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某自卸砂船翻沉的稳性原因探讨

2018-09-26 09:58 来源:未知 评论: 收藏本文 转发至: 分享到QQ空间

  Vol.14No.9 2014 ChinaWater Transport September 2014 某自卸砂船翻沉的稳性原因探讨 (中国船级社涪陵办事处,重庆 涪陵 408000) 要:文中定量分析了一艘自卸砂船翻沉过程中的稳性原因,用数据佐证了自卸砂船在设计及运营中为保证稳性所需注 意的问题。 关键词:自卸砂船;失稳;稳性分析 中图分类号:U661 文献标识码:A 文章编号:1006-7973(2014)09-0033-03 引言 自卸砂船是自上世纪九十年代初开始出现,经近二十年 的改进、完善,逐渐成熟的一种新型船舶。因其具有机动性、 自航自卸、灵活快捷的特性, 广受船东亲睐。 一艘装载 2,000m 砂的自卸砂船,一般情况下用90mi 但自卸砂船由于其自身的结构和稳性特点,其在实际营运中出现稳性不良的现象时有发生,在水上交通运输业中频 发交通安全事故,被人们称作水上“泥头车”。笔者就不久 前发生的一起自卸砂船失稳翻沉事故进行分析探讨,以期对 自卸砂船今后的设计和运营起到借鉴作用。 一、事故经过,该船基本情况 5,000t自卸砂船行至某沿海海域发生翻沉,事故造成 多人死亡和失踪,产生了严重的后果。据悉,该船航行中遭 遇到强冷空气形成的风浪,舱体灌水后倾覆。 该自卸砂船主要尺度及参数如下: 总长 99.0m; 垂线m; 沿海航区;航速 10kn。 该船典型横剖面如图 货物重心更高,稳性富余量更小,该5,000t 外。因此,与普通货船相比,该类船舶在设计和运营中稍微的不慎,都会对稳性产生较大的影响。 下面我们将从自卸砂船的稳性特点出发,结合该船的实 际状况,分析该船造成失稳的原因。本分析依据中华人民共 和国海事局船舶与海上设施法定检验规则《国内航行海船法 定检验技术规则》 章完整稳性关于航行于沿海航区干货船的要求。 1.进水角对稳性的影响 进水角为船舶倾斜时,甲板及上层建筑侧壁上开口最先 进水,使船舶丧失稳性处于危险状态时船舶的倾斜角度。根 据该船设计资料,该船进水角取在舱口围板上方,进水角坐 Z1=8.77m,X1=50m,Y1=7.85m。但根据总布置图和基本结构图,不难看出艏部甲板设有一直达空舱的梯孔, 梯孔规格 1,300800。从该开口进水,海水可通过横舱壁 上皮带架运 输开口直达货舱 该梯孔进水角坐标为Z2=7.1m,X2=39.54m,Y2=7.85m。通过两个进水角的坐 标位置,可根据该船稳性横截曲线绘图计算得到各个装载状 态的进水角,如图 所示。二、稳性分析 进水角数值的确定自卸砂船具有其自身的结构布置和装载特点。该类船舶 底部设有货砂输送带,所以砂舱底部距离船底平均高度一般 至少 1.3m 以上(该船1.6m),从而整个砂舱重心位置较 高。此外,砂舱近似呈倒三角形,如图 1,“头重脚轻”, 通过上图,满载出港时舱口围板进水角为 28.01,艏 19.87,艏部空舱进水角远小于舱口围板进水角。事故发生时,该船最初发生艏倾,然后倾覆,所以 有理由推断该船由于该梯孔门水密措施出现故障,或者船舶 收稿日期:2014-07-11 作者简介:覃乐红,中国船级社涪陵办事处。 34 运营过程中管理不善,该水密门开启后没有及时关闭,导致恶劣天气下强烈风浪直接将海水灌入艏部舱室,使船舶艏倾, 进而涌入货舱,使船舶稳性处于不利状态。 分别计算两种情况下满载出港状态该船各稳性指标,并 与规范要求进行比较,结果如表 稳性指标总结舱口围板进水角 289m。满载出港状态该船总重量为9,657.6t, 重心距离基线m。 一般情况下,计算稳性时,自由液面的影响主要体现在 对初稳性高度和复原力臂曲线的修正上。 自由液面对初稳性高度的影响值为(各系数取值可按表 序号项目 实际值 法规要求值 实际值 法规要求值 4.907 >0.15 4.907 >0.15 初稳性高度(m)满足要求 满足要求 1.193 >0.2 1.224 30角或进水角中较小值对应复原力臂(m)满足要求 满足要求 20.1 19.87>20 Kf满足要求 不满足要求 32.708 >1.0 5.437 >1.0 满足要求 满足要求 3(a)状况初稳性高修正值计算为0.636m,图 状况为2.074m。 