周艦，李淵，周霖

（海洋石油工程股份有限工程設(shè)計(jì)公司，天津 300450）

12000kW海洋拖輪系柱拖力試驗(yàn)與分析

周艦，李淵，周霖

（海洋石油工程股份有限工程設(shè)計(jì)公司，天津 300450）

隨著世界貿(mào)易的不斷發(fā)展，海運(yùn)業(yè)復(fù)蘇呈現(xiàn)蓬勃的態(tài)勢(shì)，為了降低運(yùn)營(yíng)成本和提高競(jìng)爭(zhēng)力，海運(yùn)船舶噸位不斷增加；同時(shí)，海洋無(wú)動(dòng)力半潛船等無(wú)動(dòng)力作業(yè)船，海洋導(dǎo)管架式、坐底式等鉆井石油平臺(tái)的迅速發(fā)展，都對(duì)海上拖輪性能提出了更高要求。海洋拖船航行于無(wú)限航區(qū)。主要用途是能進(jìn)行海上船、駁、鉆井平臺(tái)等的拖航工作；兼顧海洋工程作業(yè)；能進(jìn)行海洋工程船起拋錨作業(yè)，能適量裝運(yùn)甲板貨，并能對(duì)外供油、供水、供電。因此，海洋拖輪的拖帶能力（即系柱拖力）的大小直接決定了該船舶的綜合指標(biāo)，也是特定船型和機(jī)槳條件下船舶的外特性指標(biāo)。

12000kW海洋拖輪；系柱拖力；拖力試驗(yàn)與分析

1 船舶主要尺度及參數(shù)

船舶總長(zhǎng)為89．96m，垂直間長(zhǎng)為80．00m，型寬為17．2m，型深為 8．5m，設(shè)計(jì)吃水為 6．50m，最大設(shè)計(jì)吃水為6．80m，設(shè)計(jì)肋距為0．60m。其主推進(jìn)系統(tǒng)采用雙機(jī)、雙可調(diào)螺距螺旋槳、雙固定導(dǎo)管、雙襟翼舵，船首為前傾式，船尾為巡洋艦式，在船首設(shè)有兩臺(tái)首側(cè)推裝置。主要推進(jìn)設(shè)備WARTSILA 9L38主機(jī)(MCR)功率為6000kW，相應(yīng)轉(zhuǎn)速514～750r/min，共兩臺(tái)主機(jī)。設(shè)計(jì)穩(wěn)定系柱拖力（正拖）為200T。

2 試驗(yàn)大綱

主要根據(jù)中華人民共和國(guó)船舶標(biāo)準(zhǔn)（CB/T3430-92）《海洋及港作拖船系柱拖力試驗(yàn)方法》及CCS發(fā)行的系柱拖力證書(shū)大綱指導(dǎo)信息制定的，并且考慮了建造船廠碼頭的實(shí)際情況。主要包括如下內(nèi)容。

2.1 試驗(yàn)的要求和狀態(tài)

系柱拖力試驗(yàn)應(yīng)由船東、驗(yàn)船師及船廠共同進(jìn)行。試驗(yàn)前，應(yīng)做好所有的準(zhǔn)備工作，吃水和縱傾應(yīng)調(diào)整到設(shè)計(jì)狀態(tài)，所有用于試驗(yàn)的工具和人力都應(yīng)準(zhǔn)備好。根據(jù)附近海域的潮汐表定好試驗(yàn)日期和時(shí)間，確保試驗(yàn)時(shí)碼頭帶纜樁及海況符合試驗(yàn)要求。

2.2 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)的條件主要包括氣象條件、水域條件、試驗(yàn)裝備條件和拖輪工況。

試驗(yàn)時(shí)，氣象條件：最大風(fēng)速不能超過(guò)5m/s；能見(jiàn)度不能少于500m；氣溫在-10～40℃之間。水域條件：航道應(yīng)寬而平，無(wú)波無(wú)浪；潮水不超過(guò)1．5m/s；從拖船船底算起的水深大于拖輪船吃水的2倍，且不小于10m；拖繩（即鋼絲繩）長(zhǎng)從尾到碼頭不小于3～4倍船長(zhǎng)，此次試驗(yàn)鋼絲繩長(zhǎng)度約為360m左右；拖繩的破斷負(fù)荷應(yīng)小于設(shè)計(jì)的最大系柱拖力200t，試驗(yàn)用繩的實(shí)際破斷拉力為4200kN。

