中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所 朱陳程

青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家試驗(yàn)室 趙新穎

深藍(lán)漁業(yè)工程聯(lián)合試驗(yàn)室 黃文超

與大洋性作業(yè)漁船相比，過(guò)洋性作業(yè)漁船一般尺度較小，但船員人數(shù)多，魚(yú)、油、水艙容需求高，輪機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度大。主機(jī)、齒輪箱及前端動(dòng)力輸出等設(shè)備選型的優(yōu)化，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性，減少后期維修成本。改進(jìn)通風(fēng)管道、設(shè)置獨(dú)立的配電間可以提高適居性。增設(shè)海底閥箱、對(duì)加工區(qū)排污系統(tǒng)進(jìn)行分類(lèi)處置，可以解決該類(lèi)型船舶存在的一些共性問(wèn)題。33.2m遠(yuǎn)洋雙甲板拖網(wǎng)漁船是我國(guó)過(guò)洋性作業(yè)漁船的代表性船型之一，主要在摩洛哥和毛里塔尼亞海域從事底拖網(wǎng)作業(yè)，該船雖然主尺度較小，但拖力要求較高，且具有滿足歐盟衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求的漁獲物處理和冷凍冷藏系統(tǒng)，船員人數(shù)通常為26～29人，這些配置對(duì)該船的輪機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了較高的要求。

基本情況

該船型可用于摩洛哥、毛里塔尼亞、安哥拉和塞拉利昂等西非國(guó)家近海單船拖網(wǎng)作業(yè)，多為水深100米以?xún)?nèi)的底拖網(wǎng)作業(yè)，魚(yú)貨經(jīng)凍結(jié)室冷凍后儲(chǔ)藏于冷藏魚(yú)艙中保鮮，該船在國(guó)內(nèi)建造，赴非洲時(shí)自航過(guò)洋，因此滿足無(wú)限航區(qū)要求。該船為鋼質(zhì)、雙底（機(jī)艙除外）、雙甲板、前駕駛樓、艉機(jī)型、后舷側(cè)機(jī)棚、單機(jī)、大直徑導(dǎo)管槳、單舵、配艉門(mén)架和龍門(mén)架的艉滑道拖網(wǎng)漁船。尾部線型采用適配艉滑道的寬整甲板面、圓角直艉封板；首部線型采用大外飄、前傾艏柱、SV型球艏。主要技術(shù)參數(shù)如表所示。

主要機(jī)電設(shè)備

根據(jù)船東的實(shí)際使用需求，該船建造完成將立即開(kāi)往非洲投產(chǎn)，之后在整個(gè)船舶運(yùn)營(yíng)期間內(nèi)都不再返回國(guó)內(nèi)。因此，主要設(shè)備除需滿足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)外，設(shè)備及相應(yīng)系統(tǒng)的可靠性和售后服務(wù)保障能力也是設(shè)備選型時(shí)的重點(diǎn)。同時(shí)，考慮到外方船員層次差異較大，設(shè)備及系統(tǒng)也應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，以便于船員操作。

1、主機(jī)

該船捕撈作業(yè)方式為艉滑道拖網(wǎng)作業(yè)，起放網(wǎng)通過(guò)液壓絞綱機(jī)實(shí)現(xiàn)，而液壓絞綱機(jī)動(dòng)力由主機(jī)自由端通過(guò)PTO形式提供，因此主機(jī)除能提供足夠動(dòng)力滿足航行要求外，還要求主機(jī)具有飛輪端和自由端同時(shí)協(xié)同工作的能力，對(duì)主機(jī)的選型提出了較高要求。

考慮到工況復(fù)雜，而拖網(wǎng)/起網(wǎng)工況需要在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，在主機(jī)選型時(shí)，同等功率應(yīng)選用較低轉(zhuǎn)速的主機(jī)。經(jīng)綜合對(duì)比論證，該船選用的機(jī)型其持續(xù)功率為882kW，持續(xù)轉(zhuǎn)速650rpm，與同檔功率機(jī)型比較，其低轉(zhuǎn)速下能提供的扭矩更大。

表 主要技術(shù)參數(shù)

2、齒輪箱

該船主要有兩種運(yùn)行工況：航行工況和拖網(wǎng)工況。拖網(wǎng)工況要求螺旋槳轉(zhuǎn)速低而拖力大，如采用固定速比的齒輪箱，則主機(jī)需要在低轉(zhuǎn)速下提供較大扭矩，使得主機(jī)工作的可靠性降低。如選用可調(diào)螺距槳，亦可解決該問(wèn)題。但可調(diào)槳成本較高，操作相對(duì)復(fù)雜，后期維護(hù)也難以滿足船東要求，因此，該船選用雙速比齒輪箱與固定螺距槳，在保證可用的同時(shí)，降低整船制造成本，也便于海外船員操作。

