12000kW海洋拖輪系柱拖力試驗與分析

周艦，李淵，周霖

（海洋石油工程股份有限工程設計公司，天津 300450）

12000kW海洋拖輪系柱拖力試驗與分析

周艦，李淵，周霖

（海洋石油工程股份有限工程設計公司，天津 300450）

隨著世界貿易的不斷發展，海運業復蘇呈現蓬勃的態勢，為了降低運營成本和提高競爭力，海運船舶噸位不斷增加；同時，海洋無動力半潛船等無動力作業船，海洋導管架式、坐底式等鉆井石油平臺的迅速發展，都對海上拖輪性能提出了更高要求。海洋拖船航行于無限航區。主要用途是能進行海上船、駁、鉆井平臺等的拖航工作；兼顧海洋工程作業；能進行海洋工程船起拋錨作業，能適量裝運甲板貨，并能對外供油、供水、供電。因此，海洋拖輪的拖帶能力（即系柱拖力）的大小直接決定了該船舶的綜合指標，也是特定船型和機槳條件下船舶的外特性指標。

12000kW海洋拖輪；系柱拖力；拖力試驗與分析

1 船舶主要尺度及參數

船舶總長為89．96m，垂直間長為80．00m，型寬為17．2m，型深為 8．5m，設計吃水為 6．50m，最大設計吃水為6．80m，設計肋距為0．60m。其主推進系統采用雙機、雙可調螺距螺旋槳、雙固定導管、雙襟翼舵，船首為前傾式，船尾為巡洋艦式，在船首設有兩臺首側推裝置。主要推進設備WARTSILA 9L38主機(MCR)功率為6000kW，相應轉速514～750r/min，共兩臺主機。設計穩定系柱拖力（正拖）為200T。

2 試驗大綱

主要根據中華人民共和國船舶標準（CB/T3430-92）《海洋及港作拖船系柱拖力試驗方法》及CCS發行的系柱拖力證書大綱指導信息制定的，并且考慮了建造船廠碼頭的實際情況。主要包括如下內容。

2.1 試驗的要求和狀態

系柱拖力試驗應由船東、驗船師及船廠共同進行。試驗前，應做好所有的準備工作，吃水和縱傾應調整到設計狀態，所有用于試驗的工具和人力都應準備好。根據附近海域的潮汐表定好試驗日期和時間，確保試驗時碼頭帶纜樁及海況符合試驗要求。

2.2 試驗條件

試驗的條件主要包括氣象條件、水域條件、試驗裝備條件和拖輪工況。

試驗時，氣象條件：最大風速不能超過5m/s；能見度不能少于500m；氣溫在-10～40℃之間。水域條件：航道應寬而平，無波無浪；潮水不超過1．5m/s；從拖船船底算起的水深大于拖輪船吃水的2倍，且不小于10m；拖繩（即鋼絲繩）長從尾到碼頭不小于3～4倍船長，此次試驗鋼絲繩長度約為360m左右；拖繩的破斷負荷應小于設計的最大系柱拖力200t，試驗用繩的實際破斷拉力為4200kN。

試驗的裝備主要包括500t應變片拉力傳感器、拉力信號采集和顯示等，如圖1所示。測試系統的精度達到0．3%，且可以實時的采集、保存和顯示數據，同時調節船上拖力顯示系統。

圖1 拖輪系柱拖力測試系統示意圖

2.3 試驗方法

在船建造好并經航行試驗合格及用于試驗的儀器安裝完之后進行系柱拖力試驗；拖船處于最佳狀態，縱傾基本上不超過船長的1%；在試驗過程中，拖船應與碼頭人員聯系；用中間配有＞250T的拉力傳感器的鋼索，一端系在碼頭上的系柱樁（帶纜樁），另一端系在拖輪主拖纜機上的卷筒上。此次試驗的拖輪設計穩定系柱拖力（正拖）為200T，碼頭每個系柱樁設計拖力為200T，因此試驗時改為拖帶兩個系柱樁，設備布置于甲板駁船上，如圖2。

