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无压舱水船舶设计理念
据国际海事组织统计，全球船舶压舱水转运总量年均超过40亿吨，相当惊人，而其主要用途仅仅为了保持船舶稳性。船舶压舱水不仅耗费大量能源、人力和物力，而且已经成为当前海洋四大污染源之一。国际组织、地区法规和各国政府有关压舱水的限制和处罚越来越严厉，但是人们在如何彻底解决船舶压舱水课题上却遇到难以想象的严峻挑战。不少人煞费苦心，采用形形色色的方法对付压舱水，其中有过滤、加热、紫外线照射、臭氧处理、脱氧、电离、化学杀虫剂，等等。这些方法各有神通，但是无法一劳永逸地解决船舶压舱水带来的种种祸害。尤其是压舱水处理剂之类，因为本身是化学品，也会产生有毒物质，且不谈价格昂贵，经营管理成本高。
在日本政府大力资助和推动下，日本造船研究所从2001年起一直致力于开发无压舱水船舶；2003年，日本船舶技术研究协会决定提升无压舱水油轮为日本国家工程项目；参与该项目的船厂和造船科研单位有Hi、IHI、NK和日本造船研究所，这些单位联合成立了日本NOBS设计建造研究所。
目前无压舱水船舶设计理念有多种，其中首推V型船身的无压舱水超大型油轮，其特点是船体下半部分更加细长，船底呈现明显向下突出的V型，促使船舶水尺深度足够配合船舶空载重量。代号为“最佳”的第一种无压舱水船体设计方案的主要目的是设计建造在无水深限制航道，如波斯湾航运的无压舱水船舶，其船体型深为35米，满载吃水27米，船身最大宽度为56米，载货量超过300 000吨。代号为“马六甲型”的第二种无压舱水船体设计方案是建造适合于从波斯湾经马六甲海峡至远东的船舶，其船身最大宽度可达79米，型深为30米，满载吃水为21米，载货量为280 000吨。通过电脑模拟测试初步证实，“最佳”型无压舱水油轮可以顺利地在风浪不大的海洋上航行；而“马六甲型”无压舱水油轮的航行情况较差，原因是其船体加宽后造成船底部分在水中深度不足；如遇到狂风恶浪，这两种类型的所谓无压舱水油轮的备用压水舱内必须分别打进15 000吨和35 000吨压舱水，以增加其航行稳性。在同样条件下，传统特大油轮（VLCC）则必须载有至少80 000吨压舱水才能达到国际船舶防污染公约所规定的船中吃水不少于8.4米的标准，可见所谓无压舱水油轮的优势还是十分明显的。其设计理念并没有被“无压舱水”所约束，在船体内还是安排备用压水舱，可以在航行途中根据天气和风浪情况决定在备用压水舱中打进多少压舱水。
V型船身无压舱水船舶设计理念可以在最大限度内让船体瘦身，可以减少航行中的阻力，其中“最佳”型无压舱水油轮减少33％，“马六甲型”无压舱水油轮减少25％。总而言之，V型船身设计尽管遇到狂风恶浪时还是需要打进压舱水，但还是在相当大程度上解决了压舱水所带来的种种问题。通过提高污水沟高度和适当增加船底平面宽度等技术措施，是可以在大风大浪中安全航行的。根据日本NOBS设计建造研究所于2006年12月初向媒体提供的资料，苏伊士型油轮的建议船底倾斜角为12.5度，水尺3米；超大型油轮（VLCC）的建议船底倾斜角为10.8度，水尺3.10米；此外，合理加宽船体，均匀分布船舶排水量，以最大限度提高船舶载运能力和优化船舶推进效率。必须指出，散货船、油轮，尤其集装箱船舶在满载货物时需要压舱水并不多，问题是空载时必须携带足够多的压舱水，确保船舶平稳安全。
