合船舶运营，从实际操作中获得数据，进一步验证。

参考文献：

[1]陈铁云，陈伯真.船舶结构力学[M].上海：上海交通大学出版社，1990.

[2]龚恢.大型上层建筑的整体吊装[J].船舶，1999（03）：27-31.

[3]船舶设计实用手册（第三版），结构分册[S].

作者简介：曾宪博（1983-），男，湖北潜江人，工学学士，理学学士，工程师，研究方向：船体结构及总体性能。