马六甲型VLCC的开发
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船舶研究设计马六甲型VL CC的开发Ξ刘旭庆 丑辛辉 翻译D evelop m en t of M alacca-M ax i m a ized VLCCAbstract:A design of VL CC of the m ax i m um deadw eigh t to p ass the Strait of M alacca (M alacca2M ax i m ized VL CC)w as develop ed.T he loading cap acity of300~500m etric tones deadw eigh t w as ach ieved at a draugh t ab le to p ass the Strait of M alacca.To A ch ieve h igh p rop u lsive p erfo rm ance at sea,the hu ll p articu lars and the fo re secti on of the hu ll w ere designed to p reven t the resistance increase in w aves and the stern fo rm w as op ti m ized u sing CFD code to m ain tain low viscou s resistance.M o reover,vib rati on respon se analysis fo r the sup erstructu re w as carried ou t u sing the th ree di m en si onal fin ite elem en t m odel of the w ho le sh i p at the design stage.M easu rem en t resu lts of the vib rati on respon se of the sup erstructu re w ere confirm ed under the low er boundary of ISO6954:1984at the official sea trial.Keywords:o il tanker m alacca2m ax i m aized VL CC develop1 前 言I H IM A R I N E U N IT ED股份有限公司(以下简称为I H I M U),以“SU PER ZEA R TH”号(1995年完工)为首制船,共建造了20余艘双壳VL CC。
特别是从1998年完工的“TA KA CH I HO II”开始,其系列船的载重吨从28万吨增加到30万吨,已有17艘船完工交船。
但是,以往的VL CC包括上述系列船,从波斯湾运送原油到日本,途经马六甲海峡,装载30万吨时的吃水超出了能航行的限制,为此,都绕道走LONBOO K等吃水较深的海峡,需额外花费航行天数和燃油消耗。
因而希望建造马六甲海峡吃水下能达到更多载重量的“马六甲型VL CC”的呼声增加,加上近年来港口规则限制的放宽,同以前比,进港时可装载更多原油的港口增加了,这样要求建造满足进港限制吃水下能装载更多原油的VL CC的呼声也提高了。
M H I M U为响应客户此项要求,进行了深入开发研究,以VL CC建造实绩为基础,开发了能通过马六甲海峡的浅吃水型最大型载重量的“马六甲最大型型VL CC”。
本文重点介绍超肥大型船的开发研究第1期(总第109期) 2004年6月 船舶设计通讯JOU RNAL O F SH IP D ES IGNNO.1(Serial NO.109) June2004Ξ及防振设计技术的发展。
2 通过马六甲海峡的最大型VL CC 的概要本船设计假定的设计条件中,主要的设计项目如下:(1)满足马六甲吃水条件(约20.5m )下,确保载货重量能达到30万吨;(2)货油舱舱容确保35万立方米;(3)船型注重在实际海域中具有良好的推进性能;(4)上层建筑对振动的响应,保证处在ISO 导则的下限水平;(5)关于M an ifo ld 的位置以及系泊设备满足O C I M F 的规则。
本船的主要要素见表1,总布置图见图1。
表1将以前VL CC 系列船中28万吨与30万吨船型的主要要素都作了比较。
表1 主尺度比较船 型28万吨型30万吨型马六甲型总 长(m )330.0333.0333.0垂线间长(m )319.6319.6324.0型 宽(m )60.060.060.0型 深(m )28.929.529.0满载吃水(m )20.421.420.5载货重量(t )280000300000300500总 吨(t )149600154700160300货油舱舱容(m 3)328000340000350000主 机D iesel U nited 2Sulzer 7RTA 84T D iesel U nited 2Sulzer 7RTA 84T D iesel U nited 2Sulzer 7RTA 84TM CR(kW ×rpm )27160×74.027160×74.027160×74.00.85M CR(kW ×rpm )23090×70.123090×70.123090×70.1服务航速(kn )16.115.815.7图1 总布置图 本船的主要特点如下所述。
