90 m DP2電力推進(jìn)潛水支持船的研制

王平　秦輝　王金苓

摘 要：本文介紹90m DP2電力推進(jìn)潛水支持船（RDSV）的研制過程，重點(diǎn)分析了該船型的優(yōu)勢、電力推進(jìn)系統(tǒng)配置、閉合匯流排動力定位功能、居住舒適性、工程設(shè)備配置及能力等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：潛水支持船；電力推進(jìn)；居住舒適性；動力定位

中圖分類號：U674.40 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Development of 90 m DP2 Diesel-Electrical Propulsion RDSV

WANG Ping， Qin Hui， WANG Jinling

（ Guangxin Shipbuilding & Heavy Industry Co.， Ltd. Zhongshan 528437 ）

Abstract： This paper introduces a kind of development of 90m diesel electrical propulsion RDSV， mainly focuses on advantage of this type of the vessels， configuration of the engineering facilities， accommodation comfort、configuration of the electrical propulsion system， automation， dynamic positioning capacity.

Key words： Diving Support Vessel； Diesel Electrical Propulsion； Accommodation； Dynamic Positioning

1 前 言

離岸輔助船（OSV）是為海洋資源開采大型工作平臺提供建設(shè)及后期運(yùn)營維護(hù)輔助支持的船舶。海洋油氣資源的開采已經(jīng)處在深海開采階段，而未來更多海洋資源如可燃冰、金屬結(jié)核礦等的開采也處于深海區(qū)域。由于深海區(qū)域遠(yuǎn)離大陸，工作環(huán)境惡劣，因此大尺度、高性能、高舒適性、多功能、自動化程度高、易操作的OSV船受到客戶的青睞。

90 m DP2電力推進(jìn)潛水支持船（RDSV）是我司研制的一型技術(shù)先進(jìn)的高附加值OSV船。該船入級美國船級社（ABS），目前已在我司建造完畢。。

2 船型特點(diǎn)

（1）多功能：具備海洋工程物料供應(yīng)、工程技術(shù)人員輸送、油水及設(shè)備運(yùn)輸、對外消防及救援、直升機(jī)平臺等功能，還具備支持潛水員通過潛水設(shè)備下潛至海面一定深度進(jìn)行設(shè)備安裝、檢測維護(hù)的功能、支持遙控?zé)o人潛水器（ROV）釋放回收及遠(yuǎn)程控制功能，具有很強(qiáng)的動力定位能力及配置有較大起重能力的海工吊來輔助完成以上工作；

（2）電力推進(jìn)：OSV船在工作時，往往多個大型用電設(shè)施同時在網(wǎng)，采用電力推進(jìn)可使動力系統(tǒng)和工程設(shè)備之間靈活的進(jìn)行功率調(diào)配，大大減少全船柴油機(jī)總功率，提高柴油機(jī)效率和減少污染物排放。電力推進(jìn)還具有優(yōu)越的操縱性能和動力定位性能、較低的振動和噪音等優(yōu)點(diǎn)；

（3）閉合匯流排的動力定位（DP2）：出于平臺安全考慮，多數(shù)OSV船配置了動力定位系統(tǒng)，而DP2以上系統(tǒng)則是首選。閉合匯流排的動力定位技術(shù)的采用，進(jìn)一步提高了此類船舶可靠性及經(jīng)濟(jì)性；

（4）舒適性：隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，國際勞工組織及船東對工作環(huán)境要求日益嚴(yán)格，各大船級社為了適應(yīng)這些變化也制定了相應(yīng)的規(guī)范，滿足相關(guān)舒適度要求的船舶不僅體現(xiàn)了船東對船員的重視，也體現(xiàn)了此類船舶向高舒適性發(fā)展的需求；

（5）高度自動化：本船設(shè)備較多，工況復(fù)雜，為適應(yīng)多功能易操作等要求，高度自動化是本船技術(shù)先進(jìn)的體現(xiàn)；

（6）90 m DP2電力推進(jìn)潛水支持船具有如下入級符號：FFV1，ROV Capable，DSV Capable，SPS（>60），DP2（Closed Bustie），ACCU，MLC-ACCOM，HELIDK，CRC。

