拖船技術(shù)加快“四化”腳步

周羽歡

拖船業(yè)發(fā)展至今已有180年的歷史。隨著船東和港務(wù)局對更大動力、更高效拖船需求的日益增多，拖船的推進系統(tǒng)和相關(guān)船體設(shè)計得到快速發(fā)展，全球拖船市場正呈現(xiàn)出一個高效率化、多功能化、小型化及大功率化的發(fā)展趨勢。

回顧拖船的發(fā)展歷史，由最初的建造更大型拖船搭載大功率主機驅(qū)動、深浸螺旋槳來滿足系柱拉力增長的需求。隨著新型推進系統(tǒng)的出現(xiàn)，船體設(shè)計發(fā)生實質(zhì)性改變。其歷史性變革的標志是1952年在德國誕生的福伊特拖船，它所采用的平旋推進器可產(chǎn)生全方位的推力，并且系柱拉力可精確地作業(yè)于需要的位置。

該型拖船的誕生促使了全方位推進器或“Z型傳動裝置”的發(fā)展。新技術(shù)的出現(xiàn)使設(shè)計者極大地擺脫了傳統(tǒng)的螺旋槳/尾軸傳動的束縛。目前，4種采用“Z型傳動裝置”的設(shè)計概念在拖船業(yè)中已得到公認，且每種都能解決“將正確數(shù)量的力準確作用于正確位置”這個問題，使得拖船可以安全、有效的針對大型船只進行作業(yè)。這4種技術(shù)分別是全方位尾驅(qū)動（ASD）、帶有Z型推進器的拖船、回旋圓筒拖船（Rotor Tug）以及Z-Tech。

現(xiàn)代ASD

目前，大多數(shù)拖船船東對拖船的選擇基本都是全方位尾驅(qū)動拖船（Azimuthing Stern Drive Tug），該船型有2個位于船尾下方的Z型傳動裝置。每個推進裝置可以獨立控制，在任意角度對船體產(chǎn)生推力。ASD拖船可前進、后退以及橫向運動，可精確的在自身長度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)向。具備高度的靈敏性和相對較高的系柱拉力，且吃水并沒有明顯增加，這使得尾驅(qū)動拖船在許多應(yīng)用中可替代一般拖船。該型船一般利用設(shè)在前甲板的絞車進行作業(yè)，在頂推模式中船首裝有堅固的護舷材，需要的時候利用其靈敏性可快速復(fù)位，還可在船尾安裝第二臺絞車。該型船采用斜削型船尾，向船尾方向行進時可提供較高的航速，同時還可保留足夠的機動性。長箱型龍骨或尾鰭使得拖船在斜拖模式作業(yè)中動態(tài)牽引力明顯高于船舶的靜態(tài)系柱拉力。

Damen船廠在過去的一年交付了基于其7型標準船型設(shè)計的多艘ASD拖船，從小的緊湊型港口拖船到可在無限航區(qū)作業(yè)的護航拖船。ASD Tug 2810是該廠最受歡迎的設(shè)計之一，已交付給全球許多客戶，如Smit Harbour Towage公司，其船隊中擁有20艘該型船。“Evgeniy Yakovtsev”號是新近交付的一艘具有代表性的ASD Tug 2810型拖船，它是烏克蘭國有企業(yè)尤日內(nèi)港（Port Of Yuzhny）訂購的2艘冰級拖船中的一艘。拖船長28.67米，寬10.43米，吃水（船尾）4.95米。采用2臺卡特彼勒3516B TA/B型主機，總功率為3132kW（4200bhp），驅(qū)動兩個羅爾斯·羅伊斯US 255 Z型傳動裝置，前進系柱拉力50.9t，后退時為48.3t。最大自由航速前進時12.8節(jié)，后退時11.9節(jié)。

ASD Tug 3213是Damen船廠一型較新的大馬力拖船，設(shè)計用來進行港口作業(yè)，俗稱“Big Cat”級。荷蘭海事研究所（MARIN）發(fā)起的專門研究拖船在無限航區(qū)作業(yè)的“安全拖船聯(lián)合工業(yè)項目”中的許多研究成果在該型船上得以應(yīng)用。該船長32.14米，寬13.29米，船尾吃水6.43米。除了之前提到的特征外，船體設(shè)計還增加了舷弧并提高了船尾，減少了甲板上浪。推進動力由2臺卡特彼勒C280-8/MC型柴油機提供，1000r/m時最大持續(xù)功率可達5420kW（7268 bhp），連接羅爾斯 羅伊斯US 285 Z型傳動裝置及可調(diào)距螺旋槳。試驗中“Big Cat”前進系柱拉力可達94.7t，后退時為88.9t，在任意方向自由航速均為14節(jié)。目前為Smit、Multraship和Lamnalco建造的7艘該型拖船已完工。

