新型大功率搶險打撈拖輪推進方案設計

高立峰

（交通運輸部廣州打撈局，廣州510260）

摘 要：搶險打撈拖輪可用于應急搶險打撈和重大軍事搶險工程、疏通航道和清除海上障礙物、沉船存油和海上溢油回收、對外消防和打撈現場守護、應急搶險拖帶和救援等。搶險打撈拖輪工況多、運行狀態復雜，為了兼顧船舶功能和經濟性，不僅要對船舶主尺度和總布置進行分析比較，而且特別需要對動力配置和電力系統方式進行充分論證。本文對我司新造大型搶險打撈拖輪的動力系統設計進行介紹。

關鍵詞：搶險打撈；拖輪；動力系統

中圖分類號：U661.36 文獻標識碼：A

1 前言

搶險打撈拖輪主要用于：打撈現場的守護（如起拋錨、消防、交通等）；打撈作業器材、裝備以及生活物資的供應；對其它船舶的油、水、電供應；對大型打撈作業船進行拖帶、移位；對遇險船舶或海洋平臺進行封艙、堵漏、排水、排油或抽取其他危險品等救助作業，并具備一定的海上溢油回收能力等。

為滿足在遠海、深水對應急搶險打撈作業的需要，船舶應具有良好的耐波性能，具備搭載應急搶險打撈設備（如ROV、RUV、拖曳探測設備等）的能力，滿足海底難船、小型物件探測打撈的需要。

該類型船舶的動力系統使用工況較多，一般設計時需考慮自由航行、拖帶、低速航行、定點作業以及消防作業等工況，各種工況對動力的需求存在較大的差異，設計時需綜合考慮各種使用工況。

本文以8 000 kW大功率搶險打撈拖輪為對象，對該船動力系統設計進行介紹和分析。

根據對搶險打撈的功能需求分析，本船應具有如下的能力：

（1）應急拖帶能力。通過船上配備的大功率拖纜機、鯊魚鉗、尾滾筒、絞盤等設備，實現大馬力拖帶能力；

（2）對外消防能力。這對延長人員求助的時間、保護財產安全具有非常重要的作用；

（3）載貨能力。需要搭載如潛水作業設備、打撈器材等大量的物質和器材，并為難船或平臺等提供燃油和淡水；

（4）存油和溢油回收能力。抽取難船油艙內的燃油，防止火災擴大或燃油泄漏對海洋環境造成次生災害，回收泄漏到海面上的油污；

（5）動力定位能力。需要在不同海域和海況條件下進行應急搶險作業，如無法拋錨作業及水深超過錨泊系統能力的海域，并且需要快速就位，如果配套潛水人員和設備需要提供潛水支持；

（6）起拋錨能力。起錨作業主要通過絞盤或絞車將浮筒或錨浮漂絞至甲板上，將錨頭鋼絲繩與拖纜機相連，利用拖纜機將錨絞離海底，完成起錨作業。

2 動力裝置及推進方案分析

要實現以上能力，需對船的總體、舾裝、動力裝置及電力系統在各種工況進行綜合分析和論證，因限于篇幅，本文僅分析該船的動力裝置及推進方案。

從動力裝置及推進方式上看，該類船型中主要有傳統的柴油機帶軸系可調螺距螺旋槳推進和較為先進的全電力驅動兩類方式。與傳統推進方式相比，全電力驅動方式有以下明顯優勢：

（1）可方便轉移不同時使用的大功率能源，節省總裝置功率：傳統推進方式在0航速動力定位時，主柴油機雖然可以配備軸帶發電機，但其負荷率依然較低。同時，調距槳和舵也難以提供足夠的橫向推力，尾部需要額外配置側推器；而全電力驅動的柴油發電機組總功率只需滿足各個工況中的最大同時使用功率，在低速航行或停泊時可將富裕不用的功率用于其他設備，供電轉換極為方便；

（2）總體布置優越，可節省有效空間：電力推進的最大特點是可以將原動機與螺旋槳分開布置，電力推進的動力裝置是柴油發電機組，它可以在全船范圍內靈活布置。推進電動機的電能供應是通過電纜傳輸的，是一種柔性連接，可以根據船舶情況方便的布置；

（3）采用電力推進的船舶，由于柴油發電機組總能保持較高的負荷運行，無輕載工況，效率保持在較佳運行點，耗油率低、排放物少，環保優勢明顯。

3 電力系統分析

經過方案論證，如圖1所示，本船采用4臺2200 kW主發電機組、1臺900 kW輔發電機組和1臺350 kW應急電機組作為動力；首部設1套1 000 kW管隧式側推和1套1 000 kW可伸縮式推進器；尾部設置2套4000 kW緊湊型吊艙；全船動力系統DP2按要求設置。

從電力系統單線圖（略）中可以看出，本船4臺主發電機組分別向兩段690 V主配電板供電，每段690 V主配電板分別向1臺4000 kW吊艙推進器、1臺側推、兩臺主變壓器以及液壓動力站等輔助負載供電。

為了降低諧波對電網的影響，2臺吊艙推進器采用24脈沖變頻方式，移相變壓器采用特殊的五繞組變壓器，電壓為690/710/710/710/710 V，功率為5/1.25/1.25/1.25/1.25 MVA，繞組接法為Dd0.5d0y11d11.5，這樣既可以降低移相變壓器占用空間又解決了諧波問題。

本船配備滿足CCS的DP2動力定位系統，而電力系統設計方案與以往的DP2船舶相比更加接近于DP3的方案。4臺主發電機分別向兩套690 V配電板供電，每套配電板分為兩段690 V母排，每段母排連接1臺主發電機，通過1臺主變壓器向一段400 V主配電板供電。同樣，400 V配電板也是兩套，每套有兩段母排，兩套690 V和兩套400 V配電板之間通過斷路器和電纜連接。

無論主發電機、690 V母排、日用變壓器還是400 V母排發生單一設備故障時，電力損失和動力定位影響只有約25%，大大保證了本船的定位能力，提高了電站的可靠性。

因為本船的絕大部分負載是變頻器供電設備，變頻器的功率因數一般在0.9以上，當滿足額定功率時甚至可以達到0.95，所以如果還是采用常規0.8功率因數的發電機會造成無功功率的浪費，經過無功功率計算分析，選擇采用0.85功率因數的發電機是更加經濟的。

4 結論

本文對搶險打撈拖輪的主要功能進行了介紹，因篇幅有限只分析了該船的部分工況。搶險打撈拖輪因為工作的特殊性，功能集成了錨作拖輪、平臺供應船、潛水支持船、溢油回收船的功能，而使其動力系統和電力系統更加復雜，本船的動力裝置及推進方案對于以后類似的船舶動力系統設計，具有一定的參考價值。