試驗(yàn)的裝備主要包括500t應(yīng)變片拉力傳感器、拉力信號(hào)采集和顯示等，如圖1所示。測(cè)試系統(tǒng)的精度達(dá)到0．3%，且可以實(shí)時(shí)的采集、保存和顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)調(diào)節(jié)船上拖力顯示系統(tǒng)。

圖1 拖輪系柱拖力測(cè)試系統(tǒng)示意圖

2.3 試驗(yàn)方法

在船建造好并經(jīng)航行試驗(yàn)合格及用于試驗(yàn)的儀器安裝完之后進(jìn)行系柱拖力試驗(yàn)；拖船處于最佳狀態(tài)，縱傾基本上不超過(guò)船長(zhǎng)的1%；在試驗(yàn)過(guò)程中，拖船應(yīng)與碼頭人員聯(lián)系；用中間配有＞250T的拉力傳感器的鋼索，一端系在碼頭上的系柱樁（帶纜樁），另一端系在拖輪主拖纜機(jī)上的卷筒上。此次試驗(yàn)的拖輪設(shè)計(jì)穩(wěn)定系柱拖力（正拖）為200T，碼頭每個(gè)系柱樁設(shè)計(jì)拖力為200T，因此試驗(yàn)時(shí)改為拖帶兩個(gè)系柱樁，設(shè)備布置于甲板駁船上，如圖2。

2.4 試驗(yàn)內(nèi)容和程序

根據(jù)相關(guān)規(guī)范和規(guī)定要求，制定試驗(yàn)程序，需提交船檢和船東，經(jīng)討論確定最終試驗(yàn)程序。

圖2 拖輪系柱拖力試驗(yàn)布置圖

首先測(cè)試主機(jī)額定功率的工況下的系柱拖力和平均拖力。然后主機(jī)應(yīng)逐步調(diào)整，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)為100%MCR，且快速調(diào)整主機(jī)，以使主機(jī)能達(dá)到100%的連續(xù)功率輸出，試驗(yàn)時(shí)由主機(jī)或推進(jìn)器軸帶動(dòng)的所有輔助機(jī)械應(yīng)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。100%連續(xù)功率輸出時(shí)的穩(wěn)定拉力保持10min，應(yīng)盡量在拖船正直向前，且無(wú)任何偏向的情況下由測(cè)試記錄下拖力讀數(shù)10次，拖力測(cè)數(shù)的平均值就是正常系柱拖力。同時(shí)測(cè)量主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、槳轉(zhuǎn)數(shù)、燃油讀數(shù)、排氣溫度、主機(jī)氣缸爆炸壓力。依次減少主機(jī)功率，分75%、50%及25%主機(jī)功率進(jìn)行拖力試驗(yàn)，每檔的穩(wěn)定拉力保持10min，分10次記錄拉力表讀數(shù)、主機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)和軸功率，繪成主機(jī)轉(zhuǎn)速與拉力曲線圖。

其次進(jìn)行正車拖力試驗(yàn)，當(dāng)分別輸出50%、75%連續(xù)時(shí)做上述同樣的試驗(yàn)。還需進(jìn)行測(cè)試主機(jī)40%持續(xù)負(fù)荷狀態(tài)下的平均起始拖力值，并在1min內(nèi)增加至100%持續(xù)負(fù)荷狀態(tài)測(cè)取最大系柱拖力，如表1所示。

表1 系柱拖力試驗(yàn)記錄表

拖力計(jì)算

式中：Ti為每一試驗(yàn)間隔ΔT內(nèi)的峰值；n為規(guī)定試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)拉力測(cè)試的讀數(shù)次數(shù)。