齒輪箱速比的選擇需要考慮多方面的因素，包括：主機(jī)推進(jìn)特性曲線、螺旋槳設(shè)計(jì)點(diǎn)選取、拖網(wǎng)工況需要的拖力及齒輪箱的設(shè)計(jì)要求。該船選用的速比分別為3.8：1（正常航行）與4.27：1（拖網(wǎng)工況）。

3、前端輸出動(dòng)力裝置

前端液壓泵站的選型主要取決于起網(wǎng)作業(yè)的要求，如起網(wǎng)速度及網(wǎng)具漁獲物重量。該船起網(wǎng)作業(yè)時(shí)，船舶處于低速緩行狀態(tài)，短時(shí)內(nèi)主機(jī)需要同時(shí)承擔(dān)前端起網(wǎng)負(fù)載及后端螺旋槳負(fù)載，動(dòng)力分配如果不恰當(dāng)，可能造成主機(jī)過(guò)載。為解決該問(wèn)題，該船液壓泵站采用2+2的配置方式，即每2個(gè)液壓泵為一組，在主機(jī)負(fù)荷不足時(shí)，自動(dòng)卸載一組的負(fù)荷，當(dāng)主機(jī)負(fù)荷足夠時(shí)，可兩組同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，提高起網(wǎng)效率。

主機(jī)的動(dòng)力經(jīng)過(guò)彈性元件傳遞給PTO驅(qū)動(dòng)軸以此驅(qū)動(dòng)液壓泵輸出液動(dòng)力。彈性聯(lián)軸器將主機(jī)和PTO之間的硬連接變成了彈性連接，不僅可以補(bǔ)償軸向、徑向偏斜，同時(shí)緩沖了主機(jī)的扭震，改善了動(dòng)力性能。啟閉離合器電磁閥方便切換主機(jī)動(dòng)力，離合閉合后，主機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)油泵工作，保證甲板作業(yè)裝備起放網(wǎng)作業(yè)；當(dāng)需要航行動(dòng)力時(shí)，切斷離合器，主機(jī)動(dòng)力全部用于航行，這樣保證了主機(jī)長(zhǎng)期處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速工作區(qū)間，達(dá)到了節(jié)能的目的。

機(jī)艙布置

西非國(guó)家為了保護(hù)自己國(guó)家的漁業(yè)資源，對(duì)入漁船舶的總噸位、船長(zhǎng)及船寬等有嚴(yán)格的限制，其中噸位要求最為嚴(yán)格。以摩洛哥為例，其要求在該國(guó)專(zhuān)屬經(jīng)濟(jì)區(qū)從事拖網(wǎng)作業(yè)的漁船總噸位不能超過(guò)320。為了保證漁船作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性和適居性，在優(yōu)先考慮加工作業(yè)區(qū)域、魚(yú)艙艙容及船員居住艙室的情況下，該船機(jī)艙空間受到較大限制。

該船機(jī)艙總長(zhǎng)10米，需要設(shè)置主機(jī)、齒輪箱、發(fā)電機(jī)組、制冷機(jī)組及相關(guān)附件。為了便于船員集中監(jiān)控機(jī)艙主要設(shè)備，同時(shí)隔絕機(jī)艙內(nèi)可能存在的油霧、污水等對(duì)主要電氣設(shè)備的影響，機(jī)艙內(nèi)還設(shè)置有一個(gè)獨(dú)立配電間。因此，該船機(jī)艙布置較為困難（如圖1所示）。在與輪機(jī)長(zhǎng)進(jìn)行了充分的交流溝通，了解船員的操作習(xí)慣后，該船采用了功能分區(qū)的總體布置思路，在左舷設(shè)置配電間，將右舷空間設(shè)置為制冷裝置及閥組操作區(qū)，保證主要通道及操作空間的同時(shí)，通過(guò)設(shè)備布置優(yōu)化管路安排。

圖1 機(jī)艙布置

主要管路設(shè)計(jì)

1、機(jī)艙通風(fēng)管路

該船機(jī)艙層高受雙甲板船的船型限制，扣除花鋼板及結(jié)構(gòu)后僅有2.35m，機(jī)艙通風(fēng)管路的布置難度非常大。如按照通常的布置，機(jī)艙甲板反面依次設(shè)置電纜、管路及獨(dú)立風(fēng)管，則風(fēng)管距離花鋼板的高度可能不足1.9m，人員通行困難。