其二是贯通流系统船身设计方案。所谓贯通流系统就是用来替代货舱四周压水线以下纵向结构的传统型压水舱，其最大特点是把原来的封闭式压水舱改为开放式，在船头压水线下设置进水口，船尾设置排水口，海水从船艏进口处涌入，再迅速地从船尾排水口排出，既可起到原来的压水舱作用，又可以减少船舶负荷。利用进出口水流的不同压力，控制贯通水舱内的水流速度，同时又能够确保不会把海水带到另外的地方，从而达到国际海事组织保护海洋环境的种种规定。毫无疑问，所谓贯通流系统中的压水舱是迄今革新意义最大的造船理念，其最大缺点是，尽管改成贯通流系统，压水舱仍然占有船舶相当大空间，而且由于船舶结构的需要，除了纵向压水舱外，还得保留部分无法改为贯通流系统的横向结构压水舱，而这些压水舱内的水仍然会把污染物带来带去。目前，造船专家们正在集中力量攻克这个难关，把主要精力放在尽量压缩一时无法彻底取消的横向结构压水舱容积。贯通流系统压水舱的最大缺点就是增加航行船舶的阻力，通过进一步改进流体动力设计，这些问题中的大部分可得到解决。
其三是单一结构船身。单一结构船身设计方案的最大优势是通过在船底设置一个向后开放的内凹，其船底形状犹如一只倒置的前封后开的拖鞋。这种船型可以促使船舶轻载时产生较大的水尺；但是这种设计方案的缺点是与传统船型相比，其船身湿面积大幅度扩大；通过船底两侧向下排放发动机废气所产生的空气润滑作用，这一不足之处可以降到最低限度，还可让废气中的二氧化碳、一氧化碳、各种颗粒污染物和硫化物溶解在海水中，从而减少船舶对空气和港口环境所造成的威胁。目前这种单一结构船身型船舶已经在荷兰代尔夫特大学试造成功，其载重量为4 000吨，船速为14节，没有压水舱，从试航检测来看，基本上达到所谓真正无压舱水船舶的标准。
日本NOBS设计建造研究所通过无压舱水油轮船模和常规油轮船模系列测试，通过电脑反复比较两者船舶推进效率、波浪摩擦力、空载和重载船舶在波浪中的动态，结果发现：
1.无压舱水油轮和常规型油轮船模的船艏受到波浪拍打的压力以及推进器飞车发生频率竟十分相似；这就是说，无压舱水油轮完全可以像载有占船舶总排水量30%～40%的压舱水的传统油轮那样安全航行；
2.无压舱水船舶并非绝对排斥压舱水的必要性，但是其必要时加载压舱水用量不超过传统油轮的1/4；
3.实验证明，在同样满载条件下的革新型无压舱水油轮的推进效率略低于传统型油轮；但是在空载条件下，革新型无压舱水油轮的推进效率高出传统型油轮6.4%，也就是说革新型无压舱水油轮在空载条件下可以减少发动机耗油量，从而大幅度节约油轮航次费用；
4.实验证明，所谓革新型无压舱水油轮和传统油轮一样船体坚固、顶风抗浪能力优越，完全可以适航于汪洋大海；
5.革新型无压舱水油轮航行性能更加稳定，其船体颠簸晃动频率竟然低于传统型油轮，因此革新型无压舱水油轮不需要加装舭（减摇）龙骨，节约大量造船资金；
6.由于增强船舶结构和船舶宽度，选用超强度钢材，革新型无压舱水油轮的自重增加大约4500吨，其中苏伊士型油轮造价增加520万美元，超大油轮(VLCC)造价增加650万美元，而且其船用发动机功率分别需要一定程度增强，这种所谓缺点完全可以被其优越的推进效率而弥补；经过核算，在空载条件下的苏伊士型油轮可以节约动力消耗5%～ 7%，超大型油轮(VLCC)可以节约6%～7%，大约在15年之内，革新型无压舱水油轮的额外增加造价可以全部被收回，而其无压舱水优越性能所带来的巨大优势却是难以用金钱估量的。
日本NOBS设计建造研究所认为，革新型无压舱水油轮的适航性和运营性现在已经达到国际海事组织法律法规标准。革新型无压舱水油轮特别适合于海洋环境保护法律法规日趋严峻的当代社会，完全符合国际海事组织（IMO）颁布的船舶操作规范等法律法规。
尽管迄今还没有一种完全可以实际使用和有竞争力的无压舱水船舶设计方案，但日本NOBS设计建造研究所的成果表明，无压舱水船舶设计理念和方案完全切实可行，至少让最悲观的人们看到从根本上解决压舱水问题的光明。 |
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发表于 2007-12-3 19:20
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