而有关船型设计及防振设计将在下面的章节中依次阐述:(1)优化油舱的布置与船型的平衡,以取得最高的积载效率。
这样,即使在燃油舱半载的状态下,油舱满载了比重为0.84的原油时能保证纵倾接近于0;(2)机舱两侧设置压载水舱,可抵消由于燃油消耗的纵倾变化;(3)中央横剖面形状与具有实绩的前VL CC 系列船相同,继承了高可靠性;(4)对燃油舱双壳化的要求,作了不变・43・船舶设计通讯JOU RNAL O F SH IP D ES IGN 2004年第1期(总第109期) 更船型而能适应的考虑。
3 超肥大船型的开发本船的船体线型是根据航线、港口对船体尺度限制下,保证最大的载货量的同时,抑制因船体肥大化(丰满度增加)而导致的性能劣化,从而达到最好的推进性能的设计。
船体的丰满度可按影响兴波阻力及波浪中阻力增加的船艏丰满度和影响粘性阻力及推进性能的船艉丰满度分别来考虑。
一般来说,以VL CC 为代表的低速肥大船,静水中,兴波阻力仅占全部总阻力很小的一部分,另外,兴波阻力本身也不会因船首丰满度有很大的变化。
因而,以静水中性能的观点,作为增加载货重量的方法之一,便是考虑增加船首的丰满度。
但是,船首丰满度因与波浪中的阻力增加有密切的关系,仅着重在静水提高性能而使船艏肥大化,则有招致在波浪中性能变坏的危险。
因而I H I M U 从以往为防止增加波浪阻力所做船首丰满度的实绩及实验数据分析判断设定了限制。
另一方面,为增加载货重量要增加船尾的丰满度,但是,船尾丰满度的增加,船体产生旋涡流和分离易使增加阻力。
再者,这种旋涡流和分离搞乱了螺旋桨周围的流场,成为振动的原因,同时引起降低推进性能的危险性,故对船体艉部的形状设计要格外的注意。
由上所述,本船的船型设计必需突破2点:(1)对船体前半部,既要使排水量增加,又要控制船首的丰满度;(2)对于船体后半部,在使船尾的丰满度增加的同时要谋求改善流场降低粘性阻力保证推进性能。
这种设计概念如图2所示。
本船的开发从对主尺度的重新审视做起,达到了这两个目标。
以下是概要介绍:船体前半部的船型设计,是将本船的首图2垂线(以下简称FP )向前移动,加长了垂线间长,图3表示了船体前半部的侧面图和平面图。
把船首丰满度控制在以前的VL CC 相当的水平,抑制了在波浪中的阻力增加。
但是,FP 向前移动后,船首的球鼻首的长度势必缩短,这样不利于降低在静水中兴波阻力。
因而,FP 的位置要平衡考虑静水中的兴波阻力和波浪中阻力的增加,以求得最佳的位置。
另外,就航后的VL CC 满载工况和压载工况几近各半。
为此,在确定船体形状时,对压载状态的波浪中的性能也予以了考虑。
图3本船的船体后半部如图2表示,肥大化超过了以往的VL CC 的范围。
为改良船尾周围的流场,降低粘性阻力改善自航因子,以数值流体力学(以下简称CFD )作为研究船尾周围的流场工具对流场作了解析(见图4)。
I H I M U 充分运用历来以CFD 作为船型最优化的一个设计手法,并积累了各种船型的性能要素CFD 预测精度经过验证的数据[1]。
本船的船型设计在充分利用这些数据・53・ 刘旭庆 丑辛辉:马六甲型VL CC 的开发和经验的同时,应用CFD 进行船尾的最优化。
使得开发的船型在船尾肥大化与推进性能提高上两相矛盾的要求取得了统一。
图4再者对本船,除了船体形状的改善,还加装了节能装置和高效率的螺旋桨,实现了最优的推进性能。
这些研究都在I H I M U 的试验水池中进行了试验,证实了既无性能问题也无干扰及空泡问题。
按照以上分析得到的本船的航速,通过海上试航确认了满足设计要求。
同时,决定在同型的VL CC ,配置了双重反转螺旋桨,与装备普通螺旋桨相比,目标降低马力13%~15%,现在建造的VLCC 在推行中。
4 上层建筑的防振设计4.1 防振设计船员居住的上层建筑的振动,大大影响船员在海上的舒适度。
另外,也担心对航海仪器的不良影响。
本船为降低上层建筑的振动响应使得船员能舒适地出海航行,还有,为防止对航海仪器的不良影响,对于上层建筑的振动响应,按照ISO 6954:1984上层建筑的振动导则中的下限水平(4mm s )作了防振设计。
近年来,由于以下的理由,在新设计船已使用以基于全船建模的振动响应解析结果进行防振设计为标准。
(1)全船建模的使用以前,以上层建筑及其周围建模作固有振动频率数解析,来进行避开共振的设计,但是对局部区域的建模,因未考虑与主机、主船体等的联合作用影响,无法如实再现上层建筑的振动特性。
为此,近年来的防振设计,如图5所示,使用了全船建模的方法。
为了如实地再现上层建筑的振动特性,进行高精度的解析,将全船以三维进行详细的建模,对烟囱、雷达桅、主机等也都建入模型。
图5(2)振动响应解析的实施因为上层建筑是与主机、烟囱和主船体相互影响联合振动的,进行固有振动频率解析时,可以计算各个处所为主体振动的无数种振动模式。
要使所有振动模式避开激振振动频率是很困难的。
这样,可以在多数的振动模式中取出可能发生问题的振动模式,使用能对其振动响应作评估的振动响应解析结果,对激振力产生大的振动响应的振动模式作为研究防振措施的对象。