新型2×2210kW全回轉拖船總體設計

巫建華，肖啟龍

(1.江蘇省鎮江船廠(集團)有限公司，江蘇 鎮江 212005；2.揚州科進船業有限公司，江蘇 揚州 225211)

新型2×2210kW全回轉拖船總體設計

巫建華1，肖啟龍2

(1.江蘇省鎮江船廠(集團)有限公司，江蘇 鎮江 212005；2.揚州科進船業有限公司，江蘇 揚州 225211)

為滿足船東對大功率拖船的節能減排以及船型優化的要求，對照原船型主尺度偏大，總噸位一般均在500以上，經濟性相對較差的現象，從技術任務書出發，從主尺度、空船重量重心、滿載排水量、穩性、總噸位以及航速拖力等方面入手，對2×2 210 kW全回轉拖船進行優化設計。此型船目前已投入使用，各項性能指標均達到或超過設計要求，得到用戶的一致好評。

全回轉拖船；排水量；主尺度；總體設計

0 引言

拖船的主尺度對船舶的運載能力、航行性能、作業能力和經濟性等有著重要影響。原2×2 210 kW(雙機帶消防)大功率全回轉拖船的主尺度偏大，總噸位均在500以上。船舶本身尺度大，不利于節能減排，使運營成本有所增加，因此，在保證船舶各項性能的基礎上，對此型大功率全回轉拖船的主尺度進行了優化設計。

1 技術任務要求

1.1任務

2×2 210 kW全回轉拖船必須滿足沿海航區自由航行和拖帶、消防，以及港內協助最新型集裝箱船的頂推和拖帶要求。

1.2主機及舵槳

本船主機選用2臺8EY26型柴油機，每臺功率為2 210 kW，轉速為750 r/min；舵槳選用SRP 1515CP 四葉定螺距螺旋槳，帶導流管，可調螺距。

1.3航速及拖力

設計滿載吃水狀態下，船舶試航速度不小于13.5 kn。主機100%持續功率時，靜系柱拖力向前不小于764 kN，向后不小于686 kN。

1.4續航力

續航力按服務航速計算，不小于1 000 n mile。

1.5穩性

本船滿足中國船級社CCS穩性法規對沿海航區拖船的要求，航行要求滿足近海航區穩性的要求。在蒲氏九級風時能安全航行，蒲氏六級風時能安全進行拖航、頂推、橫移等作業；船舶在滿載狀態時無任何艏傾現象。

1.6結構形式

本船設艏升高平臺，上層建筑為兩層半結構，其中駕駛室為半升高型。

1.7主尺度的初步確定

船長L

36.00 m

型寬B

11.00 m

型深D

～4.90 m(根據設計需要確定)

吃水T

≤4.10 m

定員

12名

總噸位

<500

淡水艙

≥40 m3

泡沫艙

～10 m3

壓載水艙

按需要設置

主甲板舷弧

有艏舷弧和艉舷弧

2 主尺度優化分析

2.1載重量估算

2.1.1燃油質量

燃油儲備=(續航力/航速)×單位油耗×主機總功率

式中：續航力=1 000 n mile，航速=13.0 kn(按服務航速計算)，單位油耗=0.19 kg/(kW·h)，主機總功率=4 420 kW。

經計算，燃油儲備=64.6 t,取65 t。

2.1.2滑油質量

根據主機資料要求，滑油質量為8 t。

2.1.3淡水儲備

以每人每天80 kg、12人，自持力40 d計算，淡水儲備為40 t。

2.1.4泡沫艙質量

根據技術任務書要求，泡沫艙內消防泡沫液的質量為10 t。

2.1.5壓載水艙質量

按浮態調節需要設置。考慮艏艉浮態的調節，壓載水艙實際質量約35 t。

2.1.6食品儲備

以每人每天5 kg、12人，自持力40 d計算,食品儲備實取為3 t。

2.1.7人員及行李質量

以每人120 kg、12人計算，人員及行李質量實取為1.5 t。

2.1.8備品及供應品質量

參考同類型全回轉拖船的設計經驗，備品及供應品質量取為3 t。

以上共計載重量為165.5 t,即本船的載重噸為165.5 t。

2.2船長L分析

船長根據船體總布置進行分析。

(1) 機艙長度：本船采用的主機尺度為長6.5 m×寬2.1 m×高3.0 m。2臺主機均帶消防功能，長度應包含消防泵的長度。機艙布置2臺發電機，長2.5 m；監視室長3.3 m。綜合機艙的初步布置情況，考慮走道及管系布置，結合同類船，機艙長度暫取15 m。

