乌江航运建设工程工程船舶设计与应用

摘要：基于船型研发的成果，对乌江库区尾水段浅水急流航道工程船的设计要点进行阐述，主要对船舶的主尺度、型线、总体布局、结构设计、设备选型等方面。实船运行测试，相比于母型船相同功率下，工效提高达35%以上。 关键词：乌江；山区浅水急流航道；工程船；设计与应用

一、概述

工程船舶在我省山区急流航道整治施工中占有相当重要的地位，船舶的适用性、科学性直接影响到建设单位的经济效益。

目前在国内各水系的各种类型工程船舶多种多样，从70年代开始至今，相继诞生了多种类型的工程船。随着各水系航道条件的极大改善，原有工程船舶已不能适应年代的需要，存在着单位功率负载指标偏低，高能耗，研究适应“乌江”库区尾水段山区急流航道的工程船舶具有重要意义。从2009年开始，建设单位与船舶设计人员多次对“乌江”库区尾水段航道条件进行考查，积极向省内外有关专家科技部门咨询，结合我省整治“两江一河”和“赤水河”工程船舶的特点，以节约船舶能耗，降低燃油，提高船舶技术经济指标，经济实用性，以人为本，减少工人劳动强度，施工设备科学化，提高经济效益为开发设计方案。现就对我省研制的针对山区急流航道施工船舶作一介绍。 二、建设方案 1、航道条件

乌江流域是长江主要支流，随国家水电能源开发，已成为多级库区，水运条件得到改善，梯级库区距离长，坝体段与坝尾段水位变化相差较大，低水位时坝尾段航行条件属典型山区急流航道，地质地貌的变迁变成了滩大、急、险、浅、窄、淤石增多，天然的原始航道。 2、船型研制的可行性

通过对整治“赤水河”，“两江一河”施工船舶的详细论证，总结收集实船作业经验，鉴于三水系航道自然条件极为相似，在枯水期（未开闸），水流缓慢，便于施工，航槽水深受限制，船舶吃水受限制，自身不能到达施工地段。洪水期（开闸时）施工，水位太高滩大、急、流、险、船舶在滩上定位困难存在安全隐患，加之河水浑浊，整治效果极差，投资大，工效低，根本不能解决施工的需要。为此在此基础上，研制开发了以下方案。 比选方案对比表

3、母型船特点 3.1 抓石船

主要特点是：配套挖掘机功率小，效率低，船舶主尺度偏小，吃水偏大，上滩能力差，航速低，船舶调迁困难。 3.2 运石船

主要特点是：“两江一河”航运建设工程运石船卸石方式采用液压翻斗顶推卸货；“赤水河”水运工程运石船采用液压侧开式卸货。两种船型装载吨位量少，货物重心高，卸物时两两液压缸同步运行存在不确定性，船舶稳性存在安全隐患，单位成本运输费率高。 4、设计方案

4．1船舶主尺度优选

（1） 船长：为了保证主机功率的最大发挥，承受最大载货量以及急流航道上滩能力需要，结合航道条件，阻力性能，经济性等综合考虑首选拟定船长。

（2）型宽：山区河流船舶由于受吃水的限制，为了保证船舶稳性和一定的载货量，增加船舶的适航性，机舱布置合理性，船员生活舒适性，造价低廉为原则，优选取拟定型宽。 （3）型深和吃水：由于受山区航道自然因素限制，船舶型深和吃水基本上是个定值。 4．2 优化船舶性能

（1）船舶的快速性：为了选取阻力性能比较优秀的主尺度，根据急流航段的特点:滩多、长、狭窄、浅、流速快。从母型船统计资料中显示，随着船长的增加，特别是对船舶的上滩能力是有利的，但船长增加一定值后，对阻力的影响就不太明显了。船长不变，船宽增加受航道条件限制，在C、J2级航道船宽的阻力基本是个定值，所以根据阻力计算选取现在的主尺度。此尺度比在内河船常用范围内。

（2）船舶的操作性：由于“乌江”库区尾水段是典型的山区急流河段，船舶操纵性要求高，靠离码头，航道曲率半径对船长都有限制，所以船长的选择一定要考虑航道是否允许。本水系基本上都是采用平板舵，回转直径在1.2~1.5L范围内。Dmax小于最小航道曲率半径，因此优选拟定船长是最佳的。 4．3船型系数的优选

（1）方形系数Cb：山区河流船舶由于受吃水限制，方形系数往往取得较大，方形系数的增大，会使阻力增加，所以我们严格控制船舶自重致使方形系数与阻力成正比或略小。根据经验公式计算和实船统计情况，实取经济方形系数为Cb=0.73—0.76

（2）棱形系数Cp：根据定义棱形系数CP对阻力影响较大，取较小的CP对减小阻力是很有利的，特别是运石船尾机型船舶，过小棱形系数给机舱布置和轴系布置造成困难，艏部也要有一定甲板面积，所以艏尾型线都得有一定的宽度，因此CP值不能太小，据母型船统计资料取CP=0.87~0.89

（3） 舯剖面系数Cm：方形系数和棱形系数选定后，舯剖面系数就为定值Cm=Cb/CP=0.84~0.88

（4）水线面系数CW：山区河流船舶由于B/T较大，稳性要求较高，所以水线面系数CW往往取得较大，水线面系数CW越大，对阻力是不利的，但对山区河流适航性较实用，针对这一矛盾，通过改变船舶的型线设计，吃水与水线面系数CW成正比例(选用折角型线)，满载吃水时，水线面系数CW选取达到最大CW=0.97 4．4 优化组合的船舶型线

