淺談公務(wù)執(zhí)法船輪機(jī)系統(tǒng)配置

魯寒坤　彭乃東

摘 要：本文主要以我院近年來設(shè)計開發(fā)的公務(wù)執(zhí)法船為依托，介紹了公務(wù)執(zhí)法船的輪機(jī)系統(tǒng)配置等。

關(guān)鍵詞：執(zhí)法船；主機(jī)；水炮；推進(jìn)器；空調(diào)

中圖分類號： U664.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： This paper briefly describes the typical engine system of official ship designed by our company.

Key words： Official ship； Main engine； Water cannon； Thruster； Air-condition

1 前言

我國海洋面積廣闊，為加強(qiáng)對海洋資源的管轄以及對南海、東海等海域主權(quán)的維護(hù)，國家將原漁政、海監(jiān)、海關(guān)三大執(zhí)法系統(tǒng)合并為中國海警，特別是三沙市的成立宣示著中國對海洋權(quán)益維護(hù)的決心。為此，建造一批先進(jìn)的公務(wù)執(zhí)法船服役迫在眉睫，以保障我國海域各項生產(chǎn)秩序和人員安全，打擊國外非法作業(yè)船只，維護(hù)我國海洋權(quán)益。

2 我院設(shè)計開發(fā)的典型執(zhí)法船簡介

近年來，我院承接了多艘農(nóng)業(yè)部、海關(guān)總署、邊防武警等部門下達(dá)的中小型執(zhí)法船設(shè)計任務(wù)，先后設(shè)計開發(fā)了100～1 000 t級各類漁政船、100～600 t級邊防巡邏船、100～1 000 t級海監(jiān)、海關(guān)船等。

下面介紹幾種典型的執(zhí)法船型：

（ 1 ） 600 t級海關(guān)船

該船為我院2013年參與投標(biāo)的海關(guān)船中的一型，正常排水量600 t，四機(jī)、四槳、雙舵，主機(jī)采用4臺高速柴油機(jī)，配置兩門射程不小于100 m的水炮。

圖1為600 t級海關(guān)船的外形。

（2）300 t級海警船

該船正常排水量300 t，四機(jī)、四槳、雙舵，主機(jī)采用4臺高速柴油機(jī)，配置一門射程不小于100 m的水炮。

圖2為300 t級海警船外形。

（ 3 ） 500 t級漁政船

該船正常排水量500 t，雙機(jī)、雙槳、雙舵，主機(jī)采用2臺中速柴油機(jī)，最高航速18 kn，配置一門射程不小于80 m的水炮。

圖3為500 t級漁政船外形。

（ 4 ） 600 t級海監(jiān)船

該船正常排水量600 t，三機(jī)、三槳、三舵，主機(jī)采用3臺高速柴油機(jī)，該船最高航速26 kn，配置兩門射程不小于80 m的水炮。

圖4為600 t級海監(jiān)船外形。

3 輪機(jī)系統(tǒng)配置

3.1 主機(jī)配置

目前中小型公務(wù)執(zhí)法船主機(jī)一般采用中、高速柴油機(jī)：在同等功率下，高速機(jī)體積小、重量輕，適合在體積、排水量受限的小型執(zhí)法船上使用；中速機(jī)體積和重量較大，但其大修期長、可靠性高、燃油消耗率低，在中大型執(zhí)法船上比較受青睞。

柴油機(jī)的功率與執(zhí)法船的大小、航速等因素密切相關(guān)，不同類型的執(zhí)法船因執(zhí)法范圍、對象不同，航速差別較大，因此同樣排水量其主機(jī)的配置也不相同：

（1）漁政船

漁政船的航速較低，最大航速一般不超過20 kn，所需主機(jī)功率相對較小，在500 t以上漁政船上布置中速柴油機(jī)具有可行性。我院設(shè)計的500 t、1 000 t級漁政船經(jīng)論證均采用中速柴油機(jī)作為船舶主機(jī)， 其中500 t漁政船已服役10多年，船東反應(yīng)較好，主機(jī)未出現(xiàn)大的故障。

（2）海警、海關(guān)船

海警、海關(guān)船航速較高，一般達(dá)28 kn甚至更高，所需功率大，如我院承接設(shè)計的300 t級海警船，因航速較高，所需總功率約9 000 kW，單機(jī)功率約2 250 kW；而參與開發(fā)的600 t級海關(guān)船， 其總功率更達(dá)13 500 kW，單機(jī)功率約3 400 kW，如此大功率的中速柴油機(jī)體積很大，無法布置，往往只能采用高速機(jī)。

（3）海監(jiān)船

海監(jiān)船航速介于漁政船與海關(guān)船之間，一般在18～24 kn，主機(jī)采用中速機(jī)、高速機(jī)均具有可能性。典型千噸級海監(jiān)船航速—功率曲線圖，如圖5所示。

