自卸水泥船的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

0水泥船的設(shè)計(jì)與建造由于國(guó)外的高速運(yùn)輸和低運(yùn)輸成本，國(guó)內(nèi)外分散水泥的運(yùn)輸成為分散水泥運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ?。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步和法律法規(guī)的完善,船東對(duì)水泥船的設(shè)計(jì)與建造提出了更高的要求,用散貨船改裝或普通的水泥船已經(jīng)不能滿足當(dāng)今高效、環(huán)保、低能、快捷等方面的需求。15000t自卸水泥船是在對(duì)現(xiàn)有國(guó)外水泥運(yùn)輸船的設(shè)計(jì)與建造進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上,采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)與建造理念而研制的,集機(jī)械式、氣動(dòng)式裝卸貨于一體,具有安全、高效、環(huán)保、低能(主機(jī)帶工作發(fā)電機(jī))、自動(dòng)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點(diǎn)。1主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)1.1設(shè)計(jì)外來(lái)船和水泥船貨艙比選本船設(shè)計(jì)船長(zhǎng)132m,船寬22.5m,型深11m,貨艙區(qū)設(shè)3個(gè)封閉散裝水泥貨艙和1個(gè)泵艙,艉部甲板上裝3層共36個(gè)6.096m(20ft)的集裝箱。在散裝水泥運(yùn)輸船上實(shí)現(xiàn)集裝箱的運(yùn)輸是本船整體布局上一個(gè)設(shè)計(jì)亮點(diǎn)。根據(jù)水泥航運(yùn)實(shí)際情況分析,在水泥船運(yùn)輸散水泥的同時(shí),如果再可兼運(yùn)部分優(yōu)質(zhì)高型號(hào)的袋裝水泥和部分建筑用五金、附件等非危險(xiǎn)物品(以集裝箱的形式裝載主要是考慮環(huán)保),經(jīng)濟(jì)又實(shí)惠,可給船東帶來(lái)可觀的效益。但是,在設(shè)計(jì)時(shí)需要同時(shí)滿足集裝箱船和水泥船不同船型的規(guī)范要求。船舶貨艙的劃分主要從使用方便以及破艙穩(wěn)性2個(gè)方面進(jìn)行考慮。根據(jù)對(duì)國(guó)外現(xiàn)有9000t～15500t水泥船貨艙數(shù)量基本上在4～8個(gè),這種劃分盡管滿足穩(wěn)性要求,但操作不方便,卸貨率較低。經(jīng)對(duì)破艙穩(wěn)性、裝載要求以及經(jīng)常運(yùn)載水泥的密度范圍等進(jìn)行研究與計(jì)算,本船增加貨艙之間倒V型管連通等措施,優(yōu)化設(shè)計(jì)為3個(gè)貨艙。這樣不但可以減輕空船重量,提高卸貨率,還可以節(jié)省設(shè)備的費(fèi)用。1.2種雙親水滴形吾由于受到本船部分航道吃水的限制,本船設(shè)計(jì)吃水定為7.8m,要求采用雙機(jī)雙槳雙舵的推進(jìn)方式。為了配合雙機(jī)雙槳,同時(shí)考慮操作靈活和穩(wěn)性,本船采用了雙艉鰭線型。經(jīng)對(duì)各種艉鰭形狀參數(shù)諸如大小、形狀、扭向、軸間距、螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向等對(duì)阻力與推進(jìn)的影響的研究,最終研制出一種全新的正水滴形艉鰭。正水滴形艉鰭線型示意圖見(jiàn)圖1。在充分滿足艉部機(jī)艙布置要求的前提下,且根據(jù)模型試驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)雙螺旋槳間軸距進(jìn)行調(diào)整,有效降低了粘性伴流和阻力。本正水滴形艉鰭線型通過(guò)船模實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明可降低阻力5%。1.3強(qiáng)結(jié)構(gòu)層內(nèi)的縱桁架由于本船的機(jī)艙有47%布置在雙艉鰭里,所以艉鰭結(jié)構(gòu)部分與主船體其他部分的結(jié)構(gòu)連接需要充分考慮強(qiáng)度和應(yīng)力集中問(wèn)題。對(duì)此,在艉鰭與船底的連接處,設(shè)置了1道縱桁作為加強(qiáng);在艉鰭結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置2道縱桁,并每檔設(shè)實(shí)肋板。