液化镍矿砂晃荡与船舶运动的耦合影响

发布时间：2019-07-11 17:43

【摘要】：为研究矿砂运输船上货物的液化流动机理及该类型船的倾覆机理,以某镍矿砂运输船为研究对象,对液化镍矿砂晃荡与船舶运动的耦合影响进行研究。对均舱装载下船模的运动响应进行试验研究后发现,液化镍矿砂的晃荡移动会引发货物偏载和航舶横倾累积,最终导致船舶倾覆沉没;而通过添加纵舱壁可以避免这一现象发生。液化镍矿砂会对船舶运动响应产生类似"减摇水舱"的耦合影响。作为比较,对隔舱装载工况进行试验研究,发现在隔舱装载工况中没有明显的货物偏载和船舶横倾现象。该试验说明,隔舱装载会大大减小横摇运动幅值及因偏载产生的横倾角,加大船舶进水角裕度,有利于船舶在海上安全航行。
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图片说明：该研究，为镍矿砂船舶倾覆机理研究及其安全运输提供技术参考。1研究对象研究对象原型全长189．99m，船宽32．26m，型深18m，载重量57500t。试验船模的缩尺比为1∶45。船模由玻璃钢船壳、5个有机玻璃货舱模型及甲板盖板等组成。要求试验船模能够在货舱中装载一定量的镍矿砂，货舱模型基本满足型线要求，且能够完整地放进或取出于玻璃钢船模(见图1)。图1玻璃钢船模镍矿砂属于大密度货物，在海洋运输过程中即使是少量的移动也会对船舶产生较大的力和力矩。根据摇摆台试验研究，结合相关文献［3，8，9］，选取含水量为35%的镍矿砂作为货物。液化后的镍矿砂会析出部分水形成自由液面，表层还会形成一定厚度的泥浆层，底层没有液化的镍矿砂堆积成类似“山丘”形状。上层呈现流态化的泥浆层，是发生货物晃荡移动的主要内因。2镍矿砂晃荡与船舶运动耦合的影响2．1五舱均舱装载下的耦合运动分析试验借助上海船舶运输科学研究所航运技术与安全国家重点实验室风浪流水池，分别对装载液化前/后镍矿砂货物的船模进行横浪规则波下的运动响应研究。镍矿砂属于比重较大的货物，在满载吃水、均舱装载时，船舶重心高度较低(VCG为7．06m)，具有较大的初稳心高度(GM值为6．35m)。2．1．1货物晃荡对船舶浮态的影响试验中观测到，在装载未液化镍矿砂的工况下，几乎没有发生货物移动，船模基本不会发生偏载，静置后不会产生横倾。镍矿砂液化后，液化的镍矿砂泥浆随船模运动而发生明显移动。在波浪中运动一定时间后，船模会因货物的晃荡而引发偏载累积，并逐渐产生横倾(图2中，船模在波浪中运动约15min后，偏载引发的横倾从5．8°加剧到11．4°)。当波浪周期在船模横摇固有周期附近时，船模摇摆运动加剧，由于货物偏载引发的横倾变得十分
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图片说明：国家重点实验室风浪流水池，分别对装载液化前/后镍矿砂货物的船模进行横浪规则波下的运动响应研究。镍矿砂属于比重较大的货物，在满载吃水、均舱装载时，船舶重心高度较低(VCG为7．06m)，具有较大的初稳心高度(GM值为6．35m)。2．1．1货物晃荡对船舶浮态的影响试验中观测到，在装载未液化镍矿砂的工况下，几乎没有发生货物移动，船模基本不会发生偏载，静置后不会产生横倾。镍矿砂液化后，液化的镍矿砂泥浆随船模运动而发生明显移动。在波浪中运动一定时间后，船模会因货物的晃荡而引发偏载累积，并逐渐产生横倾(图2中，船模在波浪中运动约15min后，偏载引发的横倾从5．8°加剧到11．4°)。当波浪周期在船模横摇固有周期附近时，船模摇摆运动加剧，由于货物偏载引发的横倾变得十分明显且迅速，随着试验的进行，可以预见船模将发生倾覆。图2货物晃荡移动引起偏载和横倾累积当采取相似装载方案的船舶在海浪中航行时，由于不断遭遇风浪，船舶剧烈运动，液化的镍矿砂货物周期性移动并不断加剧偏载，横倾幅度不断加大，甲板进水角裕度逐渐减少，相应的船舶稳性会越来越差，最终只要遭遇稍微恶劣的海况，船舶就极可能倾覆沉没。作为比较，在装载液化后的镍矿砂的工况中对每个货舱添加一道纵舱壁，以防止流态化镍矿砂货物发生长距离晃荡或移动。通过试验发现，此工况下，货物偏载和船模横倾的现象已不明显，试验中只监测到1°～2°的横倾，且横倾角度基本稳定，不会发生横倾加剧的情况。试验结果表明，在镍矿砂运输船货舱内加装一道临时纵舱壁，能有效提升其航行安全性。2．1．2横摇耦合运动的阻尼比较对装载液化后的镍矿砂的船模，在耐波性试验前后分别进行自由横摇衰减试验，比较二者的差异。图3中上图为船模进行试验开始?
【作者单位】：上海船舶运输科学研究所航运技术与安全国家重点实验室;
【基金】：国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2012CB723804)
【分类号】：U661;U695.2

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