經(jīng)初步分析，航速在20 kn以下時主機(jī)總功率一般不超過5 000 kW，更適合采用中速柴油機(jī)做主機(jī)；航速超過20 kn時，所需功率較大，此功率的中速柴油機(jī)尺寸大、吊缸高度高，無法在千噸級執(zhí)法船上安裝。近幾年來投入使用的千噸級海監(jiān)船最高航速20 kn，采用2臺 2 500 kW的柴油中速機(jī)做主機(jī)，我院新開發(fā)的航速24 kn的千噸級執(zhí)法船，則采用2臺5 200 kW高速機(jī)做主機(jī)。

3.2 水炮泵驅(qū)動方式

水炮泵一般有以下四種驅(qū)動方式：

（1）電機(jī)直接驅(qū)動方式

一般適用于小型執(zhí)法船，其泵的功率較小，水炮使用時發(fā)電機(jī)組并車即可滿足要求，設(shè)計簡單，操作方便。我院設(shè)計的150 t級海監(jiān)船水炮射程40 m，采用電機(jī)直接驅(qū)動方式。

（2）主機(jī)自由端驅(qū)動方式

一般適用于較大型的執(zhí)法船，其泵的功率較大，電機(jī)驅(qū)動已無法滿足要求。主機(jī)自由端驅(qū)動需要綜合考慮主機(jī)功率、轉(zhuǎn)速、水泵的額定轉(zhuǎn)速及功率等因素，參照主機(jī)推進(jìn)特性曲線，并要保證在主機(jī)正常使用時有額外的功率驅(qū)動水炮泵。該方式設(shè)計時需考慮的因素較多，使用時對控制系統(tǒng)要求較高。我院設(shè)計的300 t級海警船水炮射程100 m，采用的此種方式。

（3）齒輪箱PTO驅(qū)動方式

一般用在可調(diào)槳作為推進(jìn)器的執(zhí)法船上，設(shè)計時需要綜合考慮泵的功率、轉(zhuǎn)速，主機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速以及齒輪箱減速比等，選取合適的主機(jī)工況同時滿足泵及槳的功率。采用該方式設(shè)計時需要考慮的因素較多，對控制系統(tǒng)要求較高，僅在較大型的執(zhí)法船上使用。近幾年來建造的一批千噸級執(zhí)法船采用此種方式。

（4）單獨柴油機(jī)驅(qū)動方式

此方式需要機(jī)艙有足夠的空間，僅適用在較大型的執(zhí)法船上，與齒輪箱PTO驅(qū)動方式相比，其設(shè)計簡單、可靠性高、使用維護(hù)方便。

3.3 推進(jìn)器選用

常用的推進(jìn)器主要有螺旋槳及噴泵兩種形式：

（1）噴泵

一般在高航速（>30 kn）下采用噴泵推進(jìn)形式效率較高，高速客船普遍采用這種推進(jìn)方式。執(zhí)法船大多在30 kn以下，且噴泵相對螺旋槳成本高，故使用較少；

（2）定距槳

定距槳設(shè)計簡單、成本低、軸系構(gòu)造簡單、最大效率比調(diào)距槳高，在中小型執(zhí)法船上使用普遍；

（3）調(diào)距槳

調(diào)距槳部分負(fù)荷時經(jīng)濟(jì)性好，在獲得較高槳效率的同時具有較小的油耗，能改善經(jīng)濟(jì)性，增加續(xù)航力；另外，調(diào)距槳可以提高船舶的機(jī)動性和操縱性，且有利于推進(jìn)裝置驅(qū)動輔助負(fù)載，因此適合在中大型執(zhí)法船上使用。

3.4 空調(diào)裝置配置

中央空調(diào)是執(zhí)法船主流配置，受層高限制時，一般采用冷水機(jī)組與風(fēng)機(jī)盤管組合形式，在層高允許范圍可采用風(fēng)管型式。

空調(diào)往往是執(zhí)法船較大的用電設(shè)備，如何節(jié)能是設(shè)計人員優(yōu)先考慮方向，采用分區(qū)域方式是一個不錯的辦法，即將空調(diào)使用區(qū)域劃分常使用區(qū)與非常使用區(qū)，在滿足全船制冷（熱）總量情況下采用兩臺冷水機(jī)組分別供應(yīng)，其中一臺機(jī)組常開，另一臺在需要時再開，且兩臺機(jī)組互為備用。

4 結(jié)束語

本文僅以我院近年來設(shè)計開發(fā)的公務(wù)執(zhí)法船為依托，介紹了公務(wù)執(zhí)法船的輪機(jī)系統(tǒng)配置等，希望對同類型船舶設(shè)計有一定的幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計實用手冊-輪機(jī)分冊[M].國防工業(yè)出版

社，2002.

[2] 朱樹文.船舶動力裝置原理與設(shè)計[M].國防工業(yè)出版社，1980.