為解決該問(wèn)題，經(jīng)與船體結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)工程師討論，該船機(jī)艙內(nèi)縱向及橫向的通風(fēng)管路均采用結(jié)構(gòu)風(fēng)管（如圖2所示）。同時(shí)為了保障風(fēng)管內(nèi)不會(huì)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)件而產(chǎn)生渦流，所有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)均設(shè)置在風(fēng)管外側(cè)，保證通風(fēng)效果。根據(jù)實(shí)船建造情況，結(jié)構(gòu)風(fēng)管的使用使得機(jī)艙凈空達(dá)到了2.1m，滿足正常的使用需求。

圖2 結(jié)構(gòu)風(fēng)管的典型橫截面圖

2、排污管路

在拖網(wǎng)起網(wǎng)作業(yè)時(shí)，漁網(wǎng)會(huì)將大量的海洋雜物一同帶進(jìn)船上，因此該船除按規(guī)則及規(guī)范要求設(shè)置常規(guī)的艙底水處理系統(tǒng)和生活污水處理排放系統(tǒng)外，還需要增設(shè)加工區(qū)排污系統(tǒng)。

該排污系統(tǒng)設(shè)置在漁獲物加工處理區(qū)，分為兩套系統(tǒng)。一套主要處理固體廢物，通過(guò)連接魚(yú)池的排污槽及通往舷側(cè)的排污門(mén)將原來(lái)從海洋中帶上來(lái)的固體廢物排放回海洋中。排污槽截面為邊長(zhǎng)600mm的正方形，舷側(cè)排污口面積較大，而受限于總噸及層高，排舷外出口高出水線僅650mm。根據(jù)規(guī)范要求，此處排舷外口必須保證非作業(yè)排放情況下的水密性。由于排放物可能為體積較大的海洋雜物，如采用普通管道閥件，則非常容易引起堵塞，損壞閥件的密封性能。經(jīng)與船東、供應(yīng)商多次溝通，該船在排污口上設(shè)置有一道手動(dòng)開(kāi)啟的方形刀閘閥，直徑600mm，使用蝸輪蝸桿裝置開(kāi)啟閥門(mén)，在非作業(yè)狀況下，關(guān)閉該閥，防止海水進(jìn)入。

另一套排污系統(tǒng)主要處理漁獲物清洗過(guò)程中外溢的沖洗水。加工處理區(qū)前后左右4個(gè)角各設(shè)置一個(gè)深度約為300mm的污水井，外溢的沖洗水匯集至此后，通過(guò)噴射泵將污水排出舷外?？紤]到污水中可能夾雜的少部分固體垃圾，為避免管路經(jīng)常堵塞，該系統(tǒng)的管路及噴射泵排量的實(shí)際取用值均較常規(guī)計(jì)算值偏大。

3、海水管路

該船輪機(jī)設(shè)備，包括主機(jī)及制冷機(jī)組等所需的冷卻水量較大，同時(shí)還需滿足漁獲物加工沖洗的要求，因此整船海水使用量非常大。而受限于機(jī)艙尺度，該船海水總管長(zhǎng)度較短，實(shí)際可用長(zhǎng)度不足5米，水泵布置非常集中，極易造成海水總管搶水現(xiàn)象，進(jìn)一步形成汽蝕，大大降低了設(shè)備的使用壽命。

為解決該問(wèn)題，該船較常規(guī)船舶增設(shè)1個(gè)海底閥箱。兩舷側(cè)各設(shè)置一個(gè)高位海底閥箱，另在船中處設(shè)置一個(gè)低位海底閥箱，全船共設(shè)3個(gè)海底閥箱。在增加海水供給的同時(shí)，增加了海水管路的長(zhǎng)度，水泵也可根據(jù)使用情況分散布置，降低了管路的布置難度，也有利于后期對(duì)管路及系統(tǒng)的維護(hù)。

漁獲物冷凍冷藏系統(tǒng)

該船的漁獲除滿足國(guó)內(nèi)需求外，一部分漁獲銷(xiāo)往歐洲和日本，這些區(qū)域的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求較高，該船為漁獲配置了冷藏冷凍功能，漁獲物經(jīng)簡(jiǎn)單分級(jí)整理后，立即進(jìn)行速凍，由于漁獲體形較小，該船采用液壓式平板速凍機(jī)，漁獲出凍時(shí)間為4～6小時(shí)，可以提高漁獲處理線的流轉(zhuǎn)速度，冷藏艙的冷藏溫度設(shè)置為-25℃，側(cè)壁和頂面使用冷藏盤(pán)管?？紤]到船員操作水平和使用習(xí)慣，該船采用活塞式制冷壓縮機(jī)。該船的制冷系統(tǒng)原理圖如圖3所示。

圖3 該船制冷系統(tǒng)原理圖