[科普中國]-中垂

船舶拱垂對(duì)載重量影響介紹

船舶營運(yùn)過程中，當(dāng)碼頭和航線上的水深足夠時(shí)，船舶的最大載重量是必須保證船舶在航次的任一航段、任何時(shí)間，船舶兩舷相應(yīng)于船舶所在的區(qū)帶、區(qū)域和季節(jié)期的載重線上緣不被水淹沒，此時(shí)的船舶載重量即滿載載重量。但在某些情況下，由于受港口或航道水深的影響，船舶最大吃水有一定的限制，不能達(dá)到滿載；同時(shí)，為保證船舶的良好操縱性能，通常船舶應(yīng)有一定的尾傾，這就產(chǎn)生如何積載以達(dá)到最大載重量的問題。一般認(rèn)為，船舶裝載應(yīng)當(dāng)保持船舶不變形，即無中拱垂?fàn)顟B(tài)，但是船舶建造是允許有一定的變形的，合理利用船舶中垂是否可以提高船舶載重量，這個(gè)問題航海人員鮮有注意，但是答案是肯定的。

船舶在深水區(qū)航行時(shí)，與之相對(duì)運(yùn)動(dòng)的水流是從船的兩舷和底部由船首流向船尾的三向度水流。當(dāng)船舶進(jìn)入淺水區(qū)時(shí)，由于流入船底下的水流受到限制而被推向船的左右兩側(cè)，這時(shí)船底過水面積減小，流速增加，使船底壓力下降，致船體下沉。一般商船速度范圍內(nèi)的船舶在淺水中航行時(shí)，通常表現(xiàn)為首下沉量大于尾下沉量，即原為平吃水的船舶將變?yōu)槭變A。為使船舶具有良好的操縱性能，以保證船舶離港后在受限水深和水域內(nèi)的航行安全，要求船舶應(yīng)有一定吃水差。1

船舶總載重量的計(jì)算載重能力是指船舶在具體航次中所能承運(yùn)貨物重量的最大限額，用凈載重量表示。凈載重量是總載重量與船舶壓載水、存油水、船舶常數(shù)之差。船舶總載重量，是根據(jù)經(jīng)縱傾修正后船舶的總平均吃水查載重量表得出相應(yīng)的排水量減去空船重量得出的。即1：

船舶總載重量W=船舶排水量Δ-空船重量W0

船舶排水量的測(cè)定準(zhǔn)確觀測(cè)船舶水尺非常重要。觀測(cè)船舶吃水時(shí)船體不要有任何作業(yè)，要仔細(xì)觀測(cè)，排除粗差。在風(fēng)的作用下，海浪會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則波影響觀測(cè)精度，因此應(yīng)選擇海面平靜或規(guī)則波時(shí)觀測(cè)船舶的六面吃水。1

排水量換算經(jīng)過拱垂修正后的總平均吃水計(jì)算公式為：

式中：DM為船舶總平均吃水（m）；df為船艏平均吃水（m）；da為船艉平均吃水（m）；dm為船舯平均吃水（m）。

在計(jì)算查表求船舶排水量時(shí)，須先對(duì)船舶的首尾平均吃水df、da進(jìn)行首尾垂線Cf、Ca修正；然后根據(jù)船舶總平均吃水查載重表得出相應(yīng)的排水量；再根據(jù)排水量縱傾修正公式進(jìn)行相應(yīng)修正；最后經(jīng)過港水密度的修正，就可求出船舶的實(shí)際排水量。1

船舶拱垂及拱垂值的限定船舶拱垂的產(chǎn)生船舶裝載后，如果作用在船體各橫剖面上的彎矩代數(shù)和不等于零，將使船體發(fā)生總縱彎曲變形。

當(dāng)船舶首尾部重力大于浮力而中部浮力大于重力時(shí)，即當(dāng)船體出現(xiàn)船中部上拱、首尾下垂時(shí)，所出現(xiàn)的彎曲變形稱中拱變形。當(dāng)船舶中部重力大于浮力而首尾部浮力大于重力時(shí)，即當(dāng)船體出現(xiàn)船中部下垂、首尾上拱時(shí)，所出現(xiàn)的彎曲變形稱中垂變形。

船舶在靜水中產(chǎn)生中拱或中垂主要決定于船舶的布置與裝載狀況。當(dāng)船舶首尾載荷過多時(shí)會(huì)出現(xiàn)中拱；相反，會(huì)出現(xiàn)中垂?fàn)顟B(tài)。1

船舶拱垂值的計(jì)算實(shí)際觀測(cè)并比較船首、船中、船尾三處的左右平均吃水，可以判斷船體拱垂變形的大小和方向。船中處的平均吃水大于首尾平均吃水，說明船舶處于中垂變形狀態(tài)；船中處的平均吃水小于首尾平均吃水，則船舶處于中拱變形狀態(tài)。同時(shí)，中部平均吃水與首尾平均吃水的差值的絕對(duì)值，可以反映出拱垂變形程度的大小。這一絕對(duì)值稱為拱垂值，計(jì)算公式是：

