1100TEU支线集装箱船船型研究开发

2014-10-30吴刚，陈涛，王亮

船舶与海洋工程 2014年1期

吴刚，陈涛，王亮

（708研究所，上海 200011）

0 引言

600～1100TEU的小型支线集装箱船，以其运输便利、短程经济、调度灵活、周转快捷等无法比拟的经营特点始终占据着集装箱市场的一席之地。尤其是近年来，随着超大型集装箱船的不断涌现, 将地区性的沿海、短途支线运输紧密结合在一起的支线集装箱船更是需求倍增。然而，由于设计规范的大量更新、节能环保意识的不断增强以及市场需求的发展变化，支线箱船的设计需迅速做出调整，以适应当前船东和船厂的需求，其中1100TEU集装箱船是诸多支线箱船中需求较为旺盛的船型之一。

中国船舶及海洋工程设计研究院不断研发大型和超大型集装箱船，并于 2010年下半年集中力量开发出1100TEU支线集装箱船型。2012年6～7月，这些新开发的1100TEU集装箱船陆续顺利交船，合同指标经各项试验验证，均已全面达到或超过当初规定的设计指标，获得了船东和船厂好评。

1 船型特征

该型船为无限航区全格栅式集装箱船，具有前倾式艏柱、球鼻艏和方艉以及带艏楼的连续主甲板。该船由单台二冲程低速主机驱动定距桨，机舱顶棚局部升高，采取了燃油舱完全双壳保护和一人驾驶桥楼设计，满足压载水管理公约（BWM 2004）D-2新标准以及低硫油排放、国际劳工组织MLC 2006、巴拿马（PANAMA）运河和澳大利亚货舱梯（AMSA）的最新要求。该船共有7个集装箱货舱，能载运ISO标箱和两层高箱，No.1货舱满足用密闭集装箱载运IMDG规定的1.4S/2/3/4/5.1/6.1/8 /9类危险品，货舱开口配置无序开启吊离式舱口盖，舱盖强度满足堆重为70t/20ft；90t/40ft，该船舱内和舱盖上共有145个冷箱插座。

该型船经交船实测数据证明，各项技术指标[1]已接近或超过日韩同时在建的 1100TEU船型（见下表 1）。

表1 中、日、韩同时在建的1100TEU船参数对比

针对国内外船东的不同需求，在基础标准不变的情况下推出了适应国外船东有冰区加强和国内船东无冰区加强要求的两款 1100TEU船设计，均入级德国劳氏船级社（GL），其中无冰区加强的船型船级符号为：

2 自主开发

新的1100TEU集装箱船需求主要针对中、日、韩等亚洲沿海航线，船型特征发生了明显变化，对新1100TEU船型开发提出的相关要求主要有：降低航速和油耗、注重最大载重量和重箱指标、增加主机减排和压载水处理等环保措施；总长不超过145m，总吨须控制在10000gt以内，设计吃水时的航速大于18kn，不带克令吊。

2.1 船型尺度和船体布置

根据停泊港口和国内船厂建造能力，确定了船长、船宽以及吃水等主要参数，受总长和总吨限制的制约，通过降低18kn的轴功率来减少油耗，/L B应尽量接近6，此时的长度傅氏数接近0.256。

受建造工艺水平限制，边舱双壳宽度较大，为2.2m，与日韩船厂相当。但随着建造工艺水平的提高和抢占订单的迫切需求，为提高均箱数等指标，新的集装箱船项目均趋向于压缩边舱宽度，以多放一列集装箱。

上层建筑布置形式主要有两种（见图1），一种是上层建筑位于主机上方，不必为低速主机专门设置局部升高的机舱棚，在上层建筑后方还可堆一排 40英尺集装箱；另一种是上层建筑相对靠后，甲板区域为主机专设了局部升高的机舱棚，棚顶可堆一排 40英尺集装箱。考虑到码头集装箱卸货的便利性以及将来改装加吊的可行性，经比较，最终选择了后一种布置形式。考虑到总吨限制因素，在干舷和艏部储备浮力满足要求的前提下，艏楼未采用国外设计中经常将其延伸到第1个货舱顶部齐平的布置形式。

