海上浮动核电站人员疏散船方案设计

王艺 黎春梅 颉利东 夏军宝 苗怡然 张骐 李玮玮

【摘 要】海上浮动核电站人员疏散船对核电站的运行、维护和危急情况的处理具有重要意义。本文运用船舶总体设计的理论方法，对人员疏散船进行船舶主尺度、主机选型、航速、浮力、舱容、稳性、干舷和横摇周期等关键参数的设计计算，确定可行的主尺度方案。本文为促进海上浮动核电站的发展以及浮动核电站辅助船舶的设计提供参考。

【关键词】浮动核电站;人员疏散船;方案设计;船型参数

中图分类号： F426.23 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）23-0008-005

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.003

【Abstract】The personnel evacuation ship of offshore floating nuclear plant is of great importance to the operation， maintenance and crisis management of nuclear plant. According to the theoretical method of the overall design of the ship， the design and calculation of the key parameters such as the principal dimensions of ship， main engine selection， speed， buoyancy， capacity， stability， freeboard and roll cycle of the evacuation ship were carried out to determine the feasible principal dimensions scheme. This paper provides a reference for promoting the development of offshore floating nuclear plants and the design of the auxiliary ships for floating nuclear plants.

【Key words】Floating nuclear plant; Personnel evacuation ship; Conceptual design; Ship hull parameters

0 引言

核能作为21世纪重要的新兴能源，对其的开发利用占据了世界能源市场的重要地位，其中最主要的应用方向是利用核能进行发电。但是，随着一系列陆上核安全事故的发生，海上浮动核电站受到了社会各界的广泛关注[1]。浮动核电站能够远离陆上人口稠密地区，并且在远海岛屿、基地、油气资源开采平台的供电，极地科学考察以及救灾等方面具有巨大应用前景[2]。因此，开发设计海上浮动核电站及其辅助船舶具有重要意义。

正是在这种情况下，为了便于浮动核电站上的专家和工作人员往返于浮动核电站平台和陆上生活基地、远海岛屿、油气开采平台等以及危急情况下人员的安全疏散撤离，本文初步设计一艘浮动核电站的人员疏散客船。文中根据母型船资料，运用船舶总体设计的有关理论方法，对人员疏散客船进行主尺度的选择、主机选型、航速、浮力、舱容、稳性、干舷和横摇周期等进行设计计算，确定一个可行的主尺度方案。本文对加快海上浮动核电站发展，对浮动核电站辅助船舶的设计具有一定的参考意义。

1 船型的方案構思及主尺度论证

1.1 方案构思

设计方案构思的综合性强，涉及面广。就一般情况而言，船舶设计方案构思主要包括以下几个方面的内容：

（1）船型特征和总布置设想。

（2）考虑和初步选择主尺度。

（3）主要技术性能的估算与分析。

（4）其他重要方面的考虑（如船舶的主要装备、法规和规范的要求等）。

船舶的主尺度是描述船舶几何特征的最基本的参数。主尺度对船舶的运载能力、航海性能、操作使用和船舶的经济性等都有重要影响。合理的选择和确定主尺度是船舶设计中最基本最重要的工作之一，也是开展各项具体设计工作的基础。而主尺度选择的一般步骤如图1所示[3]。

1.2 主尺度选取所考虑的因素及其确定

船舶主要要素受到一系列因素的制约，如：航道、港口和船舶建造、修理厂的客观条件对主要要素有限制;船舶的各项技术性能、使用要求和经济性对主要要素的选择有很大影响。因此，选取新船主要要素时必须对影响其选择的各种因素进行综合分析。考虑到提高浮动核电站人员疏散船的经济性，方便人员疏散船快速靠近和离开浮动核电站，避免长时间靠近核电站情况下由于海浪波动造成碰撞，以确保核电站和人员疏散船的安全。因此，人员疏散船的主尺度和排水量不宜太大，以保证船舶的快速性和机动性，本文设计的人员疏散客船为80客位，主尺度和排水量较为合适。

1.2.1 母型船资料

该母型船选取的是150客位客船，其主要要素如表1。

新船的设计要求如表2。

1.2.2 船长L的选择

航线上船闸长度、停靠港的码头泊位长度、建造厂船台长度及修理厂船坞长度均限制船舶总长。

参考母型船，由于母型船是历年来的客船，其性能已经得到各方面的认可，因此本船采用与母型船相近的布置。首甲板取4m，驾驶室取3.5m，客舱取10m（一列座椅船长方向长度为1.2m，本船共7列，合计8.4m;客舱两端的过道长度为0.8m，共计1.6m），服务台取2m，储藏间取1.5m，机舱取3.0m，船员室取2m，尾甲板取2.0m，则总长取LOA=28m。