艉鰭折線處的縱桁和艉鰭內(nèi)縱桁之間的高度相差不懸殊,因而采用了肘板進(jìn)行連接,有效地解決了船底與艉鰭的連接,同時(shí)緩解了此處較大的剪應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)帶來(lái)的不利。艉鰭與機(jī)艙舷側(cè)結(jié)構(gòu)的連接也進(jìn)行了重點(diǎn)考慮,尤其是在艉鰭舷側(cè)折點(diǎn)與機(jī)艙平臺(tái)之間的部分,強(qiáng)度不夠就會(huì)引起機(jī)艙及上層建筑的振動(dòng)。因此在強(qiáng)框架上設(shè)置機(jī)艙平臺(tái)支柱,可有效支撐上下平臺(tái)的2道縱桁。機(jī)艙結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。2關(guān)于節(jié)省效率的研究自動(dòng)清倉(cāng)是實(shí)現(xiàn)最大卸貨率、提高營(yíng)運(yùn)效能的重要手段,是現(xiàn)代自卸水泥船的一個(gè)顯著特點(diǎn),本船從多方面對(duì)此進(jìn)行研究。2.1貨艙內(nèi)底板微織構(gòu)設(shè)計(jì)傳統(tǒng)水泥船的貨艙內(nèi)底一般設(shè)計(jì)為橫向或縱向有一定角度,也具有提高卸貨效率效果。但是從實(shí)際營(yíng)運(yùn)來(lái)看,每次卸貨完畢,在非傾斜內(nèi)底的角落仍會(huì)有一定數(shù)量的殘留水泥,萬(wàn)噸水泥船往往能殘留幾百噸水泥。如果手工清理,不僅安全無(wú)法保障,營(yíng)運(yùn)周期和成本也會(huì)提高。將貨艙內(nèi)底設(shè)計(jì)成漏斗型的雙斜度形式,縱向設(shè)有一個(gè)窄條形的滑槽匯集到本貨艙的最低點(diǎn)。雙斜角度很重要,兩側(cè)傾斜的角度過(guò)大,顯然將影響艙容;傾斜角度過(guò)小,又將影響卸貨速度和卸貨率。根據(jù)本船運(yùn)載的散裝水泥的特性,做了一系列的模擬試驗(yàn),最終將本船內(nèi)底板的縱橫兩向的角度都設(shè)為8°。雙斜度內(nèi)底三維圖如圖3所示。2.2設(shè)置雙殼結(jié)構(gòu)盡管單殼水泥船可以增加貨艙艙容,船體結(jié)構(gòu)重量也可同比減少6%左右,但舷側(cè)骨材間會(huì)殘留大量水泥,降低了裝卸率。為此,本船在貨艙內(nèi)設(shè)置了寬度為1.5m雙殼。雙殼的設(shè)置使貨艙內(nèi)壁光滑,與單殼結(jié)構(gòu)相比殘留水泥堆積明顯減少,提高了卸貨率。同時(shí),也可防止一旦貨艙進(jìn)水對(duì)散裝水泥的破壞,安全性也增加。2.3艙底隧道內(nèi)鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生氣流床是現(xiàn)代水泥船卸貨的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)和裝備。每個(gè)貨艙的整個(gè)內(nèi)底(除了中間縱流滑槽外)由專用篷布覆蓋,在貨艙艙底隧道中設(shè)置2排充氣管并于泵艙的2臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)相連。各個(gè)貨艙的水泥卸載至92%左右時(shí),由于水泥的粘性及較大的休止角,雙斜度內(nèi)底及雙殼已不能有效地解決殘余水泥的卸載,此時(shí),開(kāi)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī),通過(guò)各個(gè)貨艙內(nèi)底的充氣管使上表面的篷布受力,從而使其上表面的水泥受摩擦力的作用而從高處向低處滾動(dòng),最終在最低點(diǎn)匯集,達(dá)到自動(dòng)清艙的目的。3加強(qiáng)重點(diǎn)鑄造技術(shù),滿足船東和船檢需求本船裝卸貨設(shè)備先進(jìn),安裝精度要求高,船體結(jié)構(gòu)、舾裝、管路、電氣等設(shè)計(jì)復(fù)雜,施工難點(diǎn)多,只有掌握和應(yīng)用關(guān)鍵造船工藝技術(shù)和綜合生產(chǎn)設(shè)計(jì),滿足船東和船檢的質(zhì)量要求,才能按期交船。3.1數(shù)字化模擬造船設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)本船功能強(qiáng)大,貨艙和泵艙結(jié)構(gòu)復(fù)雜。機(jī)艙因艉鰭線型設(shè)計(jì)而空間狹窄,布置緊湊,專業(yè)間協(xié)調(diào)量很大,采用一般船舶的生產(chǎn)設(shè)計(jì)模式滿足不了本船分道作業(yè)、綜合預(yù)裝、節(jié)拍生產(chǎn)、成組吊裝的精益造船模式的需要。