海洋工程船舶建造过程中的重量重心控制
沈亮
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沈亮,. 海洋工程船舶建造过程中的重量重心控制[J]. 中国海洋学报,2023.4. DOI:10.12721/ccn.2023.157033.
摘要:
海洋平台从基本设计到海上安装完成,各个阶段都要对现阶段设计重量重心进行严格统计和控制,海洋平台重量重心控制是设计及建造方项目管理的重要内容之一。通过控制重量重心报告,可以将有关重量重心的重大问题前移,在生产前进行消化,有效避免重大设计缺陷以及可能出现的不可挽回的损失,产生显著的经济效应。
关键词: 海洋工程;船舶建造;重量重心控制;分析探讨
DOI:10.12721/ccn.2023.157033
基金资助:

1船舶重量重心控制的重要意义

1.1船舶重量控制的意义

一般来说,船舶重量控制主要是指控制船舶的空船重量,尽量减轻空船重量。在设计和建造过程中船舶重量的合理控制或者空船重量的降低,是船舶设计建造成功的关键。

(1)保证所需的可变载荷。根据船舶的重量构成,在船舶的最大设计重量确定以后,从理论而言,空船重量越小,可变载荷就越大。所以只有当空船重量控制在设计范围内,才能得到所需的可变载荷。

(2)对于自升式钻井船舶,空船重量决定了抬升机构的负荷能力和桩腿的设计强度。如果空船重量过重,超出了抬升机构的负荷能力,船舶就无法被抬升出水面,进入工作状态。桩腿的设计强度也要根据空船重量来确定,因为空船重量是桩腿承受的主要重量。对于半潜式船舶,空船重量决定了船舶在各种工况下的吃水及工作状态时是否能维持必需的气隙。而对于张力腿船舶,上部模块的重量决定了船体和张力腿的设计。

(3)较轻的空船重量,可以减少抬船机构提升的负荷和船舶对海床土壤的负载,有利于实现抬船机构优化设计及船体和桩腿的优化设计,从而降低建造成本。

(4)空船重量控制得好,可减少船厂为解决空船重量超标而可能花费的更多时间和费用。

(5)较轻的空船重量,可以减少船舶的运输成本。如吃水比较浅,可以自行拖航至水深较浅的区域;干拖时,成本也相对较小。

(6)但是,自升式船舶重量也不能一味地减少。船舶空船重量是船舶抵抗环境倾覆力矩的回复力矩的主要来源。如果船舶重量过轻,提供不了所需的回复力矩,船舶就会面临着倾覆的危险。

1.2船舶重心控制的意义

通常情况下,大家都把重点关注在船舶的重量控制上,而对重心的控制相对关心不多。一般认为,重心位置只能影响到船舶在漂浮状态时的稳性,但事实是重心的位置也决定了船舶尤其是自升式船舶的工作性能。

(1)自升式船舶重心的纵向位置决定了船舶的桩腿承载力的均衡性。船舶的3条桩腿分担了船舶工作时的全部重量,如果船舶纵向位置偏离中心,则3条腿受力不均衡。若重心太偏后,当悬臂梁式船舶工作时,由于悬臂梁的重心也往后移,再加上钻井时的各种钻井载荷,则船舶的重量大部分就由后面2条桩腿承担,前面的桩腿承载力较小。这种情况会影响到2条后桩腿的强度和受到正面环境载荷时的抗倾覆站立稳性。如果重心太靠前,前桩腿的承载力就有可能超出设计强度范围。前桩腿的承载力增加幅度是后桩腿的2倍。

(2)自升式船舶重心的纵向位置还会影响到船舶的预压载水量。船舶的预压载就是模拟船舶对抗风暴状态时桩腿和桩靴所承受到的负载力。它通过往预压载舱里注入压载水,使与桩靴接触的海床预先达到受风暴状态时的承载力。如果船舶的重心距中心偏离太大,桩靴的不平衡承载力就越大,就需要比承受平衡承载力时更多的压载水来进行预压载。在船舶有限的空间里,不可能有随意的空间来布置预压载舱。

