貨運03船舶穩(wěn)性

1、海上貨物運輸海上貨物運輸?shù)诘?章章 船舶穩(wěn)性船舶穩(wěn)性主講：張主講：張 兢兢船舶穩(wěn)性很重要Safety First 91 船舶穩(wěn)性分類船舶穩(wěn)性分類1）穩(wěn)性（）穩(wěn)性（stability）：）： 船舶在外力矩(The External moment)作用下發(fā)生傾斜，當外力消除后能自行恢復初始平衡位置的能力。2）物理意義：）物理意義： 船舶傾斜后具有復原力矩(righting moment) 或力臂(righting arm ）。 91 船舶穩(wěn)性分類船舶穩(wěn)性分類按傾斜方向分：按傾斜方向分：橫穩(wěn)性（Transverse stability）縱穩(wěn)性（Longitudinal stability）按傾斜角大

2、小分：按傾斜角大小分：初穩(wěn)性（initial stability ）1015 甲板邊緣不入水，舭部不出水。大傾角穩(wěn)性(Stability at large angles) 穩(wěn)性及其分類穩(wěn)性及其分類按作用力矩的性質(zhì)分：按作用力矩的性質(zhì)分：靜穩(wěn)性（statical stability ）動穩(wěn)性（Dynamical stability）按船艙是否破損進水分：按船艙是否破損進水分：完整穩(wěn)性（Intact stability）破艙穩(wěn)性（Damaged stability） 92 船舶初穩(wěn)性船舶初穩(wěn)性一、船舶的靜平衡狀態(tài)一、船舶的靜平衡狀態(tài)穩(wěn)心M：船舶傾斜前后浮力作用線的交點。穩(wěn)定平衡狀態(tài)：（Stable

3、 Equilibrium)： 船舶穩(wěn)心M在重心G之上，GM0。船舶傾斜后重力W與浮力 構成的穩(wěn)性力矩能使船舶恢復到初始平衡狀態(tài)。 一、船舶的靜平衡狀態(tài)一、船舶的靜平衡狀態(tài)隨遇平衡狀態(tài)（Neutral equilibrium)： 船舶穩(wěn)心M與重心G重合，GM=0。船舶傾斜后重力W與浮力所構成的穩(wěn)性力矩不能使船舶恢復到初始平衡狀態(tài) 一、船舶的靜平衡狀態(tài)一、船舶的靜平衡狀態(tài)不穩(wěn)定平衡狀態(tài)（Unstable equilibrium) 船舶穩(wěn)心M在重心G之下，GM0。船舶傾斜后重力W與浮力所構成的穩(wěn)性力矩能使船舶繼續(xù)傾斜。 92 船舶初穩(wěn)性船舶初穩(wěn)性二、初穩(wěn)性的衡量標志二、初穩(wěn)性的衡量標志 靜穩(wěn)性：船舶

4、受靜態(tài)外力矩的作用，不計及傾斜角速度。復原力矩 MR=9.81GZ (KNm) MR=GZ (9.81KNm)GZ為復原力臂MR 與、KG、 有關 92 船舶初穩(wěn)性船舶初穩(wěn)性 92 船舶初穩(wěn)性船舶初穩(wěn)性初穩(wěn)性初穩(wěn)性 船舶傾角1015或上甲板邊緣開始入水前的穩(wěn)性1）特征：傾斜軸過正浮時漂心橫穩(wěn)心M為定點， 橫穩(wěn)心半徑BM（r）為定值 92 船舶初穩(wěn)性船舶初穩(wěn)性2）初穩(wěn)性的表示方法）初穩(wěn)性的表示方法初穩(wěn)性方程： MR = 9.81GZ = 9.81GMsin GZ = GMsin衡量標志：GM影響初穩(wěn)性因素： 、 GM MRV1V2GB0WMZrB1KW1L1WL 92 船舶初穩(wěn)性船舶初穩(wěn)性三、三

5、、GM的表達式的表達式 GM = KB+BMKG = KMKG h = Zb + r Zg = Zm Zg r = Ix / V初穩(wěn)性高度初穩(wěn)性高度GM值的計算值的計算四、四、GM的求取的求取 GM0 = KB+BMKG0 = KMKG0 KM = KB+BM: 查靜水力資料初穩(wěn)性高度初穩(wěn)性高度GM值的計算值的計算 KG: 空船重量、重心查船舶資料空船重量、重心查船舶資料iiLLZPZKG0KG的計算貨物重心高度的確定：貨物重心高度的確定：載荷Pi 重心距基線高Zi 的確定 （1）計算法： 按SF歸類 求近似貨堆高 計算各貨重心高： 平行中體: 0.5Hc 首尾：0.540.58Hc 7.2m