3 技術(shù)性能及系統(tǒng)配置

3.1 主要技術(shù)性能

本船總布置側(cè)視圖，如圖1所示。

（1）技術(shù)性能

最大載重 4 200 t

最大航速 12 kn

動力定位能力 35 kn風(fēng)速、2 kn洋流。

乘員 船員14人、工程技術(shù)人員152人。

（2）裝載能力

① 貨淡系統(tǒng)：艙容1 000 m3，設(shè)置一臺200 m3/hr@90 m離心式自吸泵和16只電動遙控閥門；

② 貨油系統(tǒng)：艙容1 200 m3，設(shè)置一臺200/50 m3/hr@9 Bar螺桿泵和22只電動遙控閥門；

③ 鉆井/壓載/艙底水系統(tǒng)：艙容3 000 m3，設(shè)置一臺200 m3/hr@120 m自吸泵和一臺180 m3/hr@90 m自吸泵，系統(tǒng)所有閥門采用電動遙控閥組；壓載系統(tǒng)設(shè)置一臺200 m3/hr壓載水處理裝置，滿足IMO對壓載水處理的要求；

④ 干散料系統(tǒng)：設(shè)置4個49.7 m3罐，2臺25.6 m3/min@5.6bar海水冷卻空壓機(jī)及空氣干燥器，2臺灰塵收集裝置；系統(tǒng)設(shè)計為兩臺空壓機(jī)可以同時工作， 4個散料罐2個一組分別進(jìn)行裝卸；

⑤ 甲板面積及載荷：甲板可裝貨面積達(dá)到1100 m2，單位載荷按照10.0 t/m2設(shè)計。

3.2 動力系統(tǒng)及動力定位能力

3.2.1 動力系統(tǒng)

本船要進(jìn)行潛水支持作業(yè)，對動力系統(tǒng)配置和動力定位能力要求遠(yuǎn)高于普通船舶。為此，我們進(jìn)行了詳細(xì)的全船電力負(fù)荷分析和動力定位能力分析，并且考慮到未來的可擴(kuò)展性，最終確定采用5臺2250 kW AC690 60 Hz發(fā)電機(jī)組組成主電站；主推進(jìn)器采用2臺2 200 kW全回轉(zhuǎn)電力推進(jìn)器，首部側(cè)推采用3臺1200 kW隧道式側(cè)推器，所有推進(jìn)器采用AFE變頻驅(qū)動；另配一臺AC440V 60 Hz 525 kW潛水系統(tǒng)專用應(yīng)急發(fā)電機(jī)和一臺AC440V 60 Hz 273 kW 應(yīng)急及停泊發(fā)電機(jī)。

本船的電力系統(tǒng)單線圖，如圖2所示。可以看出，本船電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，匯流排分段多，電壓層級較多，有較多的大型用電負(fù)荷。

由于本船具有閉合匯流排時的動力定位功能，對電力系統(tǒng)及PMS要求很高，因此電力系統(tǒng)單線圖的設(shè)計主要是考慮發(fā)電機(jī)的備用、主變壓器的備用及各主要用電負(fù)荷如何在匯流排上布置的問題，圖2所示單線圖可滿足在開式匯流排下進(jìn)行動力定位。

本船采用的閉合匯流排動力定位功能，在動力定位時僅使用部分電機(jī)組，其余可留作備用。通過PMS系統(tǒng)的監(jiān)測及保護(hù)，此功能即減少了燃油消耗，又增強(qiáng)了船舶在發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障時繼續(xù)進(jìn)行工作的能力。規(guī)范對此功能的要求遠(yuǎn)高于普通動力定位系統(tǒng)，為了滿足規(guī)范要求，需要與FMEA緊密結(jié)合以避免設(shè)計出現(xiàn)差錯。

3.2.2 動力定位能力

本船全工況時可在35 kn風(fēng)速，2 kn洋流海況下保持全向定位，在出現(xiàn)最差單點(diǎn)故障工況時，仍可在該海況下保持絕大部分定位能力，本船單點(diǎn)故障時的定位能力超過普通OSV在全工況時的定位能力，因為本船具備強(qiáng)大的動力系統(tǒng)及較小的受風(fēng)面積。

