淺談2 940 kW多用途拖輪的設計

劉曉艷

（浙江省海洋水產研究所 舟山316021）

?

淺談2 940 kW多用途拖輪的設計

劉曉艷

（浙江省海洋水產研究所 舟山316021）

［摘 要］隨著物流量的不斷增長以及港口發展與國內外大噸位船舶進出港的實際需要，迫切需要一些功率大且具有供水、供油、拖帶、消防等多用途的拖輪投入使用；此外，我國內河與沿海大規?，F代化港口的建設、疏浚工程以及海洋開發工程的發展，也急需一批大功率多用途的拖輪及海洋平臺供應船參與配套工作。為此，設計了一種尺度適宜、布置合理、設備節能、經濟實用、發展前景好的多用途拖輪。文中以某2 940 kW多用途拖輪為例，簡要介紹該種船型的概況、設計優化、節能減排以及船東使用回饋等。

［關鍵詞］多用途拖輪；優化設計；拖曳作業；工程輔助

引 言

近年來，隨著海上油氣資源的深入發掘，海洋鉆井平臺的建造和使用得到了迅猛發展，與此同時，為平臺保障服務的多用途拖輪也得以快速發展［1］。面對激烈的市場競爭，如何降低營運成本、如何提高船舶性價比并進一步占領市場，已成為廣大船東及用戶考慮的首要問題。本文所述拖輪為一艘968總噸位、主機功率1 470 kW（雙機為2 940 kW）的多用途拖輪。由于小于1 000總噸位［2］且在主機功率4 080 ps（約3 000 kW）以內［3］，因此能充分發揮該檔次船舶的最大經濟實用性。此外，考慮海上鉆井平臺的發展需要，該型船還應具有對外供油、供水、消防及為近海石油平臺供應各種物資和拋錨使用等功能。下文將對此型船的設計進行簡要闡述。

1　總體概況

1.1船型及用途

該型船為全焊接式鋼質、單甲板、中機型、雙槳、雙導流管舵的2 940 kW多用途拖輪。其航行于近海海域， 按“CCS”有關規范入級、設計和建造，主要用于拖帶、起錨、港口作業、對外供水、供油及消防等用途。

1.2船舶主尺度及參數

主尺度及參數見表1。

表1　2 940 kW多用途拖輪主尺度及參數

1.3總體布置

全船主甲板下設8道水/油密橫艙壁；機艙設于船中部，舵機艙設于船尾部。由首至尾依次為首尖艙、空艙（P、S應急消防泵及側推艙C）、1號淡水艙（P、S）、空艙（P、S）、1號燃油艙（P、S）、機艙（2號、3號燃油艙、柴油艙、滑油艙、空艙、污油水艙等）、4號燃油艙（P、C、S）、5號燃油艙（C）、2號淡水艙（P、S）、3號淡水艙 （P、S）、舵機艙（C）、4號淡水艙（P、S）。

1.4船體結構

船體主要構件和船體材料滿足中國船級社《鋼質海船入級規范》（2006）的要求［4］。全船船體結構均采用橫骨架式。在船體強度方面，在船首結構設計上，考慮對冰區加強的要求，擴大了該船航行于我國渤海灣以北的航線使用范圍。

1.5穩 性

穩性滿足中華人民共和國海事局《船舶與海上設施法定檢驗規則》（國內航行海船法定檢驗技術規則2004）第四篇“船舶安全”第7章“完整穩性”及修改通報對近海航區的要求，運用CCS所要求的“COMPASS計算軟件”，按“拖輪計算”及“消防船計算”兩種工作狀態分別計算，均應滿足對近海航區的穩性要求。

另外在“完工圖”中，為船東增補船舶無限航區的穩性計算，以便用戶掌握，本船雖是按照近海航區設計但還是能滿足無限航區的穩性要求，船東對此很滿意。

1.6主要機電設備

1.6.1主機及推進裝置

主機選用廣柴的6320ZCd-6型柴油機2臺，額定功率為1 470 kW×2，額定轉速為525 r/min。導管螺旋槳2個，首、尾側推裝置各1個，型號為TT1000-FP，側向推力為45.2 kN。螺旋槳為4葉Cu3鎳鋁青銅，直徑為2 400 mm。

1.6.2發電機組

本船設有3個發電機組，發電機組型號為CCFJ160J-WD。柴油機型號為R6160A-4型，功率為184 kW×3；發電機型號為TFHX160型，功率為160 kW×3。

停泊發電機組1組，型號為CCFJ50J-WF，柴油機型號為4135Acaf，發電機型號為TFX-50，發電機功率為50 kW。

圖1　總布置圖

2　設計優化

2.1主尺度及船型系數的選取

船東對于此船的具體要求為：設計的拖輪航區為近海航區、能對外供水（300 t）、供油（450 t）和開展消防救助；船舶總長不超過58 m、最大吃水4.20 m以內；拖輪拖力大于400 kN、主機能使用重油以及船舶主甲板盡量預留有一定的載貨面積，以便裝載集裝箱及其他雜貨等。為此，我們參考早先所設計的CCS船級2 942 kW近海拖輪“浙普拖2012”作為該拖輪設計的母型船。