6、日日用用品品棉棉紡紡織織品品草草制制品品五五金金1 1. .5 5m mbCiCihhzcchciCiHVVhKG的計算 （2）艙容曲線查取法）艙容曲線查取法 縱：貨堆表面距基線高 下橫：艙容 上橫：容積中心距基線高 應用： 根據(jù)貨堆表面高度求貨物所占艙容和貨物重心距基線高；艙容曲線艙容曲線0 02 24 46 68 8容積中心距基線高（m)容積中心距基線高（m)10101 12 23 34 45 56 6500500100010001500150020002000250025003000300035003500艙容（m艙容（m3 3) )A AB BKG的計算c.取艙內(nèi)貨物體積中心。 d.取

7、艙容中心，實用，偏于安全3）油水重量、重心的確定用艙容曲線法MR= gGZ kNmMR = GZ 9.81 kNmGM經(jīng)驗值 93 影響初穩(wěn)性的因素及其計算影響初穩(wěn)性的因素及其計算一、自由液面對一、自由液面對GM值的影響值的影響 自由液面的影響： MR = Mh + M GM下降 GZ減小一、自由液面對一、自由液面對GM值的影響值的影響 1.GM修正表達式：修正表達式：GMf的計算（Free Surface Correction）: - 自由液面力矩（Free surface moment） ixi 液艙自由液面的面積對橫傾軸的慣性矩 （m4） ( )i xiiGMmxiii 2. ix的確定

8、：1）查船舶資料根據(jù)IS 2008按0度橫傾角計算。一、自由液面一、自由液面對對GM值的影響值的影響2）公式計算法（1）對稱的艙柜 矩形： 等腰三角形： ix與液面寬的三次方成正比 43121mlbixb1b2l4222121)(481mbbbblix一、自由液面對一、自由液面對GM值的影響值的影響43481mlbix一、自由液面對一、自由液面對GM值的影響值的影響（2）不對稱艙柜直角三角形：直角梯形：原式 ix與液面寬的三次方成正比 3361lbix4222121)(361mbbbblix （3）無折點且液面對稱 液化氣船的液艙為球形、圓柱形或橢圓形 l、b分別為液面最大長度和最大寬度。36

9、41lbix一、自由液面對一、自由液面對GM值的影響值的影響一、自由液面對一、自由液面對GM值的影響值的影響3.GM表達式：ffGMKGBMKBGMKGKMGM1）減小液艙柜寬度）減小液艙柜寬度矩形液艙寬矩形液艙寬b, 分為分為n個等分個等分則：則： ixn=ix/n2 4.減小自由液面影響的措施減小自由液面影響的措施b結(jié)構措施(a)未隔艙(b) 分隔為兩個相等液艙分隔為兩個相等液艙后，自由液面效應將會減少至原來數(shù)值之四分之一。(c) 分隔為三個相等液艙分隔為兩個相等液艙后，自由液面效應將會減少至原來數(shù)值之九分之一。因此，當自由液面效應產(chǎn)生時可以下式說明:n21其中n為所隔相等液艙數(shù)量。若當分

10、隔為四個相等液艙時，所減少的自由液面效應為十六分之一。1614122）液艙柜裝滿或排空）液艙柜裝滿或排空 3）保持甲板排水孔通暢）保持甲板排水孔通暢4）注意縱艙壁漏水或艙內(nèi)積水）注意縱艙壁漏水或艙內(nèi)積水5）注意小排水量的影響）注意小排水量的影響 4.減小自由液面影響的措施減小自由液面影響的措施二、艙內(nèi)載荷移動：二、艙內(nèi)載荷移動：少量少量P條件：條件：PiKGKG2 2KGKG3 3GZGZKGKG1 1KGKG2 2KGKG3 33.影響靜穩(wěn)性曲線的因素影響靜穩(wěn)性曲線的因素4） KN GZ 但但MR隨隨 而增加而增加5）自由液面）自由液面Ix：大傾角穩(wěn)性的：大傾角穩(wěn)性的Ix隨隨的增大而變大的增

