书城自然科学碧波使者:航海设备与舰只
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第6章 船舶初体验(2)

(2)工作船。工作船是指为航行船舶提供服务性或专业性工作的专用船舶。主要有:拖船、供应船、破冰船、海难救助船、消防船、科学考察船等。但为最大限度地发挥工作船的作用与提高经济效益,多用途工作船业已得到了迅猛发展。

在上述船舶中,破冰船较为特殊,其船首呈前倾状并予以特别加强,首尾的左右两舷均设置有大的压载舱。破冰时使船首先冲上冰层,再将尾部压载水打到首压载舱,靠重力或船身左右晃动将冰压碎。

液化石油气船

§§§第二节近距零透视船舶结构

全船构造总览

船体结构的形式取决于船舶的类型。总体上说,钢质船舶的全船结构可分为主船体和上层建筑两大部分。主船体部分包括首部、中部和尾部;上层建筑部分包括首楼、桥楼、尾楼。

船首部和尾部的舱室比较尖瘦,一般用作压载水舱和锚链舱、舵机舱等。中部舱容大,用作货舱。机舱通常布置在中部以后,整个船体是被外板、连续的上甲板包围起来的水密结构,船内又被分隔成各种用途的舱室。

1.船体型钢

船舶在海上航行要承受海浪、载重等巨大的力的作用,船舶结构必须要有足够的强度。现代船舶建造广泛采用各种型钢。采用型钢来造船,能以较小的尺寸获得较大的结构强度,从而减少钢材用量,节约船舶建造成本,降低船体自重,增加载运量。

船舶常用型钢有平直钢、组合T型材、球扁钢、折边钢、角钢、扁钢、弯曲板、槽钢、T型钢、工字钢、圆钢、半圆钢等。

船体钢材可以由钢材生产工厂进行轧制,如球扁钢、槽钢、圆钢等,然后直接供应造船工厂;也可以根据需要,由造船工厂自行制造,如T型材和组合型材等。

2.船体骨架结构形式

为提高船舶的结构强度,尽可能地减少钢材用量,船壳外板或承载压力钢板的内侧焊接上横纵交错钢骨架。由钢板和骨架构成的结构称为板架结构。板架结构中同一方向数量多的构件称为主向梁,垂直主向梁的构件称为交叉梁。一般情况下,交叉构件的尺寸都要比主向梁的尺寸大,所以也称主向梁为次要构件,交叉构件为主要构件。

船体板架中,骨材一般沿着船长和船宽方向布置,形成纵横交错的方格。船的壳体是由许多板架结构组合起来的。船体是由钢板包裹,内部有骨架支撑的刚性空腔,巨大的空腔可以排开大量的水,获得巨大的浮力。空腔内部的空间又为货物的装载提供了必要的空间。

船体的板架结构,按主向梁布置的方向可分为三种形式。

(1)横骨架式。主向梁沿船宽方向布置,由主向梁和交叉构件所形成方格的短边指向两舷。这种骨架形式横向构件布置得较密、间距小,而纵向构件间距大。这种形式的骨架横向强度较好,施工方便,一般应用于对横向强度要求较高的小型船舶、内河船舶和一些大型船舶的首尾段。但在同样受力条件下外板和甲板的厚度比纵骨架式大,结构重量也大。

(2)纵骨架式。主向梁沿船长方向布置,由主向梁和交叉构件所形成的方格的短边指向首尾。这种骨架形式纵向构件布置得较密、间距小,而横向骨架间距大。这种形式的骨架纵向强度较好,增加了船体的总纵强度,提高了板对总纵弯曲压缩的稳定性,可相应减少板厚,减轻结构重量,但施工麻烦。一般在船舶的中部采用纵骨架式。

(3)混合骨架式船上的结构有的部分采用横骨架式,有的部分采用纵骨架式,能够综合横、纵骨架式的优点。

3.船体构件名称

船体结构中每个加工单元就称为一个构件,每个构件都有一定的名称。这里只简单地介绍一些常见构件的名称。船体板架中大的构件,一般纵向的叫“桁”,如甲板纵桁、舷侧纵桁、双层底船的船底纵桁,但单底船则称为“龙骨”;横向的叫“梁”,如甲板梁、强横梁。小的构件,纵向的一般叫“纵骨”,如船底纵骨、舷侧纵骨、甲板纵骨等;横向的叫“肋骨”,主要指舷侧,稍大些的构件叫“强肋骨”。