舱柜各系数取值法规要求船舶最大复原力臂对应的横倾角与进水角中较 小值不小于 25—Δ =20。依表1,若不考虑艏部梯口的 情况,该船满足完整稳性要求。取值为 进水角,不仅低于船舶最大复原力臂对应的横倾角,而且低于法规关于进水角的最小要求。真人龙虎游戏机。进水角过小,同样降低了最 小倾覆力臂,从而大大降低了船舶抵御风压倾侧力矩的能力。 因此,艏部开口进水角过小可视为该船发生倾覆事故的一个 重大诱因。 2.自由液面对稳性的影响 进水状态 体积 密度ρ系数 2,008.59 69.00 9.7 0.58841.025 1.9020 951.5169.00 15.00 0.9 0.93621.025 15.2749 依法规,该自由液面对复原力臂曲线的修正值δ GZ 可由 下式计算(各系数取值可按表 选取):GZ 9.81通过上文进水角的分析探讨,该船在不利的进水角情况 下,舱内极易进水。舱体进水后,舱内产生自由液面,这就 —液舱任一倾角的自由液面力矩引发了另一个导致该船倾覆的诱因。 在着自由液面影响的问题。这类船在装载时,一般由采砂或吸砂船直接将砂从江海中抓挖或 抽吸到船舱中,砂里的水会逐渐渗漏到舱底形成自由液面。 因此一般自卸砂船在舱底都设有水槽,水槽的宽度要尽量小, 以减小自由液面的影响程度。为减小影响,一般开航前需把 槽内积水抽吸排至舷外。该船本身就在皮带输送装置底部的 双层底间设有宽为 1.4m 水槽,机舱设有舱底泵用于排水。 但当海水涌入船舱后,舱内水量大大超出了水槽能容纳的 体积,过多的水将流入到两水密纵舱壁之间的空舱,甚至漫入 砂舱,使自由液面的宽度加大,削弱船舶保持平衡的能力。为 了能够说明问题,并简化计算,选取该船的两种典型进水状态 进行分析,进水后两种典型横剖面如图 3(a),(b)所示。 3(a)假设船舱内两水密纵舱壁间空舱进水,形成自由液面。按空舱容积可测算舱内积水的重量重心:重量为 2,058.8t,龙虎赌博规则,重心距离基线m。满载出港状态该船总重 682.3t,重心距离基线(b)假设积 水漫入到砂舱顶端,形成自由液面。积水重量为 975.3t,重 (kNm);V—液舱总容积(m —液舱方形系数;b—液舱最大宽度(m);k—系数,由液舱最大宽度与最大 度比值查表可得。各倾斜角度δ GZ 取值如表 各角度δGZ取值 角度 10 20 30 40 50 60 70 80 系数 0.02800.0578 0.0912 0.1078 0.1107 0.1060 0.0961 0.0824 力矩Mf 428 82885.45 137 71165 75169 44162 51147 33126 GZ0.0052 0.0108 0.0170 0.0201 0.0206 0.0197 0.0178 0.0165 系数 0.11850.1187 0.1116 0.1005 0.0863 0.0694 0.0503 0.0297 力矩Mf 167 56167 06157 29142 25122 70982.05 712.16 420.43 GZ0.0498 0.0505 0.0480 0.0435 0.0376 0.0304 0.0223 0.0210 修正后的复原力臂曲线如图 复原力臂曲线分别计算两种情况下满载出港状态,经自由液面修正后 该船各稳性指标,并与规范要求进行比较,结果如表 和补油压力有明显关系的显然除了补油溢流阀之外就只有这几个液控单向阀了,于是决定将左机组(跑舵比较明显的机 组)的两个液控单向阀换新,调试的结果是左机组的跑舵现 象完全消失,而右机组的跑舵现象反而加剧,再检查新换上 的液控单向阀发现其的型号为 DFY-B32H2 向阀的型号为DFY-B32H1 ,两者的区别为 DFY-B32H1 液控单向阀的正向开启压力为0.35kg/cm ,液控的开启压力为0.15kg/cm 液控单向阀换上DFY-B32H2 后故障完全消失。 四、系统的改进及建议 本例的问题至此似乎可以划上一个句号。但对于我们管 理者来说问题没有真正解决。因为在轴承更换前后使用的液 控单向阀同样是 DFY-B32H1,为什么轴承更换之后就会出 现跑舵这种情况呢?换用 DFY-B32H2 液控单向阀后转舵过 程很平稳,而且转舵速度也合乎要求,从左 30~右 35(或 30~左35)左泵为 27s,右泵为 28s,均小于 30s,双 机组为 13s,小于要求的 15s,完全合乎要求。