11、大而變大6）初始橫傾角）初始橫傾角 95 船舶動穩(wěn)性船舶動穩(wěn)性一、船舶動平衡及動傾角一、船舶動平衡及動傾角動穩(wěn)性：動穩(wěn)性： 船舶在外力矩的動力作用下表現(xiàn)的穩(wěn)性，船舶在外力矩的動力作用下表現(xiàn)的穩(wěn)性，考慮橫搖慣性矩（或角加速度）?？紤]橫搖慣性矩（或角加速度）。 實際船舶在海上航行時經(jīng)常受到外力矩實際船舶在海上航行時經(jīng)常受到外力矩Mh的突然作用，如陣風的突然吹襲、海浪的的突然作用，如陣風的突然吹襲、海浪的猛烈沖擊等。猛烈沖擊等。1020304050607080GZ(m)12S SdvGZ曲線lh曲線smaxAB靜平衡與動平衡靜平衡與動平衡動平衡過程分析動平衡過程分析1（1）在傾角0至s之間，MR M

12、h ，船在外力矩作用下加速傾斜。（2）當s時， MR= Mh ，外力矩已不能再使船舶繼續(xù)傾斜，但由于船舶具有一定的角速度（亦即具有一定的動能），在慣性的作用下船將繼續(xù)傾斜。（3）在傾角s至d之間，MRMh，船舶減速傾斜。（4）當d時，角速度等于零，船即停止傾斜，但這時MRMh ，故船舶開始復原。1020304050607080GZ(m)12S SdvGZ曲線lh曲線smaxAB靜平衡與動平衡靜平衡與動平衡動平衡過程分析動平衡過程分析2 （1）在傾角d 至s之間； MRMh ，船舶加速復原。 （2）當s時，MR=Mh，復原力矩已不能再使船舶復原，但由于船舶具有角加速度，故將繼續(xù)復原。 （3）在傾

13、角s至0之間， MhMR ，船的復原速度減小。 （4）在傾角0時，船的復原速度等于零而停止復原。但這時MR= 0 ，外力矩MR又使船產(chǎn)生傾斜。 95 動穩(wěn)性動穩(wěn)性動平衡：動平衡：Wh(橫傾力矩作功橫傾力矩作功) = WR（復原力矩作功）（復原力矩作功） 1020304050607080GZ(m)12S SdvGZ曲線lh曲線smaxAB靜靜平平衡衡與與動動平平衡衡0( )hhWM d0( )RsWM d二二. 動穩(wěn)性的基本標志動穩(wěn)性的基本標志動穩(wěn)性的表示方法動穩(wěn)性的表示方法的右邊邊界線以內(nèi)，的右邊邊界線以內(nèi)，MR或或lR曲線下面積，曲線下面積，即：即：1）動穩(wěn)性力矩函數(shù)）動穩(wěn)性力矩函數(shù)WR()

14、 (KN.m.rad) 0( )RsWM d二二. 動穩(wěn)性的基本標志動穩(wěn)性的基本標志2)動穩(wěn)性力臂函數(shù)動穩(wěn)性力臂函數(shù)ld() 0( )( )( )9.819.81RRdWMldddlgM).()(0radmdl三、最小傾覆力矩三、最小傾覆力矩1.基本概念基本概念SOME=SEFN時對應的傾覆力矩（Mh）Mhmin與船舶裝載狀態(tài)有關比較：s smax dmax(極限動傾角) 1020304050607080GZ(m)12 SdmvGZ曲線lhminsmaxMB不不計計初初始始橫橫搖搖角角時時最最小小傾傾覆覆力力矩矩的的求求取取M ME EN NENd1020304050607080GZ(m)12

15、 SdmvGZ曲線lhminsmaxMB不計初始橫搖角時最小傾覆力矩的求取不計初始橫搖角時最小傾覆力矩的求取MME EN NENdFsm三、最小傾覆力矩三、最小傾覆力矩Mh 30至少25二、二、IMO對船舶穩(wěn)性的要求對船舶穩(wěn)性的要求7天氣衡準（船長LBP24m的船舶）圖中面積ba7天氣衡準天氣衡準lw1穩(wěn)定風壓力臂0lw1對應靜傾角lw2突風力臂 lw2=1.5lw12=min(f,50,c)clw2為GZ曲線第二個交點7天氣衡準天氣衡準 Mw1=PwAwZw (KN.m) lw1=Mw1/9.81 Zw Aw面積中心到吃水一半處的垂直距離9 9 船舶穩(wěn)性船舶穩(wěn)性9-79-7 船舶穩(wěn)性的校驗及

