400吨级航标布设船吊机改造方案探析

朱志红

摘要:海事系统现有的400t级定型航标布设船大多建于20世纪80年代,功能定位为起吊和布设2.5t、直径1.8m浮标。随着港口经济的快速发展和进出港船舶的日渐大型化,港口航道和水深也在不断增大,8t、直径2.4m的中型浮标已成为沿海各航标处的主力型航标,而现有的400t级航标布设船因船型与技术设施落后,无法满足该型浮标的作业要求。本文结合某航标处实际,就400t级航标布设船吊机改造方案进行了探讨,为各兄弟单位升级改造现有航标船、缓解当前用船紧张局面提供了借鉴。
关键词:航标船 吊机 改造 改装
0 项目背景
某航标处400t级航标布设船因船龄较长、吊机故障无法使用等原因于2008年1月至2012年4月搁置保养,其余3艘船舶均没有起吊能力。鉴于新造船舶项目短期内难以实现,为缓解捉襟见肘的用船紧张局面,某航标处经申报审批于2013年对该船进行吊机技术改造,改造目标是满足起吊和布设直径2.4m浮标的作业要求。经过4年的使用,该船达到改造预期目标,成为某航标处的主力作业船。
1 改造设计方案
1.1 将原迴转式起重机更换为经济实用型的吊杆装置
受甲板作业面积限制,吊机采用复式滑车组的轻型吊杆典型装置,此装置适用于起货量10t左右的吊货杆。具体安装如下:起吊作业区设置在36#~59#甲板面上,在36#处设置一高度9m,Φ402×12cm起重柱,配Φ273×8cm长10.5m的吊杆、8t吊重绞车一台、8t变幅绞车一台、3t横移绞车左右各一台,满足起重10t、舷外跨2m、横向力臂7.06m的浮标要求。起吊控制台设在起重柱下,主甲板上留有三个直径2.4m浮标(包括锚链及沉块)的位置,正常出航可装载两只浮标,留有一个位置用来放置起吊后的浮标。
1.2 主甲板两舷增加浮体结构
在船体两侧满载水线至主甲板位置各增加一个舷侧附体,按《钢质海船建造规范》(2006)进行设计,长33m,宽1.25m,深1.25m,壳板δ=8,甲板板δ=8,内隔板δ=6,内结构L75×50×6 角钢,浮体总重量约18t,并与原船焊接,以此增大储备浮力、初稳性和甲板作业面积,使甲板作业面能同时放置三座直径2.4m灯浮标。
1.3 舱室布置
原船舱底33~41#甲板下为船员舱,现改装为绞车设备间,安装8t起货绞车、8t千斤索绞车和3t稳索绞车,绞车钢丝绳从船中穿过上甲板时用升高套管密封。其余舱室、船体构件、机电设备等基本没有改变。
2 改造性能评估
2.1 船体结构评估
根据CCS颁布的现行《国内航行海船建造规范》(2006)计算船体结构构件尺寸,根据计算结果经比对外板测厚数据和现有可查看到的资料,该船现存船体结构情况尚可,基本能够满足现行规范要求的结构构件局部强度要求。另外本船改造时已更换船体主甲板、一层甲板,并对船体外板进行修补,对于锈蚀严重的其它部位,也已更换新板,使本船总纵强度满足规范要求。
2.2 起吊设备评估
2.2.1 吊杆强度校核
吊杆按CCS《船舶与海上设施起重设备规范》(2007)2.3.1校核,吊杆长KL=9m,选用φ273x8无缝管,壁厚外径比:8/273=1/34.12<1/30,φ273x8剖面惯性矩Jo=5851.71cm4,惯性半径r=93.7mm,细长比λ= KL/r= 9000/93.7=96.05<150,构件轴向压力 P= mEJ0/ nL2×10-5 kN。式中: m-系数,查表3.3(b) m=10,E-钢材弹模量2.06×105Mpa,L-吊杆长度L=9m,n-安全系数n=5,J0-惯性矩J0=5851.71cm4,算得P=10×2.06×105×5851.71/(5×9×9×105)=297.6kN=29.76t,前述计算实用轴压力Q=17.60t<构件轴向压力P=29.76t,满足规范要求。
