檢視矿砂船的原始碼

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'''矿砂船'''是全国科学技术名词审定委员会审定、公布的科技术语。

随着社[[会]]制度的不断发展与进步，中国的[[汉字]]也在不断演化着，从最初的甲骨文<ref>[https://www.sohu.com/na/433723048_120596511 汉字小时候｜一个文字，一段历史]，搜狐，2020-11-24</ref>渐渐发展到了小篆<ref>[https://www.sohu.com/a/146069760_301850 书法丨原来小篆是中国第一个也是唯一一个由国家规定的标准汉字形态！]，搜狐，2017-06-05</ref>，后来文化进一步发展后，才出现了”汉字”这种说法。

==名词解释==

矿砂船是专门用于载运散装矿砂的船舶，是属于散装货船一类，它是一种单向运输船。由于矿砂是重货，比重大、容积小，易损坏船体。为此，矿砂船构造坚固，货舱的舱底多半是呈斜面的，货舱内还装有纵向档板，它既能防止矿砂纵向滚动，又能增强船体强度。矿砂船货舱为单层甲板，舱口较宽大，且一般由两道纵舱壁将整个装货区域分隔成中间舱和两侧边舱，在中间舱下部设置双层底，中间舱装载矿货，两侧边舱作压载舱。由于[[矿石]]的[[密度]]大，积载[[因素]]小，故所占舱容小，这样会使船舶的重心过低，在航行中产生剧烈摇摆。为提高重心高度，矿砂船的双层底设计得特别高，有的矿砂船货舱的横剖面设计成漏斗形，这样既可提高船舶的重心高度又便于清舱。同时，矿砂船货舱两侧的压载边舱也比散装货船大得多。矿砂船均为尾机型船，航速较低。为适应所载货物的特点，一般采用高强度钢，且内底板等构们：均采取加厚的措施，有的则直接对货舱采取重货加强措施。

需求

随着我国经济的快速发展，对铁矿石的需求迅速增长，市场对运输铁矿石专用矿砂船的需求也日益旺盛，加之船舶大型化规模效应的推动、航道条件的改善和港口建设的发展为矿砂船大型化奠定了基础,大型矿砂船市场逐步升温,订单和新造船的数量明显增多。仅在2007年，国内23万吨和30万吨矿砂船的订造总数就达16艘。与此同时，作为全球最大铁矿石生产商和出口商的巴西淡水河谷矿业集团公司，正在计划建造35艘40万吨超大型矿砂船，使其总运力超过1 000万吨，以便降低铁矿石运输成本、掌控铁矿石议价主动权和实现对整条产业链的控制。因此，为了参与国际竞争，掌握铁矿石的海上运输权，我国研究和开发大型矿砂船具有重要意义。

大型矿砂船（Very Large Ore Carrier，简称VLOC）是运输铁矿石的专用船舶。由于SOLAS和国际船级社协会(IACS)对散货船的定义角度不同,矿砂船不列在IACS制定的结构共同规范（CSR）的使用范围之内，因此矿砂船的设计无需满足结构共同规范。但其尺度大、载重量大、经济性高的自身特点决定了该船型设计的特殊性。本文将以30万吨矿砂船的开发设计为例阐述VLOC的主要船型特点。

主尺度及要素

VLOC 运载货品单一，停泊港口及码头设施对船舶主尺度有一定的限制，又由于主要航行于巴西、澳大利亚至中国、日本、远东、地中海地区和部分欧洲国家的航线上，因此，大型矿砂船为特定用途、特定航线和特定设计船型。30万吨VLOC 的主尺度选择除考虑经济性外，还要重点关注相关港口/码头的相关资料：

（1）允许靠泊的船舶最大载重量；

（2）允许靠泊的船舶总长；

（3）航道和码头所允许的船舶最大吃水；

（4）码头装货设备对船舶air draft（船舶货舱口至水线的高度）的限制；

（5）码头装/卸货设备的数量及抓斗能力；

（6）装载机的装载速率；

（7）码头装/卸货设备对船宽的限制。

该船主尺度选取参照了国外建造的30 万吨级VLOC 的相关参数。根据船东要求，考虑到可以停靠大多数装/卸货港，将目标船的总长限制在330.0m 以内。为了提高船舶营运经济性，在型深不变的基础上，尽量增加吃水，采用B-100 干舷，并通过合理的分舱满足破舱要求。最终，将结构吃水增大到22.1m，载重量达到315 000 吨。通过主尺度的对比分析，确定该船的主尺度要素。