2.4 試驗內容和程序

根據相關規范和規定要求，制定試驗程序，需提交船檢和船東，經討論確定最終試驗程序。

圖2 拖輪系柱拖力試驗布置圖

首先測試主機額定功率的工況下的系柱拖力和平均拖力。然后主機應逐步調整，試驗開始時為100%MCR，且快速調整主機，以使主機能達到100%的連續功率輸出，試驗時由主機或推進器軸帶動的所有輔助機械應同時運轉。100%連續功率輸出時的穩定拉力保持10min，應盡量在拖船正直向前，且無任何偏向的情況下由測試記錄下拖力讀數10次，拖力測數的平均值就是正常系柱拖力。同時測量主機轉數、槳轉數、燃油讀數、排氣溫度、主機氣缸爆炸壓力。依次減少主機功率，分75%、50%及25%主機功率進行拖力試驗，每檔的穩定拉力保持10min，分10次記錄拉力表讀數、主機每分鐘轉數和軸功率，繪成主機轉速與拉力曲線圖。

其次進行正車拖力試驗，當分別輸出50%、75%連續時做上述同樣的試驗。還需進行測試主機40%持續負荷狀態下的平均起始拖力值，并在1min內增加至100%持續負荷狀態測取最大系柱拖力，如表1所示。

表1 系柱拖力試驗記錄表

拖力計算

式中：Ti為每一試驗間隔ΔT內的峰值；n為規定試驗時間內拉力測試的讀數次數。

若船東要求，還需要測定當主機輸出110%功率時，在主機連續運行至少1分鐘內的拉力。

3 試驗結果

在滿足試驗的天氣和海況情況下，根據制定的試驗大綱，在拖力試驗碼頭上進行系柱拖力試驗。根據測量數據計算得來，12000kW海洋拖輪倒車拖力試驗測試的最大拖力為194～210．32T，最大平均拖力為204．4T。正車拖力測試最大拖力為192～211T，最大平均拖力為202T。且40%功率下，其起始系柱拖力為70．3T，增加到100%功率最大系柱拖力和持續系柱拖力為 204．64T、200．36T。

4 結果分析

通過倒車拖拉工況與正車拖拉工況測試數據的比較分析，得出其最大系柱拖力值基本相同。因此海洋拖輪是采用的全回轉螺旋槳，其主機是不可換向的，因而主推進系統在正、倒車工況25%、50%、75%、100%主機功率下拖力值基本上相同。正車拖拉工況是拖輪最為重要的工作工況，必須通過多次測試測量來綜合判斷正車拖拉工況表現的持續拖力能力，進而提高測試判斷的科學性和合理性。該拖輪自主機40%持續功率到100%持續功率的最大系柱拖力所需的時間為55s，符合“小于1min”的時間限制要求。所有試驗測得的數據及試驗報告需送交船級社驗船師審查，該船測得的持續系柱拖力值已經達到設計要求。

在實船系柱拖力試驗測試過程中，測試裝備安裝在碼頭上的甲板駁船上，因此數據采集人員與拖輪駕駛室工作人員的通訊主要依靠對講機，導致了該船系柱拖力試驗中的關鍵數據如主機轉數、負荷、拖力值槳轉數、燃油讀數、排氣溫度、主機氣缸爆炸壓力等信息傳遞只能通過人工報數的形式進行交換。造成了拖力值實時變化與主機轉速、負荷不變的矛盾，測得的拖力值與實際主機負荷等數據存在一定的差異。應該建立主機轉速-拖力值變化得曲線，根據曲線得出的拖力值更符合實際和合理性，同時也對拖輪實際生產中做出更好的指導意義。本次試驗主要采用兩根鋼絲繩成60°拖拉碼頭系柱樁的方法，如圖2，是結合現有的條件的一次創新，既節約了成本，也為以后類似船型的系柱拖力試驗積累了寶貴的經驗。

5 結語

通過對測試結果的分析，12000kW海洋拖輪的最大系柱拖力值達到設計要求（200T），其他拖力性能也符合船東對拖輪的實際需要。海洋拖輪系柱拖力試驗必須嚴格依照規范、規定來制定試驗大綱和執行，同時試驗所用的設備、工具等必須提前準備到位，才能使測得數據、拖力值具有準確性和合理性。然而試驗過程中因信息傳遞等人為因素和外部環境等客觀因素影響，導致試驗的結果與實際情況還是存在一些差異。采取新型試驗方法來克服這一差異，是未來發展方向之一。

[1]林維學，徐崇輝．用新《標準》指導系柱拖力試驗[J]．中國修船, 1994(5):5-7．

F550.72

A

1671-0711（2017）10（上）-0079-02