本船全工況及最差單點(diǎn)故障定位能力分析，如圖3所示。

3.3 舒適性

舒適的居住環(huán)境能緩解船員的緊張情緒并提高工作效率，舒適性設(shè)計涉及范圍廣泛，主要包括艙室布置、振動的消除和隔離、噪音的消除、照明照度的設(shè)計、空調(diào)溫度及濕度的控制等方面。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計時對結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，使結(jié)構(gòu)自然頻率遠(yuǎn)離設(shè)備的振動源頻率；在設(shè)備安裝時，對振動源設(shè)備增加振動隔離措施，以減少振動的傳遞。

艙室布置及內(nèi)裝采用聲學(xué)分析軟件進(jìn)行聲音傳遞分析，安裝了浮動地板、浮動壁板及天花等隔音措施，門窗等均采用隔音設(shè)計，使得住艙內(nèi)部噪音等級小于60 dB（A），達(dá)到安靜的標(biāo)準(zhǔn)。

對照明、空調(diào)及居住環(huán)境友好性方面進(jìn)行專門設(shè)計，本船舒適性設(shè)計完全滿足MLC-ACCOM入級符號設(shè)計要求。

3.4 自動化系統(tǒng)

本船具有較高的自動化程度，自動化系統(tǒng)集成了主推進(jìn)控制、側(cè)推控制、電站管理、機(jī)艙監(jiān)測及輔機(jī)控制，自動化系統(tǒng)采用雙環(huán)路網(wǎng)絡(luò)形式組網(wǎng)，保證了該系統(tǒng)的可靠性。

機(jī)艙監(jiān)測系統(tǒng)共設(shè)置MIMIC圖28類，在集中顯示器上可通過MIMIC圖實(shí)時顯示推進(jìn)系統(tǒng)的工作狀態(tài)、控制輔機(jī)和操作電站管理系統(tǒng)，顯示及操作艙底、冷卻、貨水、貨油、燃油及滑油等系統(tǒng)的泵組及閥件；系統(tǒng)設(shè)計I/O點(diǎn)共約1 500個，用于全船機(jī)電設(shè)備工作狀況監(jiān)測。

3.5 其它輔助工程配置

3.5.1潛水器及潛水支持功能

按規(guī)范ROV Capable和DSV Capable入級符號的要求，本船對甲板結(jié)構(gòu)加強(qiáng)、艙室布置、消防、火警探測和控制通信、ROV收放等方面進(jìn)行了專門設(shè)計，考慮到ROV及DSV設(shè)備的體積重量、放置區(qū)域的消防及與主要控制位置的通信要求等。

3.5.2 海工重吊配置

本船設(shè)計一臺起吊能力為100 t@12 m， 15 m/min的海工重吊，該吊機(jī)由4臺400 kW電機(jī)驅(qū)動，波浪補(bǔ)償能力為起伏周期8～12 sec、位移量±2 m、最大補(bǔ)償速度1.0 m/s。

3.5.3 外消防能力配置

本船設(shè)計2臺2 200 m3/hr@130 m海水泵、2臺1200 m3/hr消防炮，2臺海水泵分別由2臺主發(fā)電機(jī)組前端PTO驅(qū)動。進(jìn)行外消防作業(yè)時，外消防系統(tǒng)向PMS發(fā)送功率限制請求，PMS系統(tǒng)與電力推進(jìn)系統(tǒng)協(xié)同控制主推進(jìn)系統(tǒng)的功率輸出完成功率限制，防止發(fā)電機(jī)過載。

4 結(jié)語

近年來受到國際油氣價格下行的影響，離岸輔助船受到一定程度的影響。但隨著油氣價格的回升和其它海洋礦物資源的不斷發(fā)現(xiàn)和開采，未來離岸輔助船將會迎來新一輪市場需求。受制于深海條件，類似90m DP2電力推進(jìn)RDSV這類大尺度、多功能、技術(shù)性能優(yōu)良、自動化程度高、高舒適性的離岸輔助船將會是其中的佼佼者。

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