(2)舵槳艙長度：考慮到舵槳的結構井筒直徑為4.1 m，結合舵槳艙的布置需求，取為7.5 m。

(3)船員住艙長度：考慮到人員的布置需求，甲板下船員艙有船長室和輪機長室以及8人船員室，約需長度7.1 m。

(4)艏部長度：考慮到錨鏈艙、帆纜艙及艏尖艙布置的要求以及與艏部橡膠靠的協調，暫定7.2 m。

綜上所述，船長應包括機艙、舵槳艙、船員住艙、錨鏈艙/帆纜艙和艏尖艙的長度在內，取36.8 m。根據實際線形圖的肋位及布置，實取36.50 m(較規格書略長)。該取值主要考慮到本船為兩層半上建形式，港內協助最新型集裝箱船的頂推和拖帶要求，根據新型集裝箱船型的特殊要求，此類型船艏至駕駛室前壁的距離要求在15.0 m以上，船長應適當加長。另外，考慮到此船航速相對較高，本船的功率又大，故船長也應適當取大些。但此船總噸又要求在500總噸以下，故船長不宜過長，且必須滿足以上布置的需求。

2.3吃水T分析

根據艉部舵槳與艉部型線的匹配形式，本船艉吃水采用如下同類型船經驗公式計算。

Ta=1.3×導流管直徑

式中：根據設備資料，導流管直徑=3.3 m。

經計算，Ta=4.29 m。

考慮到本船型深及總噸位的限制，并結合艉部舵槳艙的布置，艉部設艉升高甲板，舵槳適當下降，部分導流管布置在基線以下約350 mm處。本船采用傾斜龍骨，以分水踵保護艉部舵槳裝置，基線吃水取為4.0 m。

2.4型深D

參考同類型船舶，此型拖船的干舷F在1.0～1.2 m范圍內，本船干舷F取1.0 m。考慮此船船東對總噸位的要求，型深不宜大，故：

型深D=吃水T+干舷F=5.0 m

2.5型寬B

暫取此型拖船船寬B與吃水T比值的平均值：B/T=2.5，則：B=10.0 m。

由于此船在大風浪中進行航行及作業，所以應充分考慮船舶的抗風浪性，故：本船型寬為11.0 m。

主尺度最終確定：船長36.5 m,吃水4.0 m,型深5.0 m，滿載吃水3.98 m，型寬11.0 m。根據確定的主尺度可以初步繪制總布置圖和型線圖。新型2×2 210 kW全回轉拖船總布置圖如圖1所示。