主船体结构浅析

主船体是由船舶外板和连续的上甲板包围起来的水密空心结构。在船舶结构力学中,一般把主船体抽象成一个空心的薄壁梁。

1.船体外板

为了保证船舶能够在水上漂浮,船体的表面覆有一层水密的外板。外板保证船体水密,使船舶具有漂浮及运载能力,它与船底骨架及舷侧骨架一起共同保证船体的强度和刚度。

船体外板由许多块钢板拼合焊接而成。钢板长边通常沿船长方向布置,形成船长方向的一长列,称为列板。

2.船底结构

船舶的外板能够保证船舶的水密性,但是为了保证船舶的结构强度,只有外板还是远远不够的,还需要内部强有力的骨架。

船底是船舶的基础,它是保证船体总强度的重要组成部分。在结构力学中将船体视为一空心薄壁梁,船底是这一薄壁梁的底面,承受了巨大的弯矩。同时,船底直接承受水的压力、各种机械设备、货物、主辅机的重量,以及螺旋桨的振动和装卸货物的冲击力。当船舶搁浅或坐墩时,船底承受了全船的质量。

3.舷侧结构

舷侧结构是连接船底和甲板的侧壁,它直接受到舷外水压力、碰撞力、波浪冲击力、冰块向冲击力和挤压力等作用。

一般船舶的舷侧只有一层外板,即单层壳舷侧,但具有纵通长大舱口的船舶,例如集装箱船和内河分节驳、深舱驳等,常采用双层壳结构,也称双层舷侧结构。

舷侧结构也分为纵骨架式和横骨架式两种结构形式。在民用船舶中,除油船及大型运输船舶外,大多采用横骨架式。

4.甲板结构

为了充分利用船体内部空间,用甲板将船体上下部分分隔。上甲板保证船体顶部的水密性及遮蔽下面的空间,它构成船体等直梁的上翼板,是保证船体总强度的重要构件之一;下层甲板起着舱室地板的作用,装载着各种货物和设备,或布置指战员、船员,旅客居住与工作房间。甲板结构也分为横骨架式和纵骨架式两种。

5.舱壁结构

船上有许多横向和纵向布置的舱壁,它们将船体内部空间分隔成若干用途不同的舱室。同时,舱壁也是保证船舶安全不可缺少的部分。根据船舶抗沉性要求设置水密舱壁,将船体分隔成若干个水密舱室,一旦发生海损事故,船舶不致因破舱进水而沉没。横舱壁对保证船体横向强度和刚性有很大作用,这对纵骨架式的船舶尤为重要。较长的纵向舱壁能增加船的总纵强度,液舱或水舱用纵舱壁分隔,还可以限制液体摇荡,减少自由液面对船舶稳性的不利影响。舱壁也有防火、防毒气蔓延的作用。同时,用于控制船舶方向的舵浸入水中面积小,难以控制航向。因此,为了航行安全,要在船舶的某些舱内(压载舱)压入海水或在货舱内装载特殊重物来增加排水量,以稳定船舶,有利于航行,这就是所谓的压载航行了。

各有千秋的船体结构

从目前航运市场的实际情况看,油类、集装箱及散装货物的运输无疑是海上货流的主体,也因此带动了主流船型的飞速发展。本节将就油船、集装箱船、散装货船及矿砂船这些专用船的船体结构特点结合规范规定作一简要介绍。

1.油船

从油船的船体结构角度分,可将油船分为双壳油船和单壳油船两种。这里仅介绍双壳油船。

双壳油船指具有双层底、双壳、机舱位于尾部,并从事原油或石油产品运输的专用船。其特殊结构特点主要表现在以下几方面:

(1)货油舱的布置。

①货油舱由双层底、双壳、隔离空舱和甲板围成,双层底及双壳内不允许装货油和燃油。

②货油舱区域的甲板、船底和内底均为纵骨架式,且当船长大于190米时,舷侧、内壳和纵舱壁一般也为纵骨架式结构。

③为便于与机炉舱、干货舱及居住舱室等隔离,在货油舱区前后两端设有隔离空舱。隔离空舱可遮隔全部货油舱端部舱壁面积,且其舱壁间的距离不小于760毫米。泵舱、压载舱、燃油舱可兼作隔离空舱。

