張鵬翀 高學(xué)英

【摘 要】 為使12 000 t抬浮力打撈工程船更加適應(yīng)東海海域作業(yè)和市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)要求，探討船型方案優(yōu)化設(shè)計(jì)，從滿足東海水域應(yīng)急搶險(xiǎn)打撈作業(yè)所需性能要求和提升船舶參與市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)能力兩方面出發(fā)，對(duì)母型船的主尺度、主推進(jìn)電機(jī)功率和主推進(jìn)方式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。結(jié)果表明，該型船舶采用全電力推進(jìn)系統(tǒng)加常規(guī)直推軸系的推進(jìn)方式，相比母型船，具有更高的穩(wěn)定性和易維護(hù)性。

【關(guān)鍵詞】 東海水域;主尺度;主推進(jìn)電機(jī)功率;直推軸系推進(jìn)系統(tǒng)

0 引 言

抬浮力打撈工程船是打撈工程船的重要船型之一，其抬浮力打撈方式與其他打撈方式相互補(bǔ)充、相互配合能夠有效提升打撈作業(yè)效率。大型抬浮力打撈工程船的建成和投入使用能夠大大提高我國(guó)沿海大深度、大噸位沉船快速打撈能力，有效降低因難船造成航道港口堵塞或海洋環(huán)境污染對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不利影響，提升國(guó)家應(yīng)急處置能力。同時(shí)，大型抬浮力打撈工程船的市場(chǎng)應(yīng)用前景廣泛，不僅能用于大型貨物的運(yùn)輸，還能用于海洋石油和天然氣勘探開(kāi)采中所需的大型海上裝備的裝載和運(yùn)輸，以及大型組塊的浮托法安裝。目前上海打撈局為更好適應(yīng)東海海域作業(yè)需求和滿足市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)需要，在以廣州打撈局所屬的12 000 t抬浮力打撈工程船為參考母型船的基礎(chǔ)上，對(duì)船型和動(dòng)力裝置進(jìn)行了局部?jī)?yōu)化和調(diào)整。

1 母型船主要技術(shù)指標(biāo)

以2017年建成的廣州打撈局12 000 t抬浮力打撈工程船“華洋龍”號(hào)（見(jiàn)圖1）為母型船。該船是鋼質(zhì)、全電焊、流線型船首、短艏樓、方形尾、寬敞平整作業(yè)甲板、電力推進(jìn)的自航半潛打撈工程船，具有快速調(diào)載功能，單邊抬浮力可達(dá)到12 000 t，兩船成對(duì)協(xié)調(diào)作業(yè)時(shí)抬浮力最大可達(dá)到24 000 t，船尾部拉移裝載最大貨物重量不小于8 000 t。母型船主要用于大型遇難破損船舶的應(yīng)急搶險(xiǎn)打撈，以及破損船舶的裝載和運(yùn)輸，也用于海上大型設(shè)備及鋼結(jié)構(gòu)件、海上石油開(kāi)采平臺(tái)、導(dǎo)管架、船舶分段等超大件的運(yùn)輸任務(wù)，還可用于危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸。母型船主要技術(shù)指標(biāo)為：總長(zhǎng)166.6 m、型寬39.8 m、型深10.90 m;航行吃水（設(shè)計(jì)吃水）7.50 m、作業(yè)吃水8.80 m;甲板平均載荷25 t/m2、甲板有效載貨面積5 200 m2;航速約14 kn、續(xù)航力15 000 n mile;自持力60 d、最大抬浮力（單船單邊）12 000 t;主發(fā)電機(jī)組3 470 kW？臺(tái)、停泊發(fā)電機(jī)組950 kW？臺(tái)、應(yīng)急發(fā)電機(jī)450 kW？臺(tái);主推進(jìn)器功率4 500 kW？臺(tái)、艏部側(cè)推1 600 kW？臺(tái);動(dòng)力定位為DP2級(jí)、錨泊定位200 kN？臺(tái);液壓千斤頂系統(tǒng)4 500 kN？8臺(tái)。