Z-Tech 拖船

Z-Tech是結(jié)合ASD拖船和全方位推進拖船最好的操作特點發(fā)展而來的。由Robert Allan公司（RAL）與香港財利船廠合作，專門為新加坡國際港務(wù)集團（PSA）開發(fā)，如今已在全球領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。采用該技術(shù)的拖船在任意方向上的性能近乎相同，整體性能和安全性也得到改善。

Z-Tech拖船是真正意義上的“雙頭”船舶，獨特的船型基于ASD結(jié)構(gòu)，一個非常深的箱形龍骨（或尾鰭）位于船首下方。作業(yè)工具包括重型防護的船首和安裝在較低位置處的拖纜絞車及導(dǎo)纜器，作業(yè)方式與ASD拖船相似。駕駛室位于船中后方，提供了良好的凈空高度和穩(wěn)定的牽引特性。

第一艘該型拖船Z-Tech 2800于2004年投入運營。之后，PSA、巴拿馬運河公司、美國海軍等客戶又購入了大量該型拖船。

財利船廠最近正在為巴拿馬運河管理局建造第二批13艘“Z-Tech”拖船。該最新訂單為更大功率的Z-Tech 6500系列，拖船總長27.4米，寬11.5米，吃水5.83米。采用兩臺GE 12V228型主機，總功率4422kW（5930bhp），驅(qū)動2個Schottel SRP1515FP全方位推進裝置和直徑為2.6米的4葉片定距螺旋槳。拖船系柱拉力為65t，前進、后退時最大航速均為12.5節(jié)。船上還裝有2臺MacGregor Plimsoll單卷筒拖纜絞車，分布在拖曳甲板兩側(cè)，這種配置是專門為在巴拿馬運河上作業(yè)而設(shè)計。3艘已于2010年完工，9艘將于2011年底完工，還有一艘將在2012年交付。

回旋圓筒拖船（Rotor Tug）

回旋圓筒拖船是由Kotug公司開發(fā)，采用3臺全方位推進裝置，2臺位于前部，與常規(guī)拖船結(jié)構(gòu)類似，1臺位于船尾，代替了常規(guī)的尾鰭結(jié)構(gòu)，形成三角形位置的布置。該船型為尖舭設(shè)計，船底幾乎是平的，使得通過三臺推進裝置的水流特性達到最佳狀態(tài)。回旋圓筒拖船最主要的特征是三臺推進裝置的控制系統(tǒng)。每臺推進裝置都有獨立的手動控制器，船員可以單獨控制每臺裝置的推力方向和螺旋槳轉(zhuǎn)速。另設(shè)有一個“Masterpilot”控制器使得推進裝置可以任意組合協(xié)同工作，由手動操作的方式來選擇合適的控制器組合。

回旋圓筒拖船擁有以下幾個優(yōu)點：1．通常此類拖船由經(jīng)驗豐富的船員操作時，其功能可達到兩艘普通拖船同時在大船兩邊拖曳時所產(chǎn)生的效果；2．拖船機艙空間一般較小，該類拖船卻能巧妙地以三角形的方式布置3組主機和推進系統(tǒng)，有效地提升了拖船的功率；3．以該類船較小的體積所產(chǎn)生的系柱拉力，是其他同等級大小拖船所無法達到的；4．具有高度的可靠性。即使一組推進系統(tǒng)失靈，其余兩組仍能提供相當于一般拖船的拖力；5．可在船閘內(nèi)和狹窄區(qū)域?qū)Υ笮痛斑M行作業(yè)。

第一批4艘回旋圓筒拖船由Kotug的船隊在荷蘭及德國的港口運營。該批拖船長31.43米，每艘都采用三臺主機，總功率4698kW（6300bhp），系柱拉力75t?；匦龍A筒拖船的靈敏性十分驚人，回轉(zhuǎn)速度很高，橫向移動速度高達6節(jié)，可在任意方向發(fā)揮其全部系柱拉力。所有4艘拖船可在廣泛的作業(yè)環(huán)境中應(yīng)用，如：港口、海岸、近海甚至海難救助作業(yè)。