正常的拱垂變形范圍應(yīng)不超過Lbp/1 200（m）；極限的拱垂變形值為Lbp/800（m）；危險(xiǎn)的拱垂值為Lbp/600（m）；Lbp為船舶垂線間長（m）。

船舶裝載后的拱垂值在正常范圍內(nèi)，則可以開航；接近極限值，只允許在天氣好時(shí)開航；接近危險(xiǎn)值，則不允許開航。因此，只要船舶在裝載后，拱垂值在正常范圍內(nèi)，就可以利用合理的拱垂變形提高船舶的載重量。1

船舶拱垂對(duì)船舶載重量的影響港口吃水限制船舶不滿載情況船舶在某些港口受載，由于受港口吃水限制不能達(dá)到滿載而產(chǎn)生虧載，這就需要合理積載以達(dá)到最大載貨量。

1、船舶有一定吃水差出港情況

為使船舶具有良好的操縱性能，船舶離港通常應(yīng)有一定的吃水差。假定港口限定最大吃水為H（m），船舶吃水差要求為t（m），則da= H，df= da+ t。

無中拱垂情況下平均吃水公式為：

有中拱垂情況下平均吃水公式為：

排水量變化值：

由上文公式結(jié)合可得：

式中：TPC為船舶吃水DM處每厘米吃水噸數(shù)。船舶中垂δ△為正，船舶中拱δ△為負(fù)。

依前所述船舶的拱垂值范圍為：

此時(shí)裝載后的平均吃水1：

2、船舶平吃水出港情況

在某些情況下諸如港口碼頭吃水限定但航道水深富余，可采取船舶平吃水出港后再壓水調(diào)至要求的吃水差，此時(shí)船舶無中拱垂情況排水量最大，H = df= da=dm，即船艏、舯、艉吃水皆等于港口限定最大吃水。

如吃水限定、吃水差為零且船舶中垂δ（m），則船舯吃水等于港口限定最大吃水H（m），與無拱垂情況相比排水量減少，經(jīng)推導(dǎo)其值為：

如吃水限定、吃水差為零且船舶中拱δ（m），則船首尾吃水等于港口限定最大吃水H(m)，與無拱垂情況相比排水量減少，經(jīng)推導(dǎo)其值為1：

港口吃水不限船舶滿載情況根據(jù)1966年國際載重線公約1988年議定書和經(jīng)1966年議定書修正的1966年國際載重線公約，船舶兩舷相對(duì)于該船所在季節(jié)及其所在地帶或區(qū)域的載重線不論船舶在出海時(shí)、在航行中或在到達(dá)時(shí)都不應(yīng)被水浸沒。此時(shí)船舯吃水即為船舶載重線。

如船舶中垂δ（m），經(jīng)推導(dǎo)船舶總平均吃水與船舶載重線吃水之差為-1/4δ，即與無拱垂相比載貨量減少，其值為：

如船舶中拱δ（m），經(jīng)推導(dǎo)船舶總平均吃水與船舶載重線吃水之差為+1/4δ，即與無拱垂相比載貨量增加，其值為：

理論上船舶船舯吃水達(dá)到載重線標(biāo)志利用中拱可以增加貨量，但是此時(shí)船舶儲(chǔ)備浮力減少，船體強(qiáng)度也受到影響，建議不采納。

綜上所述,當(dāng)港口吃水受限,船舶不能達(dá)到滿載且須滿足一定吃水差的情況下,合理利用船舶中垂可以增加船舶載貨量；當(dāng)港口吃水受限且無吃水差要求時(shí)，平吃水無拱垂時(shí)船舶載貨量最大；當(dāng)港口吃水不限，無中垂裝載可以達(dá)到船舶滿載。

在港口吃水受限，船舶有一定吃水差情況下，利用船舶中垂增加船舶載貨量時(shí)，首先要計(jì)算最大允許中垂量，并確定預(yù)計(jì)使用值。裝貨前大副應(yīng)合理配載，裝貨過程中各貨艙分輪次裝貨，最后一輪次大副觀察船舶吃水要勤，根據(jù)吃水情況及時(shí)調(diào)整各艙貨量以期達(dá)到最佳裝載效果。1

應(yīng)用舉例“清華山”輪，兩柱間長Lbp 217 m，船寬B 32.2 m，夏季滿載排水量83 722 t，夏季滿載吃水13.91 m，黃驊港吃水限制H = 12.9 m， TPC = 65.3 t/cm，吃水差要求t = 0.5 m。

由此可知大副配載應(yīng)使船尾吃水為12.9 m,船首為12.4 m，且未達(dá)到船舶滿載。

現(xiàn)計(jì)算有中垂情況的排水量增加值：

由上文公式可得該輪拱垂值正常范圍最大值δ=18cm；排水量增加值δ△ = 880 t，即可增加貨量880 t。

若為安全考慮取正常的拱垂變形范圍最大值的70%即δ = 12.6 cm，則增加貨量617 t。

該輪在吃水12.9 m情況下載貨量約6萬噸，假如市場(chǎng)水平船舶經(jīng)營成本約占90%以上的海運(yùn)費(fèi)收入，有中垂增加的617 t貨量可增加1%的運(yùn)費(fèi)收入，此可提高單船航次利潤10%以上，這是相當(dāng)可觀的。1