16、調(diào)整船舶穩(wěn)性的校驗及調(diào)整一、穩(wěn)性過大或過小對船舶安全的影響一、穩(wěn)性過大或過小對船舶安全的影響1.穩(wěn)性過小穩(wěn)性過小2.穩(wěn)性過大穩(wěn)性過大9-79-7 船舶穩(wěn)性的校驗及調(diào)整船舶穩(wěn)性的校驗及調(diào)整二、船舶穩(wěn)性的適用范圍二、船舶穩(wěn)性的適用范圍 航行中的船舶,在滿足對其完整穩(wěn)性最低要求的前提下,所核算裝載狀態(tài)下未經(jīng)自由液面修正的GM0應滿足: T 20 s 穩(wěn)性過小。GM = 4-5%BsTGMGM90|CGMGM 09-79-7 船舶穩(wěn)性的校驗及調(diào)整船舶穩(wěn)性的校驗及調(diào)整三、船舶穩(wěn)性的檢驗及判斷三、船舶穩(wěn)性的檢驗及判斷 駕駛?cè)藛T應當利用各種條件,進行實船的初穩(wěn)性高度的檢驗。1.測定船舶橫搖周期檢驗穩(wěn)性船舶橫

17、搖周期：是指船舶橫搖一個全擺程（四個擺幅)所需的時間(s)。影響因素：船舶的自搖周期、舷外水的阻尼力矩、波浪等擾動外力矩、船舶液體艙內(nèi)未滿艙的液體自搖周期的影響等有關。營運船舶通常使用船舶自搖周期的計算公式來粗略地計算其橫搖周期。1.測定船舶橫搖周期檢驗穩(wěn)性我國法定規(guī)則中提供的橫搖周期(自搖周期與GM0的關系式為： （s）式中:f按船寬吃水比B/d值，查表求得的系數(shù);B船舶型寬m),d所核算裝載下的型吃水(m)KG。所核算裝載下船舶重心距基線高度(m)GM。所核算裝載下船舶未經(jīng)自由液面修正的初穩(wěn)性高度(m)。 220040.58BKGTfGM1.測定船舶橫搖周期檢驗穩(wěn)性 IMO 2008穩(wěn)性規(guī)

18、則：穩(wěn)性規(guī)則： GMBCT21.測定船舶橫搖周期檢驗穩(wěn)性 IMO 2008穩(wěn)性規(guī)則建議：穩(wěn)性規(guī)則建議： L=5，取平均（2）選擇海浪小的時機（3）去掉不準的數(shù)據(jù)（4）此為估算（5）查GM0T曲線。橫搖周期與GM。的關系曲線圖（橫搖曲線) 或 數(shù)據(jù)表。GM0T曲線2.船上載荷橫移檢驗穩(wěn)性船上載荷橫移檢驗穩(wěn)性 船舶在停泊時檢驗初穩(wěn)性高度的基本原理與船舶傾斜試驗的原理相同.設船舶的排水量為 ,處于無橫傾狀態(tài)時,將船上重物P橫向移動距離Y，船舶產(chǎn)生橫傾角，有：橫移：增減：GMpytgtgpyGMGMppytg)(tgppyGM)(3.觀察船舶征狀觀察船舶征狀穩(wěn)性過小穩(wěn)性過小 船舶受較小的外力矩作用,會

19、發(fā)生明顯的橫傾, 傾斜過程相對緩慢。 通常作用于船舶的較小橫向外力矩有: 船舶吊桿向一側(cè)移動；受較小的橫風吹襲；一次較大舵角的操作；拖輪在一側(cè)有橫向分力的拖帶；船舶在一舷油水消耗或打排壓載水稍有左右不均衡等。穩(wěn)性過大：穩(wěn)性過大：周期小，搖擺劇烈9-79-7 船舶穩(wěn)性的校驗及調(diào)整船舶穩(wěn)性的校驗及調(diào)整四、船舶穩(wěn)性調(diào)整四、船舶穩(wěn)性調(diào)整1.垂向移動載荷 ZPGMZGMP|1GMGMGM四、船舶穩(wěn)性調(diào)整四、船舶穩(wěn)性調(diào)整滿艙時，垂向等體積輕重貨物互換 PH PL = P PHSFHPLSFL=0 ZGMPZPGM四、船舶穩(wěn)性調(diào)整四、船舶穩(wěn)性調(diào)整2. 少量載荷增減少量載荷增減 PiPKPKGPGMx-|1G