為此,必須進(jìn)行綜合生產(chǎn)設(shè)計(jì),在生產(chǎn)設(shè)計(jì)的細(xì)化與完整性上有所創(chuàng)新。(1)分段劃分的綜合考慮。分段劃分不僅要考慮起重運(yùn)輸能力、勞動(dòng)組織與分段場(chǎng)地布置、分段自身結(jié)構(gòu)剛性、板幅限制、涂裝的方便性等基本要素,還要充分考慮雙斜切內(nèi)底完整,泵艙的總段預(yù)裝、裝卸設(shè)備與結(jié)構(gòu)連接部分在分段中的位置等特殊施工要求。(2)以完整的船體結(jié)構(gòu)建模為基礎(chǔ),對(duì)裝卸貨設(shè)備、舾裝、設(shè)備、管路、電氣等進(jìn)行完整的建模,不斷調(diào)整與補(bǔ)充。(3)專業(yè)間綜合而細(xì)致的協(xié)調(diào)工作的好壞是生產(chǎn)設(shè)計(jì)能否深入、準(zhǔn)確與細(xì)化的關(guān)鍵。各專業(yè)三維模型在協(xié)調(diào)中不斷修改、調(diào)整、補(bǔ)充,在滿足規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的前提下達(dá)到最佳的空間布置,實(shí)現(xiàn)全新的數(shù)字化模擬造船。(4)引入船東、設(shè)備商參與生產(chǎn)設(shè)計(jì)的理念。如果生產(chǎn)設(shè)計(jì)施工現(xiàn)場(chǎng)修改量很大,不僅造成人力物力的浪費(fèi),也影響建造進(jìn)度。本船在設(shè)計(jì)的過(guò)程中提前向船東、設(shè)備商展示三維數(shù)字模型,使他們有身臨其境的體驗(yàn),船東與供應(yīng)商可據(jù)此提出修改意見(jiàn),從而減少現(xiàn)場(chǎng)的修改意見(jiàn)。(5)全新的綜合預(yù)舾裝圖紙模式。把外舾、內(nèi)舾、管舾、電舾、設(shè)備座架等需要在小組、中組、分段、總組各階段預(yù)安裝件統(tǒng)一進(jìn)行綜合協(xié)調(diào),細(xì)化標(biāo)識(shí),分工序綜合出圖,統(tǒng)一施工。PSPC分段預(yù)舾裝率達(dá)到100%,綜合預(yù)舾裝率達(dá)到97%以上。3.2流床強(qiáng)度全動(dòng)態(tài)關(guān)鍵技術(shù)水平螺旋系統(tǒng)安裝技術(shù)、長(zhǎng)艉軸校中工藝、氣流床篷布預(yù)裁和預(yù)燙孔技術(shù)、精度管理技術(shù)等關(guān)鍵工藝技術(shù)的應(yīng)用,支撐著本船的施工與管理,本文僅簡(jiǎn)述其中2個(gè)關(guān)鍵工藝技術(shù)。3.2.1施工質(zhì)量管理本船氣流床篷布面積達(dá)1600m2,用于固定的螺栓有18000根左右,而其安裝調(diào)試通常要待貨艙全部工作完成,水泥系統(tǒng)調(diào)試開(kāi)始后才安裝。如果所有的工程都在封閉式貨艙內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)研配、安裝,不僅因空間狹小且勞動(dòng)密集作業(yè)影響施工進(jìn)度,更會(huì)因惡劣的環(huán)境影響施工質(zhì)量,降低聯(lián)動(dòng)調(diào)試報(bào)驗(yàn)合格率。另外,篷布(進(jìn)口專用)價(jià)格昂貴,全部現(xiàn)場(chǎng)裁剪和燙孔不利于其綜合利用。為此,本船專門成立篷布預(yù)裁和預(yù)燙孔技術(shù)攻關(guān)小組,制定工藝、模擬試驗(yàn),并充分總結(jié)國(guó)外自卸水泥船的建造經(jīng)驗(yàn),對(duì)內(nèi)底篷布區(qū)域分塊精密測(cè)量,并測(cè)量篷布的蓬松系數(shù),按照精確計(jì)算后的數(shù)值進(jìn)行綜合排版下料,提高篷布的利用率。同時(shí)按照固定螺栓的位置進(jìn)行預(yù)燙眼后封存,待主鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)吹艙后可迅速安裝。這項(xiàng)技術(shù)提高了工作效率和安裝質(zhì)量,縮短了水泥船系統(tǒng)的設(shè)備聯(lián)動(dòng)調(diào)試時(shí)間,保證了按期交船。3.2.2座架的安裝與加強(qiáng)本船的水平螺旋系統(tǒng)長(zhǎng)77m,共有13部分組成,整體安裝水平度公差不超過(guò)5mm,施工難度很大。為此,在考慮甲板的平整度的同時(shí),設(shè)置了15個(gè)座架,并對(duì)座架、加強(qiáng)板的安裝精度、公差要求及安裝順序作出詳盡的規(guī)定。另外,專門制作了臨時(shí)支撐,利用螺栓對(duì)水平螺旋系統(tǒng)進(jìn)行前后、左右、上下的微調(diào),確保座架安裝和水平度的精度。施工中,還利用進(jìn)廠時(shí)設(shè)備