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中国油船研发史:油船结构特征及设计考虑

时间:2023-08-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:油船载运液货,船体结构较其他类型的干货船受力更大,构件的腐蚀程度也较严重,因此在油船设计时其结构特征必须妥善考虑。由于绝大部分油船的结构是钢质的,其结构特征与货品特性、任务使命及所承受的载荷特点均有关,且其结构特征与其他运输船不同之处主要集中在货舱区域,因此下面针对油船货舱的一些结构特征展开讨论。但为了减轻空船重量和提高船体的横向刚度,原油船的绝大多数舱壁结构为平板舱壁。

中国油船研发史:油船结构特征及设计考虑

油船载运液货,船体结构较其他类型的干货船受力更大,构件的腐蚀程度也较严重,因此在油船设计时其结构特征必须妥善考虑。由于绝大部分油船的结构是钢质的,其结构特征与货品特性、任务使命及所承受的载荷特点均有关,且其结构特征与其他运输船不同之处主要集中在货舱区域,因此下面针对油船货舱的一些结构特征展开讨论。

图2-32是油船典型的舯剖面图,根据油船使用需求,分析哪些因素对油船结构产生影响。

图2-32 油船典型的舯剖面图

(一)货油的液态属性对结构的影响

承载液体的容器如果一直处于运动与静止反复变换的状态下,那么比承载同样质量固体的容器更容易出现疲劳破坏。因此,油船比运输固体货物的船舶需要用更多的钢材来承受更大应变能,油船空船质量比同样载重量的散货船略重一些。油舱内压力对油舱围壁变形的影响如图2-33所示。

图2-33 油舱内压力对于油舱围壁变形的影响

对于油船结构而言,由于船体在海上承受较大的波浪载荷,6个自由度(横摇、纵摇、横荡、纵荡、垂荡、艏摇)上均有运动加速度,因此在多个方向上有晃荡载荷。另外,由于货舱内液体的晃荡,可能导致船舶的稳性损失,因此较大油船的货舱一般设置有中纵舱壁,这样还可以大大减小甲板和底部横向强构件的支撑距离,增加货舱区域结构承受剪力的能力。中纵舱壁将油船货舱分隔成左、右两部分。为保持一定的单舱容积,同时设置一些横舱壁将油舱分隔,一般单个油舱的舱长大于舱宽。因为货油可以通过输油管输入或者输出而不需要设置额外的大型卸货舱口。同时,如图2-34所示,考虑到油船的整体横向强度要求、防污染要求,油船上甲板为单层纵通、全封闭甲板。

图2-34 油船上甲板为单层纵通、全封闭甲板

(二)货油的污染性对结构的影响

世界上早期的油船都是单底单壳的,后来由于油类泄漏对海洋造成严重污染,IMO规定对于载重量5 000吨或以上的油船必须设置双层底和双壳,这大大加强了油船的局部刚度,增强了船体轻度受损情况下的生存能力和环保性能,大大减少了对海洋的污染。

(三)货油的腐蚀对结构的影响

油船需要反复装载、卸载不同的油品,由于油品的黏度高,货舱卸油之后往往残留部分余油。不同化学成分的油品的腐蚀性对结构会造成严重影响。尤其是油舱的顶部,由于少量油气化的蒸发气与空气混合后对甲板的腐蚀较大,因此油船的甲板需要使用更厚的钢板以保证被腐蚀之后船体的安全性。结构共同规范对油船货舱顶部有着更高的钢材腐蚀余量要求。图2-35展示了船体钢板的点蚀状态和不同船龄油船上甲板点蚀深度统计。

图2-35 船体钢板的点蚀状态(左)和不同船龄油船上甲板点蚀深度统计(右)

油品的黏度高,在低温情况下的流动性较差,容易凝结,因此低温条件下,在装、卸油的过程中,需要通过货油舱加热系统对油品进行适度的加热,以增加其流动性。此时货油舱相邻的压载舱温度不高,货舱与压载舱的边界舱壁则处于高低温热交替的过程中,这样,一方面容易在钢质结构上产生温度应力,另一方面也会加快钢板的腐蚀。(www.xing528.com)

(四)油船隔舱装载对结构的影响

一般装油地点只有一处,但卸油地点也许会有多处;有些装油地点的货油供应不足,导致货油舱不能装满。为此,必须考虑一个或者多个货舱可能为空舱的情况。横向的隔舱装载和纵向的隔舱装载都可能大大增加油船的总载荷和局部载荷,对于满舱与空舱交界处的结构强度要求往往很高。图2-36展示了油船货舱隔舱装载的情况。

图2-36 油船货舱隔舱装载的情况

(五)货油品种对结构的影响

原油船和成品油船货舱区域的结构特点差异较大。一般成品油船装载不同油品前必须彻底洗舱。为了节省洗舱的成本,减少舱内结构构件的表面积,尤其是水平构件的表面积,成品油船的横舱壁和中纵舱壁一般为槽形舱壁,其甲板强框架一般位于甲板之上。但为了减轻空船重量和提高船体的横向刚度,原油船的绝大多数舱壁结构为平板舱壁。

(六)货舱区域开口的结构加强

如图2-37所示,为了能够连接输油管和货油管,在油船的上甲板有大小不一的小舱口、人孔、油管或者透气管开孔。油船的横舱壁和纵舱壁上也有大大小小的油管开孔。上甲板货油管路集中输出的集管区附近密密麻麻地排列着孔径各异的输油管,还有集油槽、油管吊、油管吊仓库等,这些区域需要在甲板下作结构加强。所有的开孔形状要考虑减小甲板上的应力集中,避免结构受损。

图2-37 油船的舱口、人孔、透气管开孔

(七)机、泵舱结构抗震加强

油船是艉机型船舶,即主机舱位于船体的艉部,机舱前部与货油舱之间一般还设有一个泵舱。由于主机输出功率大,机舱结构的防振非常重要,所以在机舱内要设置数量足够多、刚度足够大的支柱,并与强框架、强横梁、平台共同组成坚固的框架(见图2-38)。

图2-38 机舱内的坚固结构框架

(八)油船对运动载荷的结构加强

首先,由于油船的运动加速度较大,加上艏部区域和艉部区域远离船体的重心和浮心,艏部区域和艉部区域如果载有压载水、淡水或者燃油,则船体结构承受更大的惯性加速度和液体晃荡载荷,因此对船体结构的强度要求更高。

其次,为了追求更高的推进效率,和更好的舵效(保证舵有充足的来流),在许可情况下螺旋桨直径越来越大,艉部区域下半部分的线型越来越瘦,螺旋桨上方的外板线型相对越来越外飘,海水对这一区域的砰击相对严重,对结构加强提出更高的要求。

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