廈門“驍龍119”號消防船設計

黃孟光 李敏

摘 要：本文圍繞著“目標設計、節(jié)能環(huán)?！钡脑O計理念， 針對廈門消防船設計過程中為實現(xiàn)預期設計目標而在船體線型、重量控制和總體布局、對外消防系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)等幾個關鍵領域所作的努力進行了詳細描述。

關鍵詞：消防船；目標設計；節(jié)能環(huán)保

中圖分類號：662.2 文獻標識碼：A

1 前言

“驍龍119”號消防船由廣州海事通設計顧問有限公司與廣東浩粵船舶工業(yè)有限公司設計研究所聯(lián)合設計，海事通（肇慶）西江船廠有限公司承建，于2013年底交付使用。本船主要用于廈門灣及其周邊海域的海上設施和各類船舶的消防、監(jiān)護和救助，依照中國船級社《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》對沿海航區(qū)船舶的要求進行設計與建造。按照使用需求，本船的技術性能指標要求較高：消防能力達到第2類消防船（FIFI II）的要求；結(jié)構(gòu)強度、穩(wěn)性及適航性能滿足8級海況、9級蒲福風的航行環(huán)境要求；滿載航速不小于15 kn。

如何妥當處理穩(wěn)性與航速的矛盾，是貫穿整個設計過程的核心問題。而對外消防系統(tǒng)及電力系統(tǒng)，則是本船的兩個關鍵系統(tǒng)。本文介紹了設計過程中對這些技術要點的思考與實踐，以供同行們參考。

2 船型與主要參數(shù)

本船以香港海事處現(xiàn)役消防船“卓越”號為母型，單體圓舭方尾船型，帶球鼻首；主船體為鋼質(zhì)，上層建筑為鋁合金；雙機、雙定距槳推進，配有首側(cè)推，操縱靈活，回轉(zhuǎn)性能優(yōu)異；駕駛室視野遼闊，整體造型威嚴醒目?！膀旪?19”號消防船外形見圖1 。

“卓越”號與“驍龍119”號主要參數(shù)見表1。

圖1 “驍龍119”號消防船外形圖

表1 “卓越”號與“驍龍119”號主要參數(shù)

3 穩(wěn)性與航速

3.1 船體型線優(yōu)化

根據(jù)《國內(nèi)航行海船法定檢驗技術規(guī)則》對消防船作業(yè)工況穩(wěn)性的要求，在所有水炮和泡沫炮同時噴射產(chǎn)生最大傾側(cè)力矩時，允許的極限靜傾角不大于5度。此項要求，與消防設備的性能及布局、排水量及初穩(wěn)性有直接關聯(lián)。為此，我們在初始設計階段，以消防系統(tǒng)的合理布局為前提，進行了多種尺度方案的穩(wěn)性評估，最終確定了型寬為10.8 m的改型方案。母型船“卓越”號阻力性能優(yōu)良，而“驍龍119”號增大了8%船寬，為降低船寬增大對阻力性能的不利影響，我們對型線進行了多處局部優(yōu)化，重新修整船首肩部流線，并依據(jù)流線試驗的結(jié)果，調(diào)整了首側(cè)推貫穿口的形狀及舭龍骨走向。在型線優(yōu)化過程中，盡量保持輕載水線以上的水線面面積，以不損失橫穩(wěn)心高為原則。型線優(yōu)化之后，經(jīng)模型試驗及實船試航驗證，其阻力性能甚佳，滿載試航時，在主機全負荷運行狀態(tài)下航速達到15.8 kn。

本船首次正式航行為廣州至廈門段，總航程360 n mile，耗時26 h，平均航速約14 kn。在整個航程中，主機基本上維持在50%左右負荷運行。航行到接近廈門海域時，曾遇到極端惡劣天氣，巨浪直接沖上駕駛甲板，本船的結(jié)構(gòu)強度、穩(wěn)性及適航性能經(jīng)受了嚴峻的考驗，出色地完成了首航，得到船東及船長的高度認可。

3.2 重量控制及優(yōu)化布局

除了船體型線優(yōu)化，船舶排水量及重心高度的控制，是確保本船航速與穩(wěn)性的另一關鍵。因此，在設計過程中，我們對一些關鍵系統(tǒng)的布局進行了優(yōu)化改進，主要包括：

（1） 上層建筑采用鋁合金材料

上層建筑采用鋁合金材料，大大減輕了空船重量，同時降低了重心高度，效果顯著。

（2） 內(nèi)部分隔采用支柱結(jié)構(gòu)

同一層甲板的相同防火區(qū)域，內(nèi)部分隔均采用支柱結(jié)構(gòu)，比如主甲板分隔（見圖2），除煙囪圍壁、梯道圍壁、CO2室圍壁及首部防撞艙壁外，其它區(qū)域全部作為船員生活居住區(qū)，屬同一防火區(qū)域，故其分隔均采用支柱配合裝修壁形式，這樣在減輕重量的同時也便于船員艙室的靈活分割。

（3）消防系統(tǒng)優(yōu)化布置

在全船總體布局時優(yōu)先考慮消防炮位置及消防管系的走向，使消防炮分布盡量合理均勻，消防管基本為“橫平豎直”走勢。全船共設9門消防炮（3門主炮和6門副炮），分層錯落有致地分布在首尾方向，其中2門主炮垂直安裝在煙囪頂，能實現(xiàn)由前至后接近270°的噴射覆蓋范圍，可與前端另一門主炮或與駕駛甲板前的2門副炮同時向船首方向噴射，也可與船尾方向的4門副炮同時向船尾方向噴射。船首端主炮的消防管由機艙環(huán)形總管直接向首部延伸至側(cè)推艙，然后垂直向上穿過首樓甲板安裝在指揮甲板前端，而其余所有消防主管均垂直布置在機艙煙囪內(nèi)。這樣的管系分布既方便消防管系安裝固定及檢查維護，又因消防管系基本不經(jīng)過其它生活工作艙室，從而減少與其它工種間的交叉配合作業(yè)，大大提高了建造效率。消防管路平直順暢的布置，減少了消防管路的總長度，既減輕重量、降低重心，又減少了管路損失，提高了消防炮射程。