3 空船質量及重心估算

3.1船體質量Wh及重心高度Zgh估算

3.1.1船體質量Wh估算

根據經驗公式，可得：

船體質量Wh=ChLBD

式中：Ch為船體質量系數，其值小于原船系數，Ch=0.16；L為船長，L=36.5 m；B為船寬，B=11.0 m；D為型深，D=5.0 m。

經計算，Wh=321.2 t，取321 t。

3.1.2重心高度Zgh估算

重心高度Zgh=EhD

式中：Eh為重心高度系數，其值與原船系數相同，Eh=0.78。

經計算，Zgh=3.9 m。

3.2舾裝質量Wf及重心高度Zgf估算

3.2.1舾裝質量Wf估算

舾裝質量Wf根據經驗公式，可得：

Wf=CfLBD

式中：Cf為舾裝質量系數，其值與原船系數相同，Cf=0.105。

經計算，Wf= 210.8 t，取211 t。

3.2.2重心高度Zgf估算

重心高度Zgf=EfD

式中：Ef為重心高度系數，其值與原船系數相同，Ef=1.15。

經計算，Zgf=5.75 m。

3.3主機質量Wm及重心高度Zgm估算

3.3.1主機質量Wm估算

主機質量64 t，加上消防泵座及軸系質量5 t，取：Wm=69 t。

3.3.2重心高度Zgm估算

考慮到本船主機尺度較大，重心相對較高，重心高度Zgm=0.6D=3.0 m。

3.4裕度估算

按照全回轉拖船設計經驗，裕度系數取0.06。

裕度=0.06(Wh+Wf+Wm)=36.06 t，取39 t。

3.5空船質量Wl及重心高度Zgl估算

3.5.1空船質量Wl估算

空船質量Wl=裕度+Wh+Wf+Wm=640 t，取640 t。

3.5.2重心高度Zgl估算

重心高度Zgl為各部分重量對基線求矩之和與總重量之比：

Zgl= (WhZgh+WfZgf+WmZgm)/(Wh+Wf+Wm)= 4.45 m，取4.50 m。

4 滿載排水量Δ估算

滿載排水量Δ=空船重量Wl+載重噸=640 t+165.5 t=805.5 t。

根據滿載排水量估算結果，查靜水力曲線得到相應吃水T=3.98 m。

由此可見，對吃水T的分析基本正確。

5 穩性核算

按照中華人民共和國海事局《國內航行海船法定檢驗技術規則》(2011)及其修改通報的要求核算全回轉拖船在沿海拖帶作業和港區作業的各種狀態下的穩性。

根據估算，得到空船數據，其值見表1。表中：Wl為空船重量，Zgl為空船重心垂向高度，Mz為空船垂向力矩，Xgl為空船重心距船中縱向距離，Mx為空船縱向力矩。

表1 空船數據

各裝載狀態穩性總結表見表2。表中，01狀態為滿載出港狀態，02狀態為空載到港狀態，03狀態為滿載出港+壓載狀態。

從表2得知，本船穩性滿足近海航行、消防、沿海海上拖帶作業和港內作業的規范要求。

6 噸位核算

因本船設計任務書要求總噸位在500以下，而同類型具備雙機帶消防功能的大功率全回轉拖船通常機艙布置空間和船型尺度較大，總噸位一般在500以上，故本船的主尺度確認后，有必要對總噸位進行核算。

表2 各裝載狀態穩性總結表

總噸位計算根據容積計算，即

總噸位GT=K(V1+V2)

式中：K為總噸位系數，從《國內航行海船法定檢驗技術規則》查表得到K=0.265；V1為主甲板以下部分容積之和，V1=1 339.4 m3；V2為主甲板以上部分容積之和，V2=474.19 m3。

經計算，GT=480，控制在設計任務書要求的500以下，在實際布置方面還有一定的裕度。

7 系柱拖力Pt及航速估算

7.1系柱拖力Pt

根據全回轉拖船舵槳與線形的匹配，拖力Pt的經驗公式為：

Pt=(1.7～1.76) ×9.81P/100

式中：P為功率，P=4 420 kW。

經計算，Pt=737～763 kN。

按照設計任務書要求，該船拖力指標為764 kN，該值也是舵槳拖力指標的上限值。經計算，本船系柱拖力為737～763 kN，接近拖力指標764 kN，該值在同類型拖船中偏高。拖力指標值越高，對拖船的性能要求越高。這就要求艉部線型與舵槳的外形要充分匹配，為此應保證艉部舵槳浸沒在吃水以下且艉部線型與艉部導流罩布置角度相吻合。為達到這些要求，通常狀態下，要保證船舶有一定的艉傾。

7.2航速估算

本船型其他船的航速要求為13.0 kn，本船則要求為13.5 kn。考慮到2×2 210 kW全回轉拖船對拖力和航速這2項性能指標的要求較高，所以型線設計時要充分考慮舵槳的舵效發揮、艏艉浮態、穩性要求以及航速對艏部流線型的要求。初步線型設計后，經航速估算為13.6 kn，滿足技術任務書的要求。

8 結語

新型2×2 210 kW全回轉拖船總體設計時根據用戶技術任務要求，確定主尺度，然后繪制總布置圖、型線圖、艙容圖、橫剖面圖后，并結合圖紙進一步仔細核算，最終根據計算結果修正總體方案。2×2 210 kW全回轉拖船改型設計后，經過實船試航和試驗，得到正拖力779 kN，倒拖力700 kN，航速13.90 kn，各方面的技術指標均超過技術任務書的要求，獲得了船東的認可。但是,該拖船的船員房間的布置和舒適度方面還有待提高，需要進一步加以研究。

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[4] 葉蔚忠.廈門港消防船設計方案探討[J].船海工程,2012(4):2-19.

U662.2

A

2016-08-05

巫建華(1974—)，男，工程師，主要從事船體設計工作；肖啟龍(1976—)，男，工程師，從事船舶與海洋工程建造維護工作。