图1 1100TEU集装箱船上层建筑布置比较

2.2 型线设计优化

市场上1000TEU～1100TEU集装箱船，主要存在2种线型设计：1) 大方形系数：主要考虑增加载重量；2) 小方形系数：主要考虑增加航速或减少油耗，载重量较小。

在分析国内外同类集装箱船线型设计特点的基础上，采用了大方形系数设计。

采用大方形系数方案，可增大载重量，但对于快速性优化存在较大压力。通过前期对水线长度、浮心位置、舵球装置等各种方案对比以及运用RAPID等CFD软件进行辅助分析，不断优化线型，最终确定了最优的线型方案。

实船试航结果证实，该船在规定考核功率和设计吃水时，试航航速达到18.3kn，同时，艉部振动噪声均达到规范要求，且螺旋桨运行正常，表明该型船的型线优化设计取得成功。

2.3 空船重量控制

采用新的设计理念和标准，达到了降低空船重量，增大载重量的目的，经济性大大提高，同时也为后续的持续优化提供了更加坚实的基础。

尤其是结构专业，在肋距设置、典型剖面形式、高强钢使用、抗扭箱、机舱纵舱壁和艉部结构大构件等结构形式方面做了大量优化工作，取得了显著效果。

2.3.1 典型横剖面对比

图2是1100TEU船型的典型剖面，与采用相近骨架形式的韩国1100TEU比较，该型船舯剖面纵向构件比韩国要轻，占结构重量的1.6%；强框轻0.4%，其他横向构件要重1.6%，综合来看，货舱区重量依然比韩国略轻。在中拱弯矩比韩国 1100TEU船取值大的前提下，依然能保证结构重量低于韩国船厂，说明舯剖面设计从重量控制角度来看要优于韩国。倾斜试验的空船重量数据也最终证实该型船重量指标与国外船厂批量建造的成熟船型接近。

图2 MARIC 1100TEU船舯剖面

2.3.2 机舱纵舱壁延伸

该型船在机舱前端壁处由横骨架式转为纵骨架式。一般而言，内壳纵舱壁向机舱区的延伸有利于满足总纵强度，但却对机舱区布置影响较大，被内壳纵舱壁隔开的区域很难得到有效利用。该型船机舱区空间较为紧张，经机舱布置和结构优化，最终修改了原内壳纵舱壁延伸至机舱后端壁的常规思路，将内壳纵舱壁断在机舱区，同时加大附近区域结构尺寸以满足总纵强度要求（见图3），该设计得到了GL船级社的最终认可。

图3 机舱区内壳纵舱壁过渡形式

2.3.3 高强度钢使用

高强度钢的使用也是该型船控制结构重量的手段之一。船东允许该型船高强钢使用比例控制在 40%左右。设计中，货舱区双层底及主甲板区域结构使用了AH32高强度钢，总纵强度要求比较高的舱口围使用了DH36高强度钢。此外，适当加大了舱口围的板厚，使得主甲板板厚及主甲板下列板可以相应地减少厚度。中和轴附近、横向强框及横舱壁结构则基本采用普通钢。统计可知，该型船高强钢使用比例控制令人满意。

2.4 节能环保和其他设计考虑

在满足各项新规范要求的前提下尽量提高各种节能环保指标。该船型符合SOLAS2009有关三吃水破舱和标准双层底的最新规范要求，并通过GL审核认可，符合MLC2006、澳梯AMSA和巴拿马运河ACP2012规则要求。同时该项目是首个通过安装压载水处理装置满足D-2压载水排放标准的新船型；为防止燃油污染，新船型在设计中采用了双壳结构来达到燃油舱的完全保护，符合当前的环保理念；该船型在满足欧盟港口低硫油排放要求的同时，还降低了船舶油耗和提高了船舶能效设计指数EEDI。

3 优化升级方案

近期开展了一系列优化升级工作[2]，重点推出了“窄边舱低油耗”新方案，在原有 1100TEU设计基础上，压缩边舱并适当增加船宽，使得货舱内能多放1列集装箱；同时，着重开展水动力分析和研究，减少船型阻力，进行主机降功率分析，在提高推进效率的同时，最大限度地降低油耗。表 2是新近推出的1100TEU窄边舱升级方案与建成交船的1100TEU船以及某国外公司设计方案的参数对比。