2.1.1船長的確定

根據船東要求，本船總長不超過58 m，取母型船“浙普拖2012” 2 942 kW拖輪的總長與船長作為本船的總長與船長（即LOA= 57.62 m，Lpp= 49.40 m），可以滿足船東要求。

2.1.2船寬的確定

母型船“浙普拖2012”的穩性經實船的運營使用，當拖輪滿載時，后主甲板上裝載了6～9個標準箱集裝箱后，經計算該船穩性仍然可以滿足遠海航區的要求，船東很滿意。為確保本船穩性達到近海航區的要求，我們就把型寬確定為母型船“浙普拖2012”的型寬，即： B = 12.00 m。

2.1.3吃水的選擇

當船長與型寬確定之后，經初步計算（方型系數暫取母型船的Cb= 0.723 0）。在吃水4.20 m時，該船的滿載排水量可以達到1 852.10 t。除去母型船的空船實重787.70 t，此時尚有1 064.40 t的排水量富裕。這樣，除拖輪自身航行所需的燃油供給之外，能滿足船東對外提供燃油450 t、淡水300 t，并且在主甲板上裝載250 t貨物的要求。為此，我們就把本船滿載吃水d 確定為4.20 m，滿足了船東的使用要求。

2.1.4型深的選擇

型深的選取則考慮當滿載吃水4.20 m時，要滿足海船干舷之要求［2］，因此將型深確定為5.00 m。

2.1.5估算方形系數

根據母型船：方形系數Cb= 0.723 0。

2.2布置優化

本船為雙機、雙槳，2 940 kW近海拖輪。為了增加該船的拖力，采用了活動導流管舵，使拖力增加22%～23%。經實船拖樁試驗，拖力可達到550 kN，試航航速達到14.5 kn。

本船在FR35～FR38船中位置設有400 kN液壓拖纜機一臺。從船尾至FR35拖纜機后主甲板上留有300 m2（長25.8 m，寬12.0 m）的載貨甲板，在滿足穩性要求的前提下，可裝載890 t的貨物（其中包括對外供給的油和水與裝載甲板貨物），另外可裝載6～9個標準箱集裝箱，以供鉆井平臺運輸所需物資或設備之用。

本船首部FR74～FR75及尾部FR3～FR4各設置一個型號為TT1000-FP 的側推器，以達到減小船舶回轉半徑、增強拖輪的靈活性并能滿足鉆井平臺對船舶平移靠泊的基本要求。

本船設置503 t艙容的燃油艙及319 t艙容的淡水艙。除保證本船所需的油水之外，在油泵的配置上，增設1臺功率為18.5 kW的燃油輸出泵；在水泵的配置上，配置1臺功率為22 kW的水泵。實現了對外供油及供水的功能。

在居住甲板上增加1艘救助艇，以提高自身的救生和對外的救助能力。

為更好提高船舶在實際使用過程中的實用性（比如安排停泊施工時的人員住宿或休息，放置部分施工設備和材料等），我們調整了甲板艙室中央空調艙室的面積和位置，增設1間備用艙室。

在考慮艙室布置時，將船員鋪位設定為14人。這樣既滿足中華人民共和國海事局有關該船最低船員配員的要求（12人），也可免設醫務室，有利于降低船舶建造成本。

本船在考慮船舶干舷和設計吃水時，當無貨載運、滿載燃油和淡水時的吃水為3.80 m。滿載設計吃水為4.20 m，此時可另增加250 t載貨量，均滿足《法規》對近海航區的穩性要求，使本船具有近海供應船的功能［5］。

3　多功能的作業能力

3.1拖曳功能

本船在井口密集，海底布滿管線和電纜的復雜海域中為各類作業平臺進行移位和就位，并作為鉆、采平臺或海上其他飄浮物遠距離拖航的伴航船及距岸200 n mile之內航線上的拖航主拖船［6］。

本船在FR35～FR38船中位置設有400 kN液壓拖纜機1臺。拖纜機設液壓剎車裝置（液壓制動力達到1 000 kN），液壓拖纜系統，應急釋放，拖纜張力測試顯示，放纜長度測量警報和控制系統，可分別在駕駛室和機房進行操作。

在船首樓甲板上前方設1臺60 kN液壓絞車，起拋錨作用，亦可供旁拖作業時牽引纜索之用。

3.2港口作業功能

本船首部FR74～FR75及尾部FR3～FR4各設置一個型號為TT1000-FP的側推器，以達到減小船舶回轉半徑、增強拖輪的靈活性并能滿足鉆井平臺對船舶靠泊的基本要求。在港口作業時，由于拖輪的功率大、強度高、穩性好、操作靈活，所以中大型船舶進出港口或移泊時，因航道狹窄船舶不能動車，必須使用拖輪引航及協助靠港。

