新型大功率搶險(xiǎn)打撈拖輪推進(jìn)方案設(shè)計(jì)

高立峰

（交通運(yùn)輸部廣州打撈局，廣州510260）

摘 要：搶險(xiǎn)打撈拖輪可用于應(yīng)急搶險(xiǎn)打撈和重大軍事?lián)岆U(xiǎn)工程、疏通航道和清除海上障礙物、沉船存油和海上溢油回收、對外消防和打撈現(xiàn)場守護(hù)、應(yīng)急搶險(xiǎn)拖帶和救援等。搶險(xiǎn)打撈拖輪工況多、運(yùn)行狀態(tài)復(fù)雜，為了兼顧船舶功能和經(jīng)濟(jì)性，不僅要對船舶主尺度和總布置進(jìn)行分析比較，而且特別需要對動力配置和電力系統(tǒng)方式進(jìn)行充分論證。本文對我司新造大型搶險(xiǎn)打撈拖輪的動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：搶險(xiǎn)打撈；拖輪；動力系統(tǒng)

中圖分類號：U661.36 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 前言

搶險(xiǎn)打撈拖輪主要用于：打撈現(xiàn)場的守護(hù)（如起拋錨、消防、交通等）；打撈作業(yè)器材、裝備以及生活物資的供應(yīng)；對其它船舶的油、水、電供應(yīng)；對大型打撈作業(yè)船進(jìn)行拖帶、移位；對遇險(xiǎn)船舶或海洋平臺進(jìn)行封艙、堵漏、排水、排油或抽取其他危險(xiǎn)品等救助作業(yè)，并具備一定的海上溢油回收能力等。

為滿足在遠(yuǎn)海、深水對應(yīng)急搶險(xiǎn)打撈作業(yè)的需要，船舶應(yīng)具有良好的耐波性能，具備搭載應(yīng)急搶險(xiǎn)打撈設(shè)備（如ROV、RUV、拖曳探測設(shè)備等）的能力，滿足海底難船、小型物件探測打撈的需要。

該類型船舶的動力系統(tǒng)使用工況較多，一般設(shè)計(jì)時(shí)需考慮自由航行、拖帶、低速航行、定點(diǎn)作業(yè)以及消防作業(yè)等工況，各種工況對動力的需求存在較大的差異，設(shè)計(jì)時(shí)需綜合考慮各種使用工況。

本文以8 000 kW大功率搶險(xiǎn)打撈拖輪為對象，對該船動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹和分析。

根據(jù)對搶險(xiǎn)打撈的功能需求分析，本船應(yīng)具有如下的能力：

（1）應(yīng)急拖帶能力。通過船上配備的大功率拖纜機(jī)、鯊魚鉗、尾滾筒、絞盤等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)大馬力拖帶能力；

（2）對外消防能力。這對延長人員求助的時(shí)間、保護(hù)財(cái)產(chǎn)安全具有非常重要的作用；

（3）載貨能力。需要搭載如潛水作業(yè)設(shè)備、打撈器材等大量的物質(zhì)和器材，并為難船或平臺等提供燃油和淡水；

（4）存油和溢油回收能力。抽取難船油艙內(nèi)的燃油，防止火災(zāi)擴(kuò)大或燃油泄漏對海洋環(huán)境造成次生災(zāi)害，回收泄漏到海面上的油污；

（5）動力定位能力。需要在不同海域和海況條件下進(jìn)行應(yīng)急搶險(xiǎn)作業(yè)，如無法拋錨作業(yè)及水深超過錨泊系統(tǒng)能力的海域，并且需要快速就位，如果配套潛水人員和設(shè)備需要提供潛水支持；

（6）起拋錨能力。起錨作業(yè)主要通過絞盤或絞車將浮筒或錨浮漂絞至甲板上，將錨頭鋼絲繩與拖纜機(jī)相連，利用拖纜機(jī)將錨絞離海底，完成起錨作業(yè)。

2 動力裝置及推進(jìn)方案分析

要實(shí)現(xiàn)以上能力，需對船的總體、舾裝、動力裝置及電力系統(tǒng)在各種工況進(jìn)行綜合分析和論證，因限于篇幅，本文僅分析該船的動力裝置及推進(jìn)方案。

從動力裝置及推進(jìn)方式上看，該類船型中主要有傳統(tǒng)的柴油機(jī)帶軸系可調(diào)螺距螺旋槳推進(jìn)和較為先進(jìn)的全電力驅(qū)動兩類方式。與傳統(tǒng)推進(jìn)方式相比，全電力驅(qū)動方式有以下明顯優(yōu)勢：