2 主尺度優(yōu)化

母型船方案主要是針對(duì)南海海域海況設(shè)計(jì)的，而針對(duì)以50～120 m左右長(zhǎng)涌浪為主的東海水域海況特點(diǎn)，為提升抬浮力打撈船在應(yīng)急搶險(xiǎn)作業(yè)時(shí)對(duì)海況的適用性、延長(zhǎng)海上作業(yè)時(shí)間窗口，并保證作業(yè)時(shí)的安全性、作業(yè)人員的舒適性，在船型優(yōu)化時(shí)需將船舶的耐波性（縱搖和升沉）作為船舶性能要求的重點(diǎn)因素加以考慮。船舶耐波性的關(guān)鍵因素是船長(zhǎng)（水線長(zhǎng)度）。從耐波性理論可知，增加船長(zhǎng)可以改善船舶在波浪中的縱搖和升沉運(yùn)動(dòng)，其主要影響參數(shù)是波長(zhǎng) 與水線長(zhǎng)L的比值 /L，通常：當(dāng) /L≤0.75時(shí)，運(yùn)動(dòng)幅度不大;最大的縱搖發(fā)生在 /L=1.0～1.5范圍內(nèi);當(dāng) /L>1.5時(shí)，不可避免將發(fā)生較大的縱搖和升沉運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)波高為2.5 m時(shí)，對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)約120 m，只有當(dāng)船舶水線長(zhǎng)L不小于160.0 m的情況下才能滿足/L≤0.75的條件;考慮到優(yōu)化方案中船舶（以下稱作“新造船”）建成后進(jìn)行深遠(yuǎn)海作業(yè)的可能性較大，深遠(yuǎn)海涌浪條件更為惡劣，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)加長(zhǎng)水線長(zhǎng)度。綜合考慮耐波性和實(shí)際作業(yè)需求，將新造船船長(zhǎng)在母型船166.6 m的基礎(chǔ)上增加約2.4 m，即船長(zhǎng)約為169.0 m是較為合適和經(jīng)濟(jì)的。

此外，新造船船寬和型深與母型船保持一致，分別為39.8 m和10.9 m。水線面面積大，能夠確保船舶具有良好的完整穩(wěn)性和破艙穩(wěn)性能力，且可裝載重量約13 500 t的JU2000E型自升式鉆井平臺(tái)等大件海洋工程貨物。

3 推進(jìn)方式優(yōu)化

母型船從以提高作業(yè)可靠性、提升船舶整體性能出發(fā)，采用了全電力推進(jìn)加全回轉(zhuǎn)吊艙槳的推進(jìn)方式。新造船不僅要在確保滿足東海深水水域搶險(xiǎn)打撈作業(yè)要求的同時(shí)，還要能夠兼顧海上大型貨物裝載和長(zhǎng)距離航行的運(yùn)輸任務(wù);因此，新造船需要對(duì)推進(jìn)端的推進(jìn)形式在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性方面作進(jìn)一步論證和調(diào)整。

3.1 推進(jìn)功率調(diào)整

母型船的吊艙推進(jìn)器功率為4 500 kW。由于新造船較母型船船長(zhǎng)有所增加，導(dǎo)致船體阻力隨之加大，因此必須加大新造船的主推進(jìn)功率及推進(jìn)效率?？紤]不同型式的螺旋槳其旋轉(zhuǎn)效率及敞水效率不同，在計(jì)算確定新造船雙機(jī)雙槳電力推進(jìn)系統(tǒng)中，每臺(tái)推進(jìn)電機(jī)功率需要約5 500 kW方能滿足航速及使用要求，因而新造船主推進(jìn)功率較母型船提高了1 000 kW。由新造船航速―推進(jìn)電機(jī)功率曲線（見(jiàn)圖2）可以看出，在深靜水狀態(tài)下，當(dāng)2臺(tái)推進(jìn)電機(jī)輸出85%的總額定電機(jī)功率時(shí)，新造船設(shè)計(jì)吃水時(shí)的航速能夠不小于14 kn。