3.3起錨功能

該船首部設置起錨架，可協助大中型非自航工程船舶進行起錨、拋錨或移錨作業。

3.4供應功能

此船可為海上作業的各類工作平臺或其他工程輔助船舶進行油、水供應及鉆采器材等物資的運輸和平臺倒班人員的接送等［7］。

3.4.1甲板貨供應

在船尾至FR35號拖纜機后主甲板上設有較大的甲板載貨區，載貨區總面積為300 m2（長25.8 m，寬12.0 m）。在滿足穩性要求的前提下，可裝載890 t的貨物， 另可裝載6～9個標準集裝箱，以供鉆井平臺運輸所需物資或設備之用。

3.4.2液貨供應

此船除保障自給的油、水以外，還可對外提供450 t燃油和300 t淡水。

3.5對外消防功能

羅經甲板上設置2門消防炮，可用于對外消防。

4　節能減排

為節能減排，這次船舶主機所選用的6320ZCd-6型柴油機，其排放標準已達到國際排放標準-2 。除了船舶停航前后的一小時是燃用輕柴油，其余時間均使用重柴油。為此，在船舶機電設計中，較母型船增加了使用重油的配套設施以及廢氣對重油的加溫系統，從而提高了船舶的經濟性。

本船雙機功率較大，續航力達到3 000 n mile，所以從降低營運成本角度考慮，采用1 500～3 000 s重油主機方案，即選用廣柴的6320ZCd-6型中速機作為該船的主機，并且在機艙棚中增設2套廢氣鍋爐。經過廢氣加熱的導熱油對燃油艙、燃油沉淀艙、燃油日用油柜以及燃油管系的重油進行加溫和保溫，提高了主機廢氣能量的利用率，從而降低能耗與營運成本。為保證重油的正常使用，在燃油系統中，增設1套燃油供油單元、3臺燃油、滑油分油機以及加熱盤管等設備。在生活設施中，由于采用高溫的導熱油對淡水進行加溫以獲得日用熱水并用于廚房、浴室、盥洗室等處，因而可免除熱水壓力柜，降低整船的用電負荷，從而減小該船舶發電機組的總功率。

設計時，總噸位盡量控制在1 000以下，以降低門、窗設備的配置等級和免設固定CO2滅火系統及設施的配置，并可降低船員等級的要求，達到降低運輸成本的目的。

5　結 論

截止2010年底，我們設計的該船型拖輪已成功建造7艘（4艘CCS和3艘ZC）。經實船拖樁試驗，拖力可達到550 kN，試航航速達到14.5 kn。該船型深受船東及用戶的好評。

與母型船相比，這次船舶設計的選型與優化取得一定成績。我們主要從以下兩方面予以考慮：

（1）要以船東的需求作為我們的基本設計要求，建造用戶所需要和滿意的船舶；

（2）設計時應在滿足船舶現行法規和規范的前提下，在考慮與確定設計方案過程中， 盡可能統籌兼顧，既要降低船舶的建造成本，又要最大化地提高該船舶的技術性能，拓展其使用功能與使用范圍，同時又能達到降低能耗與營運成本之目的，提高船舶的使用性和經濟性。

［參考文獻］

［1］ 傅華.國內外拖船的現狀及發展趨勢［J］.船舶，2010 （4）：6-10.

［2］ 中華人民共和國海事局.國內航行海船法定檢驗技術規則［M］. 北京：人民交通出版社，2004：57-64，110-146.

［3］ 中華人民共和國交通部. 交通部2004第7號令-中華人民共和國船舶最低安全配員規則［S］. 2004.

［4］ 中國船級社.鋼質海船入級規范［M］. 北京：人民交通出版社，2006：309-313.

［5］ 顧敏童.船舶設計原理［M］.第2版.上海交通大學出版社，2001：97-130.

［6］ 李丹丹. 4 000 hp全回轉多用途工作船的設計特點［J］.船舶，2007（2）：39-46.

［7］ 管鳳武.全新的10 000 HP多用途拖輪［J］.船舶，2002（5）：18-21.

Design of 2 940 kW multi-purpose tug

LIU Xiao-yan
（Marine Fisheries Research Institute of Zhejiang， Zhoushan 316021， China）

Abstract：With the increasing logistic quantity and the development of port， as well as the practical arrival and the departure demand for large-tonnage ships， there is an urgent need for the high-power multi-purpose tug with water and oil supply and fire proofing system. In addition， for the construction of inland and coastal large-scale modernized port， and the development of dredging and ocean development engineering projects， a group of high-power multipurpose tugs and offshore supply vessels are urgently required to be involved in the supporting work. A multi-purpose tug is then designed to be characterized of appropriate dimension， reasonable arrangement， energy-saving equipment，economy and practicability with great development prospect. Taking a 2 940 kW multi-purpose tug for example， this study briefly introduces hull form， design optimization， energy saving， emission reduction and the feedback of ship owners， etc.

Keywords：multi-purpose tug； optimization design； towing operation； project assistant

［中圖分類號］U662

［文獻標志碼］A

［文章編號］1001-9855（2016）03-0039-06

［收稿日期］2015-10-21；［修回日期］2016-01-27

［作者簡介］劉曉艷（1984-），女，助理工程師，研究方向：船體設計。