船型的优劣是提高船舶快速性、施工作业的舒适性、安全可靠性重要因素之一，必须重视和认真研究船型的选择，结合“赤水河”、“两江一河”水运建设工程工程船舶的使用情况，“赤水河”、“两江一河”水运建设工程船舶采用首部平头浪型，舯部采用园舭型线，尾部遂洞线型，遂洞线短且比较丰满，来流不畅，对螺旋桨供水较差，尾浪较大，导致兴波阻力和形状阻力的增加，机桨不配，降低螺旋桨的推进效率，上滩能力较差，运输周期长，大功率低吨位，单位成本量大，经济效益低。

本次拟定船舶，结合省内外优秀船舶进行了优选，首部采用平头压浪型;舯部采用折角带园舭型线，舭部弧度达250~290mm;尾部开式遂洞型线，遂洞线长，遂洞两边瘦削，使水流比较顺畅，尾浪小，螺旋桨供水较好。所以兴波阻力和形状阻力较小，螺旋桨的推进效率较高，上滩能力较好，船的快速性有较大的提高，运输周转周期短路，单位成本降低。

型线特征

4．5 船舶推进的比选

为了使螺旋桨设计较理想，选用楚思德B4型螺旋桨，配齿轮箱;同功率、同额定转速动力系统，作了2:1和3:1减速比进行实船比较，3:1速比螺旋桨收到马力比2:1速比要适当增大，特别是上滩能力有明显增大。 4．6优化船舶总体布置方案

为了使船员舱室布置比较合理，船舶比较美观，装载方便，操作灵活等特点，进行如下设计:

（1）运石船:本船采用了内河常用的尾机型，机舱设置在船尾部，内设动力设备，发电机机组等， 双机双舵，液压舵机，主机齿轮箱驾机合一控制。驾驶窒位于机舱之上，尾部主

甲板上设船员室和生活区。总体布置时考虑了船舶的浮态调整，特别是空载时船舶产生尾倾，为了保证空载时船舶的浮态，在船首设置油舱、绞滩舱、压载舱，保证浮态正常。

（2）抓石船:本船采用中机型，机舱设置在船舯部，内设动力设备，发电机机组等， 驾驶窒位于艏甲板会议室之上，双机双舵，液压舵机，主机齿轮箱驾机合一控制。机舱围壁之上设船员室，尾部主甲板上设挖掘机工作舱。总体布置时考虑了船舶的浮态调整，特别是挖掘机工作时舱内移动船舶浮态变化，为了保证工作时、航行时船舶的浮态，在船首设置油舱、绞滩舱、压载舱，保证浮态正常。 4．7 优化结构设计

本船采用钢质，单底横骨架式电焊结构，根据急流航道的要求，首尾设防撞舱。为了使结构设计比较合理，又必需满足船舶建造规范前提下，有效地控制船舶重量，提高航速达到节能的目的，在结构上作了以下几个方面考虑:在总体布置上就考虑了结构的处理，结构按现执行《规范》《法规》进行设计，货舱、挖机舱是大开口，对舱区域进行了加强处理，强力甲板、舱口围板、舷侧列板加厚；增加支柱或插板，增设舷侧纵桁以此来满足长大舱口船舶结构强度;上层建筑围壁采用钢质结构。 4．8 设备的优选

由于“乌江”库区尾水段属于典型山区急流航段，虽然航道受库区水位影响，航道条件有所改变，但还是滩多、急，选定主机功率考虑船舶上滩能力，确保主机功率的最大发挥，以及承受最大负载，达到增收节能的原则进行选取主机功率。通过对现阶段优选母型船舶进行对比分析，认为拟定方案的主机匹配是能满足要求的，工程机械挖掘机由原220型改型为320型效率大大提高。 4.9 船舶干舷与稳性

干舷与稳性按现行执行《法规》及《修改通报》进行计算校核，满足急流航段航行、施工工况要求。 4.10 其它

船舶舵系、轴系、管系均按《规范》及《修改通报》进行设计；船舶舾装设备、消防设备、救生设备、防污染设备、船舶电气、信号、通讯设备等按现执行《规范》及《修改通报》配备，并配备机械绞盘机一套，供起锚和绞滩用及相关施工工程机械；船舶配50Kw发电机组一套，供工程机械、应急泵、消防泵、探照灯使用；信号设备按内河船舶碰撞规则配备；通讯设备配无线电电台一台，扩音器一套；配有效响应器一套，满足规范要求。 5．结语

拟选船型方案是在广泛收集了现有优秀船舶基础上进行了调研，在保证船舶主机功率的最大发挥，承受最大负载以及急流航道上滩能力需要，结合营运经济指标进行综合评估拟选方案的主要特点是： 5.1船型简单

平头压浪型折角型线，尾部为开式遂洞式型线，方形系数大、载货多、吃水浅、适合山区河流特点。 5.2航速快

由于该船为山区河流浅水急流船舶，吃水浅，操纵灵活，过滩能力强、能耗低，是负载较高的经济性船舶。 5.3适用性强

船舶具有良好的浮态及吃水的调整，运石船保证吃水在1.2m以下、抓石船吃水在0.9m以下全年可航行，同时保证了船舶经济指标。同时运石船采用主甲板凹陷底开门液压缸推动卸货方式，同时载重量增加，运输成本费率提高，安全可靠。

作者简介：韦清平，（1966.12-），男，汉族，高级工程师，研究方向：船舶工程技术 船舶设计与制造。