（1）可方便轉(zhuǎn)移不同時(shí)使用的大功率能源，節(jié)省總裝置功率：傳統(tǒng)推進(jìn)方式在0航速動力定位時(shí)，主柴油機(jī)雖然可以配備軸帶發(fā)電機(jī)，但其負(fù)荷率依然較低。同時(shí)，調(diào)距槳和舵也難以提供足夠的橫向推力，尾部需要額外配置側(cè)推器；而全電力驅(qū)動的柴油發(fā)電機(jī)組總功率只需滿足各個(gè)工況中的最大同時(shí)使用功率，在低速航行或停泊時(shí)可將富裕不用的功率用于其他設(shè)備，供電轉(zhuǎn)換極為方便；

（2）總體布置優(yōu)越，可節(jié)省有效空間：電力推進(jìn)的最大特點(diǎn)是可以將原動機(jī)與螺旋槳分開布置，電力推進(jìn)的動力裝置是柴油發(fā)電機(jī)組，它可以在全船范圍內(nèi)靈活布置。推進(jìn)電動機(jī)的電能供應(yīng)是通過電纜傳輸?shù)?，是一種柔性連接，可以根據(jù)船舶情況方便的布置；

（3）采用電力推進(jìn)的船舶，由于柴油發(fā)電機(jī)組總能保持較高的負(fù)荷運(yùn)行，無輕載工況，效率保持在較佳運(yùn)行點(diǎn)，耗油率低、排放物少，環(huán)保優(yōu)勢明顯。

3 電力系統(tǒng)分析

經(jīng)過方案論證，如圖1所示，本船采用4臺2200 kW主發(fā)電機(jī)組、1臺900 kW輔發(fā)電機(jī)組和1臺350 kW應(yīng)急電機(jī)組作為動力；首部設(shè)1套1 000 kW管隧式側(cè)推和1套1 000 kW可伸縮式推進(jìn)器；尾部設(shè)置2套4000 kW緊湊型吊艙；全船動力系統(tǒng)DP2按要求設(shè)置。

從電力系統(tǒng)單線圖（略）中可以看出，本船4臺主發(fā)電機(jī)組分別向兩段690 V主配電板供電，每段690 V主配電板分別向1臺4000 kW吊艙推進(jìn)器、1臺側(cè)推、兩臺主變壓器以及液壓動力站等輔助負(fù)載供電。

為了降低諧波對電網(wǎng)的影響，2臺吊艙推進(jìn)器采用24脈沖變頻方式，移相變壓器采用特殊的五繞組變壓器，電壓為690/710/710/710/710 V，功率為5/1.25/1.25/1.25/1.25 MVA，繞組接法為Dd0.5d0y11d11.5，這樣既可以降低移相變壓器占用空間又解決了諧波問題。

本船配備滿足CCS的DP2動力定位系統(tǒng)，而電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與以往的DP2船舶相比更加接近于DP3的方案。4臺主發(fā)電機(jī)分別向兩套690 V配電板供電，每套配電板分為兩段690 V母排，每段母排連接1臺主發(fā)電機(jī)，通過1臺主變壓器向一段400 V主配電板供電。同樣，400 V配電板也是兩套，每套有兩段母排，兩套690 V和兩套400 V配電板之間通過斷路器和電纜連接。

無論主發(fā)電機(jī)、690 V母排、日用變壓器還是400 V母排發(fā)生單一設(shè)備故障時(shí)，電力損失和動力定位影響只有約25%，大大保證了本船的定位能力，提高了電站的可靠性。

因?yàn)楸敬慕^大部分負(fù)載是變頻器供電設(shè)備，變頻器的功率因數(shù)一般在0.9以上，當(dāng)滿足額定功率時(shí)甚至可以達(dá)到0.95，所以如果還是采用常規(guī)0.8功率因數(shù)的發(fā)電機(jī)會造成無功功率的浪費(fèi)，經(jīng)過無功功率計(jì)算分析，選擇采用0.85功率因數(shù)的發(fā)電機(jī)是更加經(jīng)濟(jì)的。

4 結(jié)論

本文對搶險(xiǎn)打撈拖輪的主要功能進(jìn)行了介紹，因篇幅有限只分析了該船的部分工況。搶險(xiǎn)打撈拖輪因?yàn)楣ぷ鞯奶厥庑?，功能集成了錨作拖輪、平臺供應(yīng)船、潛水支持船、溢油回收船的功能，而使其動力系統(tǒng)和電力系統(tǒng)更加復(fù)雜，本船的動力裝置及推進(jìn)方案對于以后類似的船舶動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具有一定的參考價(jià)值。