(3)不管是在拖航状态还是站立状态时,如果平台的重心横向位置和纵向位置偏离中心时,需要额外的配载来调整船舶的重心位置,相对减少了船舶的可变载荷。船舶重心的垂向位置,决定了船舶的完整稳性和破舱稳性。因此,必须将船舶的空船重量、重心控制在设计范围内,才能保证建造的船舶满足使用要求。

2船舶重量重心控制的措施

2.1全员重视,成立专项控制小组

海洋工程船舶在建造过程中的空船重量重心控制,涉及到参与船舶建造工作的所有各方,只有各方都给予充分的重视和关注,重量重心才有可能控制在合理的区间内。为保证各方都能给予重视,在建造过程中给予更大的关注,应成立一个专门的重量重心控制小组,设置组织结构图,确定各方的负责人,明确各方的责任和义务。例如:详细设计单位提出空船重量重心的控制目标,在建造过程中定期根据建造船厂反馈的信息进行重量重心的核算,对全船稳性、装载能力等进行校核,提出下一步控制方向和要求。建造船厂则严格按照设计图纸和工艺进行施工,细化全船设备、材料重量重心明细表,并对现场进行的修改及时反馈信息等。业主或监理方则负责监督重量重心控制的执行以及协调各方之间的矛盾。另外,参与重量重心控制的人员必须具有相关的经验和极强的责任心。这是由于重量重心控制涉及到对各专业的全局性调配和整体性把握,以及该负责人必须有权利或措施推动设计或建造的优化。

2.2设计修改要给予评估

在船舶建造过程中,设计修改是导致船舶重量重心变化的主要因素。只有对影响到重量重心变化的设计修改进行评估,确定对全船重量重心的影响程度,才能有效地控制全船重量重心。通过评估确定该设计修改方案对全船重量重心造成的影响程度,根据影响程度反过来再评价该修改方案是否合理以及决定是否实施。由于船级社提出设计审图和修改意见在建造过程中是必须要去执行的,属于不可控因素,但在重量重心控制过程中也要给予评估,保证记录在案。

2.3做好材料/设备的称重

由于钢板存在公差、焊接等因素的影响,钢结构、管系制作并预安装完毕后的实际重量与设计重量都有一定的偏差。因此在分段上船台合拢时,要安排专人负责记录每个分段的重量。设备的实际重量与理论重量往往也存在偏差,而且大多是正公差,对设备应进行称重,确认重量和重心。ISO标准对于称重的方法和程序做了详细的说明,例如,大于1t的设备都要进行称重,而大于10t的设备要进行电子称重,每个设备的称重最少3次。通过称重可以精确地得到所使用材料、设备的实际重量,目的在于与生产设计提供的重量进行对比,以便及时堂握重量和重心的变化,更精确地预测空船重量重心,以便更早地采取措施进行重量重心的控制。

2.4定期编制重量重心控制报告

定期编制重量重心控制报告是控制重量重心最有效的措施和方法,是使所有参与人员了解重量重心控制信息的一个途径,也是加强各方对重量重心控制重视度的一条强力纽带。在重量重心控制报告中,需要用直观的文字和图表描述全船重量重心的分布、材料/设备重量重心分解明细、控制目标、目前状态、变化趋势、变化原因以及下一步的控制措施等等。另外,设计状态下给出的设备重量,可以作为设备采购评标的一个重要因素。建造过程中的重量重心控制报告,应从确定建造船厂后就进行编制,直到船舶建造完成。根据项目的具体情况,可以每个月定期编制一份重量重心控制报告。

3结语

综上所述,海洋平台重量重心控制对于平台设计及施工有着重要的指导意义,平台结构设计报告,吊装、装船方案编制、海上运输固定形式等与重量重心控制报告紧密联系。所以项目组各方要严格把控,及时沟通,确保重量重心控制报告与设计方案、建造实际同步更新,确保最终建造完成的重量与设计之初的重量相一致。

参考文献

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