但是我们对 换下来的 DFY-B32H1 进行检查,发现阀体只有轻微的渗漏, 而正向开启压力和液控开启压力都符合技术要求。这说明了 轴承更换前的液控单向阀 DFY-B32H1 已经不能适应现在的 舵机的油路锁闭,造成这种情况的原因可概括如下: (1)高压的液压元件经过长期的运转,配合间隙增大, 漏泻元件增多漏泻量增大。 (2)在更换轴承的过程中,管路不可避免地进入一些机 械杂质,污染液压油,导致阀件的磨损加剧。 (3)更换液控单向阀 DFY-B32H2 后,液控开启压力减 小,更有利于系统的锁闭。 前面已经讨论过,本轮舵要机系统的主油路的锁闭涉及 面太广,去掉主泵前的液动滑阀看似简化了系统,其实给分 析和排除问题带来许多的不便,因为主泵检查起来是比较麻 烦的,而且备用泵不隔离也给管理带来许多麻烦。结合本轮 舵机的一些特点,提出以下几点建议: 在两台主泵和主安全阀之间加装一对液控单向阀,液控油压由主泵提供,这样既可以将工作泵和备用泵隔离,有 问题时也容易排除是否是主泵故障。 两个极限泄荷位置适当后移1,用于在电限位动作 失灵之后的补充措施,因为每次在舵转到 35 时,两种限 同时动作实在没有必要,而且极限泄荷经过多次撞击后,总会产生一些泄漏现象而导致跑舵现象。 重视对液压油的管理。资料表明,液压设备的故障 70%左右是由液压油的质量引起。液压油的污染可分为三种类型:机械杂质;水(包 括海水和淡水);空气。其中,机械杂质对液压油污染后产生 的危害最大,特别是固体颗粒对系统元件的危害。 对液压油污染的严格控制,将能显著地延长机械的稳定 工作期并使后期故障率降低,延长装置的使用寿命和降低维 修费用,减少突发事件造成的危险。真人龙虎开户 参考文献 船舶辅机[M].北京:高等教育出版社.(上接第 34 稳性指标总结未进水状态 综上所述,可以推测导致该船倾覆沉没的诱因是:艏部梯口水密措施不当,进水角过小。在恶劣风浪条件下,海水 通过该梯口进入舱体,在砂舱内形成自由液面。船舶受力倾 项目 实际值法规 要求值 实际值法规要求值 法规要求值 斜时,自由液面随船舶倾斜而移动,形成一个较大的附加力 矩,船舶倾斜到一定角度后无法回到初始的平衡位置,最终 初稳性高度(m)30角或进水角中较小值对应复 Kf4.907 >0.15 3.900 >0.15 1.762 >0.15 满足要求 满足要求 满足要求 1.193 >0.2 0.461 >0.2 0.048 >0.2 满足要求 满足要求 满足要求 20.1 10.00>20 满足要求 不满足要求 不满足要求 32.708 >1.0 6.637 >1.0 -0.007 >1.0 满足要求 满足要求 不满足要求 导致倾覆。 砂船稳性是一个不容忽视的问题。从该船倾覆来看,影 响砂船稳性的不利因素包括重心偏高,进水角偏小及自由液 面的不良影响。要预防这类事故的再次发生,可从结构和布 置等方面采取措施。 结构方面可设置水密纵舱壁,并且纵舱壁间距要尽量小, 通过探讨和计算,两种进水状态在自由液面影响下,初 稳性高度都有不同程度的减小,但都能满足法规要求值。这 是由于该船本身初稳性富余量较大,舱内的低位积水使整船 重心进一步降低,保证了必要的初稳性高度。图 3(a)状态 最大复原力臂对应的横倾角不足 10,远远低于法规要求 值。这种情况下,该船可能在稍大的倾斜角度下(大于 10), 失去回复到平衡状态的能力,进一步倾斜直至倾覆。图 状态不仅最大复原力臂对应横倾角不满足要求,而且在稳性衡准数这一关键的稳性指标 Kf 上小于 1,表示该船失去了在 最危险情况下抵抗外力矩的能力,一旦风浪力矩大于最大回 复力矩,该船必将倾覆。 三、结论 以减小自由液面的宽度。在满足强度及使用的情况下,尽量 降低实肋板高度,以减小船舶的重心高度。 布置方面可适当增 大货舱围板和甲板室门槛高度,对甲 板室开口实行严格的水密措施,以增大进水角。可在砂舱适 当位置设高液位报警装置,当高液位报警时,专用排水装置 自动启动,减小舱内积水,从而减小自由液面影响。 参考文献 6.15撞桥事故反思自卸砂船的设计、 管理与监督[J].中国水运(下半月刊),2009,(09). 邝永顺,黄文清,谢卓廷.内河自卸砂船稳性状况分析[J].中国水运,2010,(04). 中华人民共和国海事局.国内航行海船法定检验技术规则[M].北京:人民交通出版社,2011.

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