线型设计

该船在主尺度限制的前提下，为达到载重量指标，就尽量增大方形系数，这给线型设计带来一定的困难。采用低速肥大型船常规的球鼻、球尾线型设计，以达到最佳的阻力和推进性能，其平行舯体的长度接近两柱间长的1/3。由于受到总长的限制，最大限度地缩短球鼻长度，并优化其形状，使前端呈竖直状。考虑该船满载工况下合理的纵倾范围（~1% Lpp）和改善尾部伴流场，参考一般肥大型船设计吃水下的纵向浮心位置LCB，并根据空船重量及重心位置和浮态情况，选择最佳的LCB（舯前2~4%Lpp）。

该船在既定方形系数和纵向浮心位置前提下，通过改变前后体的浮力分布，借助CFD 计算工具优化线型，降低阻力并提高推进性能，在确保快速性的同时，兼顾良好的操纵性能。优化后的型线，在瑞典SSPA 水池进行了船模试验，预估实船在考核条件下的航速为15.04kn。首制船的试航结果证实了这一结论。该型船首制船交付后实际营运情况表明，与同类船相比，该型船航速较高，油耗较低，经济性良好。

总布置

该船主甲板以下由水密横舱壁划分为：首尖舱（空）、货舱区、机舱区和尾尖舱（空）。机舱区上部设8 层甲板室（含驾驶室），首部设1 层首楼。共设两对双壳结构的燃油深舱，其中一对布置在机舱，另一对设在货舱区后部边空舱内。

3.1 货舱

VLOC 在满载工况时出现最大静水中垂弯矩。该船在船长确定的前提下，力求货舱长度尽可能大，以达到分散货物重量降低中垂弯矩的目的。一般而言，30 万吨级VLOC 的货舱数为5~7 个，舱口数为6~10 个，货舱数/舱口数的不同组合有5 / 8、5 / 10、6 / 6、7 / 7 等。针对货舱划分，该船采用7 货舱/7 舱口和5 货舱/8 舱口两个方案比较选优的方法来确定最终方案。通过比较发现，5 货舱/8 舱口有如下优点：其一，从营运角度来讲，货舱数量少，有利于缩短卸货后的清舱时间。其二，装/卸货步骤、时间和装运2 票货的灵活性与7 货舱方案相似。其三，从建造成本来讲，槽形横舱壁数量少，简化了建造工艺。最终，该船通过4 道货舱槽形横舱壁，将货舱区划分为5 个货舱，中部3 个货舱长度相同，首尾货舱稍短。共设8 个舱口，中间3 个货舱各设2 个舱口，首尾货舱各设1 个舱口。每舱口各设1 个舱口盖，且尺度相同，舱口盖为单边开启，开启方式为电动液压。

3.2 压载水舱

由于铁矿石密度大，与载重量相当的VLCC 相比，VLOC 的货舱容积约为前者的50%，而可以用作压载水舱的边舱要富余许多。VLOC 船型压载水舱的合理规划，要考虑以下几个方面：

（1）在满足各种装载要求情况下，压载水舱容积尽量小；

（2）满足IACS UR S11 对压载工况的纵倾值和压载水舱不满舱的相关要求；

（3）满足码头装载机对压载到港工况船舶的air draft 要求；

（4）尽量降低压载工况和压载水置换工况的中拱弯矩。

该船通过大量的组合计算，并适当调整边舱横舱壁的位置，确定了合适的压载水舱的数量及分布。货舱区的边舱共分为10 对，其中8 对为压载水舱，总容积约182 000m，其余2 对为空舱。压载水舱的分布确保所有压载工况最多出现1 对不满舱。该船设置了3 种压载工况供船东实际应用：轻压载工况（light ballast）、正常压载工况(normal ballast) 和风暴压载工况(heavy ballast)。可根据海况及航行情况，只需注入或排空1 对或2 对舱就可实现不同压载工况之间的转换：即由轻压载工况改变到正常压载工况时，只需在轻压载工况下将No.2 后压载舱（左和右）打满即可实现；同样，由正常压载工况转换为风暴压载工况时，只需在正常压载工况下将 No.3 后压载舱（左和右）打满即可实现；反之，只要排空相应压载舱即可。三种压载到港工况均满足装货港的浮态和air draft 要求。另外，压载水舱优选过程中，通过大量试算，合理选用不同压载工况的压载水舱的数量及分布，尽量降低总纵弯矩。最终规划的压载水舱方案与最初的方案相比，使该船最大中拱弯矩的设计值约降低5%。