最初回旋圓筒拖船的概念發(fā)展比較緩慢，不過拖船船東們目前正積極接受該型拖船，截止目前已有超過30艘船正在運營或在建。三個基本版本由Kotug的聯(lián)營公司（KST）公司提 供。RT 80-32型 拖船，長32米，寬12米，吃水6.1米，系柱拉力80t，最大航速12.5節(jié)。在航速為10節(jié)的斜拖（護航）模式中，可產(chǎn)生超過90t的轉(zhuǎn)向力。船頭和船尾各設(shè)置有一臺絞車，該設(shè)計來源于最初的原型并根據(jù)10年來發(fā)展總結(jié)的經(jīng)驗進行了一些改變。

所有14艘已經(jīng)完工或正在建造的RT 80-32型拖船分別由日本新瀉船舶修造廠和新加坡ASL船廠建造?！癛T Rob”號、“RT Peter”號、“RT Adriaan”號、“RT Champion”號和“RT Laeder”號已于2009～2010年間完工，目前在歐洲使用?！癛T Eduard”號、“RT Tough”號、“RT Force”號、“RT Darwin”號和“RT Tasman”號是最新交付的船只，目前正在澳大利亞作業(yè)。

ASL船廠也負責了8艘RT80-28型拖船的建造工作，這是個較短、較低的船型，主要用于港口作業(yè)，可通過船首或船尾拖曳。4艘已于2008年完工，其中3艘為漢堡Bugsier航運公司建造并命名為Bugsier4、5和6號，還有一艘“RT Margo”號交付給了Kotug的一家聯(lián)營公司。另外，不萊梅Unterweser航運公司也訂購了4艘該型船，其中“Dorum”號和“Midlum”號已于2010年交付，“Accurat”號和“Exact”號將于2011年內(nèi)交付。

KST公司還為魁北克Groupe Oc é an公司本土建造的第一艘回旋圓筒拖船110-37E出售了一個“設(shè)計與技術(shù)支持”包。RT 110-37E是第一艘新一代高性能回旋圓筒拖船，適用于護航拖曳及其他廣泛領(lǐng)域，包括近海作業(yè)。RAL公司受KST公司的委托設(shè)計了該船型并進行了水池試驗。船長37米，型寬14.50米，深5.65米，最大吃水7.25米。該船型體現(xiàn)了RAL公司拖船設(shè)計的幾個特點，包括船舷突出部，明顯的舷弧和球形船首。當進行護航作業(yè)時，拖船由于拖纜的作用將產(chǎn)生傾斜，致使船舷突出部分浸沒入水中，產(chǎn)生了一個巨大的回復(fù)力，從而提高了拖船的穩(wěn)性。這些特點使得該拖船成為一型系柱拉力達到110t，前進和后退自由航速15節(jié)，橫向航速高達6節(jié)的高性能拖船。

Z型傳動拖船（Z-drive tractor tugs）

使用方位型推進裝置和螺旋槳的拖船于70年代初期在歐洲誕生，被認為是福伊特-施耐德系統(tǒng)的替代品。然而由于福伊特施耐德平旋推進器有了很大的改進，市場上建造的Z型傳動拖船很少。最值得關(guān)注的是由Damen船廠建造，在英國海軍船廠使用的一系列4艘拖船，運營商為Serco海運服務(wù)公司。

福伊特拖船（Voith Schneider Tugs）

該型拖船使用的福伊特-施耐德推進器（VSP）是一種靈活的可調(diào)節(jié)推進器，可在不改變轉(zhuǎn)速的情況下將推力作360°的無極改變。前進和后退以及船舶橫向的操縱是通過對螺距的調(diào)整進行。船只如果裝備了2臺或多臺VSP，即可向任意方向移動。VSP既是驅(qū)動裝置又是操縱裝置，特別是按照X/Y坐標的快速無極的推力變化提高了船舶操作的安全性。相對其他推進器，VSP以非常低的轉(zhuǎn)速工作，因此它以壽命長和維護費用低而出眾。