若船東要求，還需要測(cè)定當(dāng)主機(jī)輸出110%功率時(shí)，在主機(jī)連續(xù)運(yùn)行至少1分鐘內(nèi)的拉力。

3 試驗(yàn)結(jié)果

在滿足試驗(yàn)的天氣和海況情況下，根據(jù)制定的試驗(yàn)大綱，在拖力試驗(yàn)碼頭上進(jìn)行系柱拖力試驗(yàn)。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算得來(lái)，12000kW海洋拖輪倒車拖力試驗(yàn)測(cè)試的最大拖力為194～210．32T，最大平均拖力為204．4T。正車拖力測(cè)試最大拖力為192～211T，最大平均拖力為202T。且40%功率下，其起始系柱拖力為70．3T，增加到100%功率最大系柱拖力和持續(xù)系柱拖力為 204．64T、200．36T。

4 結(jié)果分析

通過(guò)倒車拖拉工況與正車拖拉工況測(cè)試數(shù)據(jù)的比較分析，得出其最大系柱拖力值基本相同。因此海洋拖輪是采用的全回轉(zhuǎn)螺旋槳，其主機(jī)是不可換向的，因而主推進(jìn)系統(tǒng)在正、倒車工況25%、50%、75%、100%主機(jī)功率下拖力值基本上相同。正車拖拉工況是拖輪最為重要的工作工況，必須通過(guò)多次測(cè)試測(cè)量來(lái)綜合判斷正車拖拉工況表現(xiàn)的持續(xù)拖力能力，進(jìn)而提高測(cè)試判斷的科學(xué)性和合理性。該拖輪自主機(jī)40%持續(xù)功率到100%持續(xù)功率的最大系柱拖力所需的時(shí)間為55s，符合“小于1min”的時(shí)間限制要求。所有試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)及試驗(yàn)報(bào)告需送交船級(jí)社驗(yàn)船師審查，該船測(cè)得的持續(xù)系柱拖力值已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

在實(shí)船系柱拖力試驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試裝備安裝在碼頭上的甲板駁船上，因此數(shù)據(jù)采集人員與拖輪駕駛室工作人員的通訊主要依靠對(duì)講機(jī)，導(dǎo)致了該船系柱拖力試驗(yàn)中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)如主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、負(fù)荷、拖力值槳轉(zhuǎn)數(shù)、燃油讀數(shù)、排氣溫度、主機(jī)氣缸爆炸壓力等信息傳遞只能通過(guò)人工報(bào)數(shù)的形式進(jìn)行交換。造成了拖力值實(shí)時(shí)變化與主機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷不變的矛盾，測(cè)得的拖力值與實(shí)際主機(jī)負(fù)荷等數(shù)據(jù)存在一定的差異。應(yīng)該建立主機(jī)轉(zhuǎn)速-拖力值變化得曲線，根據(jù)曲線得出的拖力值更符合實(shí)際和合理性，同時(shí)也對(duì)拖輪實(shí)際生產(chǎn)中做出更好的指導(dǎo)意義。本次試驗(yàn)主要采用兩根鋼絲繩成60°拖拉碼頭系柱樁的方法，如圖2，是結(jié)合現(xiàn)有的條件的一次創(chuàng)新，既節(jié)約了成本，也為以后類似船型的系柱拖力試驗(yàn)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析，12000kW海洋拖輪的最大系柱拖力值達(dá)到設(shè)計(jì)要求（200T），其他拖力性能也符合船東對(duì)拖輪的實(shí)際需要。海洋拖輪系柱拖力試驗(yàn)必須嚴(yán)格依照規(guī)范、規(guī)定來(lái)制定試驗(yàn)大綱和執(zhí)行，同時(shí)試驗(yàn)所用的設(shè)備、工具等必須提前準(zhǔn)備到位，才能使測(cè)得數(shù)據(jù)、拖力值具有準(zhǔn)確性和合理性。然而試驗(yàn)過(guò)程中因信息傳遞等人為因素和外部環(huán)境等客觀因素影響，導(dǎo)致試驗(yàn)的結(jié)果與實(shí)際情況還是存在一些差異。采取新型試驗(yàn)方法來(lái)克服這一差異，是未來(lái)發(fā)展方向之一。

[1]林維學(xué)，徐崇輝．用新《標(biāo)準(zhǔn)》指導(dǎo)系柱拖力試驗(yàn)[J]．中國(guó)修船, 1994(5):5-7．

F550.72

A

1671-0711（2017）10（上）-0079-02