2.2.2 起重柱强度校核
起重柱按CCS《船舶与海上设施起重设备规范》(2007)2.4.8校核,顶桅选用φ450X16 无缝管,桅伸出顶甲板1.4m,伸出部分受力最大, φ450X16剖面积s=218.15cm2, 惯性矩J0=51432.65cm4, 剖面模数2285.9cm3.计算得出:
(1)最大弯矩加上偏心压力得Mb=10.07×1.4+11.83×0.5=21.413t· m,弯曲应力σb=214130/2285.9=93.67MPa;
(2)压缩应力σc= 1183/218.15=5.42MPa;
(3)扭矩引起剪应力τ=9.59×0.5×104/2/2285.9=10.49MPa。
按规范2.4.8,σt=[(σb+σc)2+3τ2]1/2=[(93.67+5.42)2+3x(10.49)2]1/2=100.74MPa,材料为Q235,查表得n=2,许用应力[σt]= 235/2=117.5>100.74(MPa),满足规范要求。
2.3 稳性评估
由于起吊重量10t,舷外跨2m,距中7m,吊重倾侧力矩M=56t·m,按现有船舶初稳性h=0.918m,排水量W=396+8=404t,起吊橫倾角tg= M/Wh=56/404/0.918=0.151,=8.6°。参照起重船的要求,在吊重时船舶局限静倾角不超过3°,所以必须增加舷侧浮体,浮体长33m,宽1.25m,深1.25m,水线面惯性矩增加 △Ix=1455m4,改装后排水量增加26t,初稳性增加△h=△Ix/W =1455/430=3.38m,初稳性达到h=0.918+3.38=4.3m,横倾角tg=56/430/4.3=0.0303,=1.73°,大幅提高了船舶水线以上的储备浮力、初稳性和大倾角稳性,而且横倾角基本都在18°左右,作业时吊重10.2t,横倾力臂7.06 m时各种装载情况下船舶横倾角最大3.1°,满足起重船极限静倾角小于5 度的要求。
2.4 电力负荷评估
海标1508船现有两台发电机组,单机功率64Kw,有并车功能。按新增设备功率进行计算,考虑5%电网损失时所需总功率78Kw,小于并机总功率128 Kw,发电机负载率仅有56.52%,所有的电机同时工作,对船舶电站容量也不会有影响。
2.5 机电设备工况评估
该船改造前配有6名船员负责日常的设备检修及维护管理,每月至少离岸航行2次,每次不低于1小时,主辅机等机电设备均能正常运转。改造过程中对主机、副机、轴系、舵系、管系、锚系、电气设备、通导设备等进行全面检修,对不合要求的设备将进行了维修或更换。改造后已安全服役4年,目前船龄32年,超出最低服役年限7年。该船每年进厂维修,定期邀请CCS检验,确保全船机电设备工况良好,满足相关规范要求。
2.6 改造后使用情况
该船于2013年6月完工出厂,经过4年多的使用,基本满足日常业务需要,每年作业航标150余座,有效缓解了用船紧张局面。由于加装舷侧附体后,增加了摩擦阻力和形状阻力,船舶航速减少约1.5kn。轻型吊杆装置有4条钢丝绳,甲板作业人员需加强安全防范意识,避免发生意外。另外,由于船宽加大后船舶初稳性的提高,船舶自摇及横摇周期将缩短,对舒适性有一定影响。
3 结束语
目前,我国沿海各航标处普遍存在着航标数量急剧增加、航标船配置不足的供需矛盾,由于海事系统体制因素限制,建造航标船从申请立项到交付使用最快也需4~5年时间,短期内配置新船的可能性较小。通过升级改造现有的航标船,可以大幅提升船舶的技术性能,满足日益增长的业务需求,有效缓解当前的用船紧张局面,促进航标事业的科学发展。
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