3.2 推進(jìn)方式調(diào)整

母型船采用了4 500 kW全回轉(zhuǎn)吊艙槳的推進(jìn)方式。若新造船也采用同樣推進(jìn)方式，則需要 kW功率的全回轉(zhuǎn)舵槳推進(jìn)系統(tǒng)。目前，主流全回轉(zhuǎn)舵槳配備的推進(jìn)器產(chǎn)品的功率多數(shù)限制在3 000 kW以下，若使用5 500 kW的推進(jìn)系統(tǒng)則需要高價(jià)進(jìn)口或技術(shù)引進(jìn)再生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)性不高且生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。此外，盡管吊艙式推進(jìn)系統(tǒng)自動(dòng)化水平和系統(tǒng)集成度較高，但也需要配置更多的專業(yè)電機(jī)員和高級(jí)船員對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作、維護(hù)和管理，后期船舶運(yùn)維費(fèi)用也會(huì)有所增加;當(dāng)?shù)跖撏七M(jìn)器發(fā)生故障時(shí)，需要由設(shè)備供應(yīng)商提供現(xiàn)場(chǎng)維修服務(wù)，這不僅增加了維修成本，對(duì)船舶的正常航行也會(huì)帶來(lái)一定的影響。

若新造船采用常規(guī)直推軸系推進(jìn)系統(tǒng)，雖然艉部增加設(shè)備艙室，但其線型的設(shè)計(jì)可得到進(jìn)一步優(yōu)化，通過(guò)增加分水踵及舵系，船舶的航向穩(wěn)定性比吊艙式推進(jìn)系統(tǒng)的更好。若采用常規(guī)固定螺距螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)，設(shè)備簡(jiǎn)單可靠、航行效率高，初期投資和后期運(yùn)維費(fèi)用低，更加適合長(zhǎng)距離運(yùn)輸航行。此外，直推軸系推進(jìn)系統(tǒng)能耗水平低，且可通過(guò)水潤(rùn)滑形式消除潤(rùn)滑油泄漏風(fēng)險(xiǎn)，相比吊艙式推進(jìn)系統(tǒng)更加環(huán)保。

通過(guò)技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性比選，常規(guī)直推軸系推進(jìn)系統(tǒng)更加適合新造船的工作用途和用船單位的運(yùn)維能力。

4 船型方案比較

新造船與母型船功能相同，是具有快速調(diào)載功能的自航打撈工程船，但與母型船相比，新造船主尺度和載質(zhì)量更大，耐波性更強(qiáng)，更適合大型貨物的長(zhǎng)距離運(yùn)輸;同時(shí)，兩船型在動(dòng)力系統(tǒng)方面存在較大差異，母型船采用全電力推進(jìn)加全回轉(zhuǎn)吊艙槳方式，新造船采用全電力推進(jìn)加常規(guī)直推軸系推進(jìn)方式，并加大了推進(jìn)電機(jī)功率。相較母型船，新造船推進(jìn)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、耐用，操作管理相對(duì)簡(jiǎn)單，5 500 kW功率的產(chǎn)品擁有成熟的技術(shù)且風(fēng)險(xiǎn)較低，且直推軸系推進(jìn)系統(tǒng)也能滿足DP2操作和設(shè)備冗余要求，并可發(fā)揮長(zhǎng)距離航行時(shí)的推進(jìn)高效、節(jié)能環(huán)保等作用，具有更高的穩(wěn)定性和易維護(hù)性。兩船型具體技術(shù)指標(biāo)比較見(jiàn)表2。

5 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，新造船將更加適應(yīng)東海海域作業(yè)和市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)需求，在具備12 000 t抬浮打撈能力的同時(shí)，具有DP2級(jí)動(dòng)力定位能力和半潛功能，且直推軸系推進(jìn)系統(tǒng)具有更高的可靠性、耐用性和易維護(hù)性。新造船在滿足履行公益性打撈任務(wù)的同時(shí)，兼顧市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)需求，參與大型貨物裝載與運(yùn)輸市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)現(xiàn)裝備的可持續(xù)使用和維護(hù)。