3.3 燃油深舱

根据续航力要求，该船携带的燃油总量约8 600m。如果全部放在机舱区，会给机舱布置带来一定困难，同时对船舶浮态和弯矩的影响也较大。为此，将2 对燃油深舱中的1 对设在机舱，另1 对深舱布置在货舱区后部的边空舱内。燃油舱设双底双壳保护。

装卸货

VLOC装/卸货效率是船东关注的重点之一，甚至有些船东提出Single Pass Loading（每个货舱或舱口一次性完成装载）要求，这在7货舱/7舱口的VLOC上较容易实现，如果货舱数量为5个或6个则较难做到。为了提高装卸货效率，VLOC的装卸货程序需优化设计，尽量一次装完一个货舱或舱口，减少装载机的移动次数和时间。这主要从以下几个方面入手考虑：

（1）在满足总纵强度基础上进行局部结构加强；

（2）控制整个装载过程中的船舶浮态，避免大纵倾的产生，重点关注装载过程中的码头air draft 的限制；

（3）满足cargo mass curve（装载量曲线）对货舱装货量与吃水的限制条件；

（4）确保压载水的排空速率与装载速率相匹配，避免出现装货须等待压载水排空的情况，造成延迟装载。

通过多种组合计算与分析，对该船装/卸货程序进行了优化，并总结出5货舱/8舱口大型矿砂船装卸货的规律。在总纵强度不变的条件下，适当加强结构局部强度，可大大简化装卸货步骤，提高装货效率。通过对比选优，使该船装/卸货时压载水自首向尾依次排空，没有前后压载水舱穿插排放或单舱多次排放的情况，并且将整个过程的纵倾控制在1% Lpp之内，这不仅方便了实际操作，而且有效降低了装料臂的移动次数，提高了营运效率。

空船重量

空船重量是船舶设计者、船厂和船东共同关注的指标，是船舶设计水平的重要体现，直接涉及船厂和船东的经济效益。本船在设计之初，就从货舱及舱口数量的选取、压载水舱合理分布、总纵强度控制和高强度钢应用比例等方面入手进行综合考虑，尽量降低空船重量。为了控制结构重量，本船对包括所有结构在内的分区域舱段进行有限元分析，通过结构拓扑优化、形状优化和尺度优化等对结构构件进行优化设计。该型船的首制船倾斜试验结果表明，与国内同等吨位的矿砂船相比，该船结构重量约轻15%；日本建造的30 万吨级VLOC 每吨结构重量所对应的载重量约为9.7 吨，与其相比，本船的相应指标略高于该值。该船的空船重量指标达到了国际领先水平

船型特点

通过30 万吨矿砂船的开发，并参考相关资料，将大型矿砂船的主要船型特点总结如下：

（1）艏楼长度和高度的设置值得关注。艏楼长度只要满足载重线公约对艏楼有效长度的要求即可，如果进一步加大，可能会影响艏部货舱舱口盖的布置。而高度的设置要充分考虑对视线的影响，由此可能导致生活楼层高度加大或层数增多。

（2）压载水舱优化布置是需要重点解决的难题。大型矿砂船的边舱宽、容积大，合理确定边压载水舱的数量和分布，不仅要考虑船舶浮态、破舱要求、压载到港工况下码头装货设备对船舶air draf 的限制，还需要关注压载水置换或压载水处理的能量消耗以及总纵强度。尤其需要重点关注压载工况出现的某1 对或2 对压载水舱不满的情况，需要增加全空和全满状态的结构强度校核计算，而非常繁琐。因此，VLOC 压载水舱的确定要经过大量计算比较才能优选出合理方案。

（3）要求装/卸货程序简便、易操作。提高VLOC 装/卸货效率是大型矿砂船设计需要突破的难题之一，尤其是达到Single Pass Loading 要求。除了对货舱数量和舱口数量进行论证优选外，还要考虑舱口面积和舱底面积以及纵舱壁倾斜角度等方面的设计，尽量减小卸货死角。通过采取局部结构加强、控制船舶浮态、实现压载水排空速率与装载速率的匹配、减少装载机移动次数和时间等措施，优化装/卸货程序，提高船舶营运经济性。

==参考文献==
[[Category:800 語言學總論]]