冷水团养殖工船结构改装设计优化

冷水团养殖工船在中国近海航区作业(冬季不在冰区中航行)，为钢质、单甲板、单底、双机、双桨、柴油机推进的尾机型冷水团养殖工船，总长86.0m，垂线间长81.1m，型宽18.0m，型深5.2m。该船建于2006年，原为甲板运输船，2016年进行了第一次改装，此次冷水团养殖工船改装项目是在前次改装的基础上进行的二次改装，任务要求在两次作业间隔间完成改装。改装的主要目的是增设起捕加工系统，针对深海冷水团养殖的三文鱼进行起捕与初级加工，实现起捕渔获的自动化加工。为此，增设一个100m2的大型加工间。起捕渔获时，通过甲板尾部的吊机，放下设置在尾部的吸鱼泵的吸鱼管，通过吸鱼泵将渔获输送到船中部的加工间，经过自动化加工设备的处理后，将包装好的渔获放在加工间附近，最后通过吊机将加工产品转运至另一艘运输船上。移位的左舷艉吊机，以及新加的右舷艉吊机和舷侧吊机的有限元强度核算时间紧任务重。

第一次改装按中国船级社《钢质海船入级规范》(2015)计算设计，此次改装相应的规范也更新为中国船级社《国内航行海船建造规范》(2018)。

船舶结构现状

冷水团养殖工船第一次改装后主甲板下设置14个养鱼水舱(1 舱备用)，主甲板上设置饲料舱、颗粒饲料间和渔获库便于投喂，设置冷藏的肉库和蔬菜库，保障养殖工船在海上长期作业的物资需求。两舷增设的长甲板室依次布置为：左舷从艉至艏为液压泵间、颗粒饲料间(P)、加工间(预留)、渔获库、肉库、蔬菜库、冷凝设备间；右舷从艉至艏设有更衣间、鱼类孵化室(预留)、颗粒饲料间(S)、育苗实验室、监控间&值班室、健身室&娱乐室、设备间，长甲板室甲板面结构布置(如图1所示)。

图1 甲板面结构图

该船船体结构构件按照中国船级社《钢质海船入级规范》(2015)对近海航区船舶的要求进行改装设计计算，全船采用焊接结构，其中船用结构钢均采用CCSA级焊接材料，在一些特殊结构，如主机座纵桁与外板、肋板的焊接等均采用低氢焊条。

全船为混合骨架式结构，改装甲板室采用横骨架式结构。船体结构的改装设计保证了构件的连续性，满足规范强度。

改装结构内容

本次改装主要内容为：①原No.1、No.2储物舱改装为冰浆舱和冰舱；②主甲板上增设加工间；③新增吊机基座加强(左舷船艉、右舷船艉、上建舷侧)；④右舷增加200×220钢质护舷材；⑤增加舷墙。改装内容按照中国船级社《国内航行海船建造规范》(2018)及其修改通 对近海航区船舶的要求进行设计计算。全船采用焊接结构，其中船艉基座面板、部分桁材腹板、肘板、以及舷侧吊机基座筒体采用AH36，与其焊接的焊接材料级别采用1Y(CCS《材料与焊接规范》)，其余船用结构钢均采用CCSA级焊接材料。

1、冰舱和冰浆舱改装

主船体原No.2储物舱内设冰舱，增设1050、3250平台(如图2、图3所示)，并布置片冰机和提升机，舱内设两个逃生通道，左舷设梯道通往开敞主甲板，设直梯通往主甲板加工间(如图6所示)。原No.1储物舱改装为冰浆舱增设2600平台(如图4所示)，并布置冰浆系统；该舱为偶尔出入处所，舱内设一个逃生通道通向开敞主甲板。本次改装在利用原有构件的基础上，恢复一处主甲板下方支柱的设置，实现构件的连续性，尽可能降低改动量和施工量，节省工时。

图2 1050平台结构图 图3 3200平台结构图

船厂施工掀开冰舱底部内装时，由于冰舱右舷管子影响1050平台底板焊接，考虑到不影响舱容，做了局部升高减少改装量(如图5所示)。

图4 2600平台结构图 图5 典型横剖面结构图

为方便片冰机吊装，现场据实物开工艺孔，图纸注明开孔处结构按照原图纸对接焊牢，减少舱口盖设置，同时不妨碍走道通行。

2、增设加工间

此次改装，因新增生产线而在主甲板前部增设封闭加工间，其中甲板上的养鱼舱给水管路与加工间相干涉的位置做相应调整，往右侧舱口移动，贴近舱口边沿，加工间甲板面结构布置如图6所示。此次增设的长甲板室(加工间)对船宽方向的过道要求较严格，受此限制，选用Π钢作为垂直桁，并使之对齐主甲板下的强构件，让力很好的传递，满足规范要求。