20、MGMGMGMKPKGGMpGMKPKGiGMpx五、船舶初始橫傾調(diào)整五、船舶初始橫傾調(diào)整1、產(chǎn)生原因 1）風壓力矩出現(xiàn)或消失； 2）貨物裝卸時左右不均； 3）貨載或油水左右分布不均； 4）貨物橫向移位； 5）使用重吊。五、船舶初始橫傾調(diào)整五、船舶初始橫傾調(diào)整2.船舶初始橫傾調(diào)整船舶初始橫傾調(diào)整 1）載荷橫移）載荷橫移移動P，移動距離y配載時橫移P，調(diào)撥壓載。GMyPGMGG10tan2、橫傾角的計算與調(diào)整、橫傾角的計算與調(diào)整 2）少量載荷增減）少量載荷增減 裝載P，位置： yp, zp （KP） 調(diào)整后：1= 0 簡化后： tantan)(11GMGMpyppGMypptan2、橫傾角的計算

21、與調(diào)整、橫傾角的計算與調(diào)整 簡化計算：簡化計算： yGMyGMP00tan六、保證船舶適度穩(wěn)性的措施六、保證船舶適度穩(wěn)性的措施1.了解船舶狀況及航線情況2.合理配載3.合理調(diào)整船舶穩(wěn)性4.緊密堆垛，防止移動5.合理平艙6.盡量減小自由液面影響7.消除初始橫傾8.航行中做好貨物檢查和加固六、保證船舶適度穩(wěn)性的措施六、保證船舶適度穩(wěn)性的措施2.合理配載保證船舶穩(wěn)性的經(jīng)驗方法保證船舶穩(wěn)性的經(jīng)驗方法 駕駛?cè)藛T應總結(jié)特定船舶,在不同排水量條件下,各層艙集裝箱船為艙內(nèi)和艙面)之間貨物重量的合理地分配比例。六、保證船舶適度穩(wěn)性的措施六、保證船舶適度穩(wěn)性的措施 對于具有兩層艙的近海和遠洋的萬噸級貨船的經(jīng)驗數(shù)據(jù)

22、,接近滿載時： 無甲板貨： 二層艙約35%,底艙的裝貨重量占約65%. 有甲板貨：甲板貨重量不超過10%,甲板貨的堆高一般不得超過船寬的1/51/6。二層艙加甲板上的裝貨重量之和占約35%,底艙仍占約65%。六、保證船舶適度穩(wěn)性的措施六、保證船舶適度穩(wěn)性的措施9.改變船舶與波浪的相對位置改變船舶與波浪的相對位置 隨浪中GM減少0.31.0m六、保證船舶適度穩(wěn)性的措施六、保證船舶適度穩(wěn)性的措施10.船長責任船長責任 船舶穩(wěn)性計算雖已符合要求，但船長仍應注意船舶裝載、氣象和水文等情況，并謹慎駕駛和操作。六、保證船舶適度穩(wěn)性的措施六、保證船舶適度穩(wěn)性的措施其他可能采取的措施包括：其他可能采取的措施包括： 避免操舵角度過大,調(diào)整航向減少船舶橫傾角度,并應迅速查明原因。 注滿或排盡自由液面影響大的液艙內(nèi)液體。 在艙位較低、自由液面影響小的液艙注入壓載水； 將較高艙位液體或貨物移至較低艙位； 進入就近港口以進行有助于降低重心高度的港口作業(yè)； 拋棄部分甲板貨或選擇合適淺灘主動擱淺等。 9 9 船舶穩(wěn)性船舶穩(wěn)性9-89-8 船舶穩(wěn)性資料的應用船舶穩(wěn)性資料的應用一、船舶穩(wěn)性資料的主要內(nèi)容一、船舶穩(wěn)性資料的主要內(nèi)容 船舶設計或建造部門負責向船舶提供經(jīng)船檢部門(船級社）核準的船舶穩(wěn)性報告書(Stability report)或船舶裝載手冊(Loading Manual)或穩(wěn)性及吃水計算書(Tr