4 對外消防系統(tǒng)設計

作為專業(yè)消防船，對外消防系統(tǒng)是本船的關鍵系統(tǒng)。為達到最佳的消防效果，除了布局方面的考慮，系統(tǒng)配置及系統(tǒng)控制也需要特別關注。

4.1 對外消防系統(tǒng)配置

本船設3臺消防泵，其中兩臺由主機前端輸出軸驅(qū)動，另一臺由獨立消防柴油機驅(qū)動。消防海水由機艙內(nèi)的3個獨立消防海底門經(jīng)消防泵后由機艙環(huán)形消防總管送至各消防炮及甲板消防接頭。本船消防系統(tǒng)除了可提供海水消防外，另設有泡沫滅火系統(tǒng)。泡沫滅火系統(tǒng)設有2臺電動泡沫泵及6個泡沫比例混合器。泡沫原液由2個不銹鋼泡沫罐引出經(jīng)泡沫泵加壓后輸送到各個泡沫比例混合器，泡沫比例混合器按設定的3%～6%的配比將泡沫液與海水混合，然后經(jīng)6門消防副炮射出，實現(xiàn)泡沫滅火。

本船消防系統(tǒng)的配置，超過了CCS對第2類消防船的要求，部分配置甚至超過了第3類消防船的要求，詳見表2。

表2 “驍龍119”號 消防系統(tǒng)配置

4.2 對外消防系統(tǒng)控制

對外消防監(jiān)控系統(tǒng)由PLC消防控制觸摸屏、柴油機遙控板、消防炮遙控板和消防系統(tǒng)控制箱等組成。其中，PLC消防控制觸摸屏和柴油機遙控板安裝在駕駛室中部的滅火系統(tǒng)控制臺上，通過PLC觸摸屏可實現(xiàn)對主機轉(zhuǎn)速、對外消防泵、消防炮、泡沫泵以及管路上電動蝶閥等所有對外消防操作進行實時監(jiān)控。消防炮還可使用“移動式”控制板在駕駛室外部進行直觀的現(xiàn)場遙控。另外，船上還設有火場監(jiān)視器和消防探照燈，可以在駕駛室觀察到火場情況。

本船在對外消防作業(yè)時，可通過滑差離合器及首側(cè)推裝置聯(lián)合操作，進行船舶定位。船上設有兩臺滑差離合器，分別安裝于左、右主機后部輸出端，用于驅(qū)動軸系及螺旋槳。消防作業(yè)時主機恒定轉(zhuǎn)速帶動前端對外消防泵，后端通過滑差離合器控制不同的輸出轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)螺旋槳無級低速運轉(zhuǎn)對船舶進行定位。首側(cè)推采用定距槳型側(cè)向推進器，通過控制柴油機及齒輪箱改變螺旋槳的轉(zhuǎn)速及旋向，從而改變側(cè)向推力的大小和方向。通過主推進器、舵裝置和首側(cè)推裝置的聯(lián)合操控，可在消防作業(yè)時保持或改變船位。

5 電力系統(tǒng)設計

現(xiàn)代船舶的設計，越來越注重節(jié)能環(huán)保。本船在電力系統(tǒng)配置及用電設備選型方面，也采取了一些有效的節(jié)能措施，主要有以下幾點：

（1）全自動智能電站

本船設三臺柴油機驅(qū)動的交流發(fā)電機組，每臺機組功率為86KW。在正常航行工況及停泊工況下，單臺機組即可滿足全船電力負荷需求；在進出港工況及消防作業(yè)工況下，兩臺機組并車運行；消防作業(yè)工況下，極端情況時則可三臺機組并車運行?？紤]到各種工況下用電負荷變化比較大，為保證各種工況下電力負荷的需求，同時又不希望發(fā)電機組長時間大功率低負荷運轉(zhuǎn)，故此選擇了單臺機組功率相對較小的多機組并行方案，各機組采用全自動智能電站控制，可根據(jù)船上實時電力負荷需要，以單臺機組獨立工作或兩臺（或三臺）機組并聯(lián)運行，從而實現(xiàn)節(jié)能的目的。

（2）智能中央空調(diào)系統(tǒng)

由于消防船的特殊使命，要求其必須24小時處于待命狀態(tài)。在待命狀態(tài)下，船上僅配值班人員，與平常消防訓練時期或消防作業(yè)時期在人員配置上有很大差別，相應的船上空調(diào)負荷要求也變化很大。為滿足船上空調(diào)負荷多變的需求，本船配置了由4個壓縮機組組成的智能中央空調(diào)系統(tǒng)，可根據(jù)船上實時空調(diào)負荷需要，啟動相應數(shù)量的壓縮機組，達到節(jié)能的目的。

（3）照明系統(tǒng)

全船采用LED照明設備，以減少日常照明電力損耗。

6 結(jié)語

總體來說，本船非的設計常成功，各項性能指標均達到了設計預期。船東半年多來的營運反饋表明，本船在快速性、適航性、操縱性、經(jīng)濟性等各方面均得到了船東的高度認可。本船的服役，大大提升了廈門消防部隊的海上戰(zhàn)斗能力，為廈門灣及其周邊海域的安全提供了強有力的保障。