基于稳性衡准系统(V4.2)的内河自卸砂船安全装载分析

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摘 要：本文在稳性衡准系统（v4.2）中对一艘珠江水系典型内河自卸砂船建模，分析货物装载不当对稳性的影响，提出自卸砂船装载注意事项。

关键词：稳性衡准系统 自卸砂船 装载 稳性

1.前言

近年来，中国房地产行业的爆发式增长造就了河砂的巨大市场，自卸砂船应运而生。顾名思义，自卸砂船系指在货舱内装载砂石等散装颗粒状货物并在船上设有货物输送装置的船舶。相比传统的散货船，自卸砂船具备卸货灵活、卸货效率高的优势。但自卸砂船的货舱为V型，载货后货物重心较高，初稳性和大倾角稳性均较传统散货船差，再加上河砂含水率通常较高，如果排水不及时，不仅会产生较大自由液面，且容易出现先超载再排水的情况，因此自卸砂船的安全装载显得尤为重要。

稳性衡准系统（V4.2）是CCS武汉规范研究所开发的船舶静水力及稳性计算软件，船舶稳性面积（即动稳性力臂）是船舶完整稳性的重要参考值，稳性面积越大表示船舶大倾角稳性越好。笔者选取珠江水系某常规内河自卸砂船（以下简称模型船）在稳性衡准系统中建模，通过改变货物位置、自由液面等计算要素，得出错误装载状态下船舶满载出港的稳性面积等参数，并与正常装载状态进行对比，揭示装载不当对船舶稳性的影响。

2.装载不均对稳性的影响

2. 1纵向装载不均

纵向装载不均对船舶稳性面积的影响主要体现在降低了进水角导致稳性面积损失，如下图所示（β为纵向装载不均时的进水角，α为正确装载时的进水角，蓝色阴影部分为损失的稳性面积）。

自卸砂船货舱围板较高，进水位置通常位于机舱门槛或自卸砂带出口位置，尤以机舱门槛居多，两者均靠近船体两端，纵向浮态对该位置的进水角影响较大。模型船满载出港的进水位置位于机舱门槛。笔者在系统中将货物纵向位置向后移动一个肋位（500mm）后，进水角由13.34°变为12.56°，导致稳性面积由0.0738（rad.m）变为0.0661（rad.m），稳性面积损失了10%，已接近法规要求最小值。计算结果说明货物纵向装载不当对船舶完整稳性存在较大影响。

2.2横向装载不均

横向装载不均对完整稳性的影响主要体现在船舶有一个初始横倾角θ，船舶复原力臂变小，导致稳性面积变小，如下图所示（红色为正确装载时复原力臂曲线，蓝色为横倾时的复原力臂曲线，蓝色阴影部分为损失的稳性面积）：

假设模型船装载时，货物向右舷装偏5厘米，复原力臂变小导致稳性面积由0.0738（rad.m）变为0.0648（rad.m），稳性面积损失了12%，已接近法规要求最小值。计算结果说明货物横向装载不当对船舶完整稳性存在极大影响。

3.货物堆高、散货滑移对稳性的影响

不按严格按要求装载导致货物重心超过稳性计算书中货物重心的工况时有发生，此时整船重心变高，过高的重心既降低了初稳性高，也减小了复原力臂，导致稳性面积损失。

散货滑移则增加了船舶横倾时的倾覆力臂，相当于减小了船舶自身的复原力矩。

二者对稳性的影响如下图所示（蓝色阴影部分为损失的稳性面积）：

假设模型船装载密度较轻的颗粒状货物，密度由原设计的1.4t/m3变为1.3t/m3，则货物重心上升0.405m，复原力臂变小导致稳性面积由0.0738（rad.m）变为0.0642（rad.m），稳性面积损失了13%。且此时最大复原力臂对应角已小于15°，不满足法规对航行A级航区船舶的要求。计算结果说明货物重心过高对船舶完整稳性存在极大影响。

假设模型船不考虑散货滑移对稳性的影响，则稳性面积由0.0738（rad.m）变为0.0808（rad.m），稳性面积增加了9%，改善了稳性。计算结果说明散货滑移对船舶完整稳性存在较大影响。

4.砂槽积水对稳性的影响

由于湿砂含水率较高，砂槽通常有积水。根据海船检〔2012〕720号文对内河自卸砂船的补充要求，模型船考虑砂槽的自由液面后，稳性面积由0.0738（rad.m）变为0.0728（rad.m），稳性面积减少了1.4%。计算结果说明砂槽积水对船舶完整稳性存在一定影响。

部分自卸砂船装载时由于排水泵排量太小无法在装载过程中及时将水排出，船东会超载后再抽水。以模型船为例，假定超载60t，此时稳性面积由0.0738（rad.m）变为0.0625（rad. m），减小了15%，稳性已不满足法规要求。超载状态是十分危险的。

5.安全装载要点

（1）为避免纵向装载不均，船舶开航前船员应检查船舶首尾吃水，尽量与稳性计算书一致。为避免横向装载不均，船舶开航前应检查船舶左右两舷载重线标志处的实际干舷，尽量保证左右舷干舷相同。

（2）为避免货物重心过高，船员在船舶开航前应检查货物的堆高不超过设计最大堆高。活动式货物输送装置应有效固定于重心最低的位置，在航行时禁止抬升，以降低整船重心。

（3）尽可能平舱，以减少楔形部分散货，进而减少散货滑移对稳性的负面影响。

（4）船长开航前应检查砂舱舱底水高位报警系统是否处于正常状态。

（5）根据货舱排水系统的设置情况，并考虑现场装砂时的装载速率和砂石含水率，采取措施（如增设移动式潜水泵）增大货舱排水能力以及时排出舱底水。如实在抽水不及时，应当暂停装卸，待排出舱底水后再继续装载。

参考文献：

[1]2011内河船舶法定检验技术规则[S].北京：人民交通出版社，2011年8月，第一版.

[2]内河新建自卸砂船补充要求[S].海船检〔2012〕720号.