设计水线长根据下式计算[4]：

LWL=（LOA-0.3）/1.07（1）

根据公式（1），计算结果得：LWL=（28-0.3）/1.07=25.89m，取为26.0m。

1.2.3 船宽B的选择

船宽对稳性的影响最大。由于横稳性半径r与船宽的平方成正比，因此根据横稳性方程可知，增加B将引起初稳性高显著增加，但过大的初稳性又使横摇周期缩短，横摇加速度及横摇幅值均增大，这对横摇不利。从总布置来说，增加船宽对机舱、船员舱、客舱、货舱等布置都是有利的。

本船船宽按舱室内布置和稳性的要求来确定：本船客舱座椅规格为0.45×0.40×0.35（宽度×深度×间距），横向排8列;中间为走道，规范要求不小于0.7m，可取0.7m;考虑小型船设计的舷侧过道不提供旅客走动，只用来做船员洗窗壁、维修使用，其宽度按结构规范要求取0.1B左右，实取0.6m;围壁的厚度（包括装修层）取0.05m;则型宽为：B=8×0.45+0.7+2×0.6+2×0.05=5.6m。

1.2.4 吃水T的选择

在排水量Δ基本不变时，增大T可相应地减小L、B和Cb，从而减轻船体的重量，降低船价，减小船舶阻力，同時可加大螺旋桨直径，提高推进效率，改善快速性[5]。因此，在吃水受限制时，总是取设计吃水等于或接近限制值，以有利于浮力、快速性和经济性。本船的吃水取自一艘已经建好的游览船，因此取T=1.0m。

1.2.5 型深D的选择

对布置地位型船舶，船舶主体内的布置要求是选取D的主要依据。当吃水一定时，增加D即增加干舷，一则可以减小甲板上浪，二则可以增加船的储备浮力，有利于抗沉性。

实船设计中型深D的选取，除一般要满足建造规范对L/D和B/D的规定外，常根据船舶类型的不同作不同的处理，对布置地位型船、小型船舶一般按总布置要求选取D。

参照母型船的设计，因为机舱正常的运转和维修需要人员管理，按每个船员身高1.7m来算，且本船属于小型客船，取型深D=1.80m，设计吃水T=1.0m，所以干舷高F=D-T=0.8m。

3）排水量裕度

排水量裕度也叫排水量储备。在估算空船重量时，通常要考虑加一定的排水量裕度。

就一般情况而言，在初步设计阶段，排水量裕度可取空船重量LW的4%～6%。对于客船，由于舾装重量所占比例较多，且各种零星设备和材料特别多，因此要取较大的排水量裕度。

因此本船的排水量裕度去空船重量LW的6%，即70.81×6%=4.249t，新船的排水量应为85.009t，实取85t，与静水力计算所得排水量吻合，所以满足要求。

1.2.7 船型系数的选取

（1）方形系数Cb的选取

方形系数Cb是联系排水量Δ和主尺度（L、B、T）的纽带，当浮力相差不大时，保持L、B、T不变而适当改变Cb可很方便地调整浮力的大小。减小Cb有利于降低剩余阻力Rr，对于剩余阻力所占比重大的高速船，一般取较小Cb，以改善阻力性能，特别是减小Cb并增大L时快速性与耐波性的改善最显著。

实际方形系数的确定通常依船舶类型的不同而不同，对于布置地位型船，因其L、B、T往往为舱容及甲板面积要求所决定，故一般根据重量与浮力平衡的条件和吃水T相互调节综合权衡选取Cb。本船方形系数取为：Cb=Δ/ρkLBT=85/（1.0×1.01×26.0×5.6×1.0）=0.578，实取0.58。

（2）菱形系数Cp的选取

2 结论

海上浮动核电站辅助船舶对核电站的运行、维护和危急情况处理具有重要意义。本文对80客位人员疏散船进行了初步设计。在设计过程中参考了母型船资料，提出了初步的设计方案，进行了主尺度的论证、主机选型以及航速、浮力、舱容、稳性、干舷和横摇周期等重要参数的设计计算。

【参考文献】

[1]李佳佳，刘峰，赵芳.国外海上浮动核电站的产业发展现状[J].船舶工程，2017，04（39）：7-11.

[2]谭越，刘聪，王春升等.渤海湾可移动核电平台方案研究[J].海洋工程装备与技术，2017，04（3）：157-161.

[3]盛振邦，刘应中.船舶原理（上册）[M].上海：上海交通大学出版社，2003.

[4]朱珉虎.船舶设计手册[M].北京：中国标准出版社，2004.

[5]朱文康，方革成.新型游览船设计[J].江苏：江苏船舶，2009，03（3）：10-13.

[6]中国船级社.船舶法定检验技术规则[S].北京：人民交通出版社，2011.

[7]顾敏童.船舶设计原理[M].上海：上海交通大学出版社，2001.

[8]盛邦，刘应中.船舶原理（下册）[M].上海：上海交通大学出版社，2003.