VSP主要被用于拖船、渡船、客輪、航標船、獵雷潛艇、平臺供應(yīng)船、豪華游艇等船舶上?；赩SP開發(fā)的福伊特拖船大大提高了船舶行駛的安全性，即使在高速的情況下，也可保證安全的護航作業(yè)。

如今，福伊特-施耐德推進器經(jīng)過福伊特驅(qū)動技術(shù)系統(tǒng)公司（Voith Turbo Marine）大量的產(chǎn)品改進，在系柱拉力以及對推力和方向的精確控制方面與早期版本相比更有效率，不過建造成本可能是面臨的一個主要問題，但VSP主要只用于對船只安全性和機動性要求較高的領(lǐng)域，比如在受限制碼頭作業(yè)的拖船、尖端護航拖船及類似的需要精確控制的拖曳應(yīng)用。

最近值得關(guān)注的例子為西班牙Union Naval Valencia（UNV）船廠為Shetland Islands Council建造的兩艘堅固的、大馬力護航拖船，總價值1400萬英鎊。兩艘船被命名為“Bonxie”號和“Solan”號，主要在薩洛姆灣的油港對油船進行作業(yè)。船總長40米，型寬14米，最大深度6.4米。船體和上層建筑設(shè)計包含了一個艏樓，一個全通甲板，甲板室離船首較遠，以確保在惡劣氣候下提供最大限度的保護。船上安裝有兩臺Voith Schneider 36R5/250-2型平旋推進裝置，葉片軌道3.6米，與一個電傳控制系統(tǒng)相連。主機采用2臺MAN 9L27/38型柴油機，每臺在800r/m時最大可持續(xù)功率為 3285kW，總功率約為6570kw（8810 bhp）。在最大可持續(xù)功率下，該推進系統(tǒng)可提供87t系柱拉力（前進時），后退（頂推）時為81t，前進時自由航速為14.1節(jié)。

點 睛

1．現(xiàn)代船舶越造越大，在港口不容易操作，常常需要雇傭動力強大、操縱靈活的拖船進行輔助作業(yè)，這樣不僅可以彌補大型船舶在靈活性上的缺陷，還能減少自身燃料消耗，省去安裝價格昂貴的艏艉推進器，實現(xiàn)可觀的經(jīng)濟利益。一艘拖船若能代替兩艘甚至多艘拖船的功用時，其意義并非只減少了需要雇傭的拖船數(shù)目，同時還能提高現(xiàn)場工作效率，減少多艘船之間相互干擾。因此，單一拖船增加其拖力有其在經(jīng)濟與效率等多方面的意義，今后拖船若能應(yīng)用新式裝置達到以一頂二的效果，勢必將取得較高的競爭優(yōu)勢。

2．新造拖船體積比傳統(tǒng)拖船體積更小，動力和功能卻比以往更大。小型拖船可在窄小的區(qū)域內(nèi)作業(yè)，而體積較大的拖船往往不容易在這些區(qū)域作業(yè)，比如：運河，水閘或大橋下方、橋墩間的通道等。體積較小的拖船若能提供和大型拖船一樣或更高的拖力，在許多場合將有著絕對的競爭優(yōu)勢。回旋圓筒拖船就是這方面的典型例子。

3．現(xiàn)代拖船應(yīng)具備較傳統(tǒng)拖船更多樣的功能。若一般的港作拖船還能具備海難救助船、護航拖船及近海供應(yīng)船所擁有的功能，勢必將獲得船東的青睞。

4．從安全和環(huán)保的角度出發(fā)，在一些港口和區(qū)域，如北美地區(qū)以及挪威油港或環(huán)境敏感區(qū)域，特別制定了法規(guī)要求油船必須由護航拖船來護航，這一情況從某種意義上來說增加了對大動力拖船的需求。

綜上所述，在高效率化、多功能化、小型化及大功率化等“四化”發(fā)展趨勢下，作為一種主要對較大型船舶等提供航運輔助與多方面服務(wù)的小型船舶，其作業(yè)效率與經(jīng)濟性皆為船型設(shè)計的重要考量因素。由于功能多，設(shè)備繁多先進，該類船已屬于高附加值船范疇，具有良好的市場發(fā)展前景。以國內(nèi)船廠的規(guī)模和能力，非常適合建造各類新型拖船，因此對全球拖船技術(shù)的發(fā)展及市場需求的變化應(yīng)當予以關(guān)注。