④与货油舱相邻的舱室,包括穿过或邻接货油舱的通道和管隧,其出入口均直通至露天甲板。

(2)双层底。

①为保证双层底的完整性,货油舱的舱底(内底板)上无入孔(机舱内双层底相同),进入双层底的出入口直通至露天甲板。

②箱形中桁材或管隧与机舱隔离,并具有在水平方向上相距最大距离的通向开敞甲板至少两个出口。

(3)舱壁。

①舱壁的型式主要有:平面油密横舱壁与纵舱型、槽型油密横舱型与纵舱壁及非油密舱壁和制荡舱壁等。

②槽形油密纵、横舱壁一般设有底凳和顶凳。船长为190米及以上的油船一般不采用槽形纵舱壁。

③横向非油密舱壁或制荡舱壁的开孔面积不小于舱壁总面积的10%,且设有不小于600毫米×800毫米的通道开口。

(4)货油舱舱口。

①同一货油舱当由一个或几个制荡舱壁(或非油密舱壁)隔开时,至少设有两个相互远离的舱口,并不在同一肋距内。

②舱口的形状为圆形或椭圆形,其中椭圆形舱口的长轴沿船长方向布置。

③舱口的尺寸和位置是在考虑对油舱进行维护保养及考虑到穿戴呼吸器具人员的出入和失去知觉的受伤人员(可能在担架上)从油舱撤出的基础上确定。基本原则是在满足合理的通道和通风要求的条件下保持最小尺寸。

④舱口围板的高度不小于600毫米厚度不小于10毫米,盖板的厚度不小于12毫米。

⑤舱盖上具有直径不小于150毫米且能保证油密的测量孔与观察孔。

⑥舱口设有至舱底的钢质固定扶梯,扶梯的倾斜度不大于70°且在实际长度大于9米时设有休息平台。

2.集装箱船

集装箱船是指在货舱内和甲板上载运标准集装箱的船舶。其特殊结构特点体现在以下几个方面。

(1)船体的基本结构形式为双层底和双层壳舷侧结构,且在双层壳舷侧的顶部设置有抗扭箱结构,或在保证船体结构强度的前提下,采用双层底和具有抗扭箱或其他等效结构的单层壳舷侧结构代替。

(2)舷侧顶部采用纵骨架式结构,且在船长大于100米时,其双层底内也采用纵骨架式结构。

(3)货舱区域内的强力甲板为纵骨架式结构,且在货舱区域内的强力甲板构件尺寸保持不变。

(4)在单层壳舷侧采用纵骨架式结构时,其强肋骨、双层底内的实肋板和抗扭箱的横框架布置在同一剖面上并最终构成整体框架,以保证船舶的横向强度。

(5)在舱内集装箱角座下方的双层底内设置有旁桁材。且在纵骨架式双层底内的横舱壁下面及在舱长中点处和距横舱壁1/4舱长处的支持结构下面均设置有实肋板。

(6)水密横舱壁的顶部和底部一般设置为箱形结构。

3.散装货船

散装货船指机舱在尾部、货舱区域设有底边舱(下边舱)和顶边舱(上边舱)、且开口线外强力甲板和双层底为纵骨架式的单甲板船。有单壳与双壳结构两种,这类船舶的特殊结构特点主要有:

(1)纵骨架式底边舱在货舱水密舱壁处设置有水密隔壁或制荡舱壁。

(2)顶边舱在货舱的水密舱壁处设置有水密隔壁或制荡舱壁。

(3)舱口垂向列板及顶边舱斜板的顶列板厚度不小于开口线外甲板厚度的60%。

(4)船长190米及以上的单壳散装货船在货舱区的主肋骨与其上、下肘板为整体式结构,且为对称横剖面。

(5)横舱壁的上、下部通常设有顶登及底登。

4.矿砂船

矿砂船指专门设计用于装载矿砂的船舶。为具有双层底及设有两道纵舱壁的尾机型单甲板船,其特殊结构特点有:

(1)货舱区域的船底和货舱开口线外的强力甲板均为纵骨架式结构。

(2)为保证横向强度,边舱内的水密横舱壁与中舱内的水密横舱壁位置一致。

(3)在内底板与纵舱壁折角处的双层底内设有旁桁材。

(4)边舱内在纵舱壁的折角处设有开孔的水平隔板或水平框架,以保证纵舱型的横向抗压能力。

(5)其双层底的结构采用重货加强的结构形式,即满足实肋板间距不大于2.5米、桁材间距不大于3.6米等要求。

(6)纵舱壁的最下列斜壁板厚度与内底板等厚,并向上逐渐减薄。