图6 加工间甲板面结构图

3、增设吊机并移动原有吊机

新改增左舷船尾、右舷船尾、上建舷侧共3处吊机，绘制基座加强图，按中国船级社《国内航行海船建造规范》(2018)及其修改通 的相关要求，依据吊机基座结构加强图、加工间改装图、原艉部分段结构图、原中部上建结构图、液压伸缩起重机、起重机总图，对液压伸缩起重机加强结构进行校核，计算采用通用有限元软件MSC/Patran进行前后处理，MSC/Nastran进行求解。下面举例分析上建舷侧吊机基座加强。

加强结构及相邻船体结构采用普通钢。根据规范，评估板单元中间平面的合成应力，粗 格许用应力为188N/mm2，细 格许用应力为300N/mm2，所有加强结构按照吊机基座结构加强图所述厚度建模(如图7所示)。所有板材、桁材、肘板、骨材都采用板单元模拟。边界条件为在建模范围以及主甲板处简支，即约束三个自由度的位移。

图7 有限元模型示意图

设备商提供的安装界面支反力最大倾覆力矩540kN.m，最大垂直载荷135kN，最大回转力矩68kN.m，同时施加垂向载荷，回转力矩和倾覆力矩于基座安装界面。其中，垂向载荷方向为垂直向下；回转力矩按照逆时针方向施加；倾覆力矩方向从0度开始到360之间每隔45度计算一个工况。每个工况的倾覆力矩方向示意图参照图8所示。

图8 工况对应倾覆力矩方向示意图 图9 最严重工况(LC7)的板单元的中面合成应力

用DNV PULS软件进行板格的屈曲因子计算，如图10、图11所示。如图12结果所示，起重机加强结构的强度满足规范要求，符合审图意见要求。

图10 最严重工况(LC7)的最大压应力

图11 最严重工况(LC7)的最大剪应力

图12 最严重工况(LC7)的屈曲因子0.78

4、其他结构优化

舷侧舷墙，考虑到甲板上浪后的排水要求，不做修改，仅增设艉部高度1m舷墙方便作业，保证船员安全。根据使用经验，右舷加装钢质护舷材，防止船舶靠岸时被碰撞。

船检审查优化意见

船检部门按照中华人民共和国海事局《国内航行海船法定检验技术规则》(2020)、中国船级社《国内航行海船建造规范》(2018)及其修改通 ，对本次改装的结构设计进行了审查，提出了措辞描述和安全通道，以及有限元计算应出具的计算相关内容方面，如：

改装说明应尽可能完整，送审文件内容与说明书一致，增加“改装”或“新增”等字样以示区分，统一简化舱室名称。各专业图名的统一表达和规范的正确引用，明确满足规则与规范。

新增主甲板上加工间应设置至少2条脱险通道，主甲板上加工间左舷靠艉为主要人员通道，左舷靠艏一个常规为出货通道，也作为应急人员通道。冰舱增设斜梯通道。现冰舱设置两条人员通道，其中斜梯作为主通道，直梯作为应急通道。

吊机设置的具体位置应明确体现，扩大模型横向范围，如吊机最左端距模型最左端距离应至少大于吊机直径；MPC的独立点位置应取吊机形心高度；船底纵桁和肋板在腹板高度方向应不少于3个单元；强框架在腹板高度方向应不少于2个单元；有限元计算 告中应该体现各工况所施加的具体载荷及边界条件的形式；应按规范规定来校核支撑结构抗屈曲失效的能力。

本次改装全程配合船厂进行改装施工，与船厂、船东进行技术交底，提交完工图纸和资料，项目顺利完成。根据前次改装船投入作业和使用后，在熟悉船型的基础上增加新生产线，从结构布置、规范校核、结构优化和改装施工等多方面进行了研究，此次改装进一步对吊机进行全面优化改装设计，满足最新规范规则的要求，并设有方便的通孔以便于施工及后期维修保养，增加的新生产线使船舶符合最新作业要求，此次处于船检职能过渡期，送审经验可供其他改装船设计参考。