90 m DP2電力推進(jìn)潛水支持船的研制

王平　秦輝　王金苓

摘 要：本文介紹90m DP2電力推進(jìn)潛水支持船（RDSV）的研制過程，重點(diǎn)分析了該船型的優(yōu)勢(shì)、電力推進(jìn)系統(tǒng)配置、閉合匯流排動(dòng)力定位功能、居住舒適性、工程設(shè)備配置及能力等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：潛水支持船；電力推進(jìn)；居住舒適性；動(dòng)力定位

中圖分類號(hào)：U674.40 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Development of 90 m DP2 Diesel-Electrical Propulsion RDSV

WANG Ping， Qin Hui， WANG Jinling

（ Guangxin Shipbuilding & Heavy Industry Co.， Ltd. Zhongshan 528437 ）

Abstract： This paper introduces a kind of development of 90m diesel electrical propulsion RDSV， mainly focuses on advantage of this type of the vessels， configuration of the engineering facilities， accommodation comfort、configuration of the electrical propulsion system， automation， dynamic positioning capacity.

Key words： Diving Support Vessel； Diesel Electrical Propulsion； Accommodation； Dynamic Positioning

1 前 言

離岸輔助船（OSV）是為海洋資源開采大型工作平臺(tái)提供建設(shè)及后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)輔助支持的船舶。海洋油氣資源的開采已經(jīng)處在深海開采階段，而未來(lái)更多海洋資源如可燃冰、金屬結(jié)核礦等的開采也處于深海區(qū)域。由于深海區(qū)域遠(yuǎn)離大陸，工作環(huán)境惡劣，因此大尺度、高性能、高舒適性、多功能、自動(dòng)化程度高、易操作的OSV船受到客戶的青睞。

90 m DP2電力推進(jìn)潛水支持船（RDSV）是我司研制的一型技術(shù)先進(jìn)的高附加值OSV船。該船入級(jí)美國(guó)船級(jí)社（ABS），目前已在我司建造完畢。。

2 船型特點(diǎn)

（1）多功能：具備海洋工程物料供應(yīng)、工程技術(shù)人員輸送、油水及設(shè)備運(yùn)輸、對(duì)外消防及救援、直升機(jī)平臺(tái)等功能，還具備支持潛水員通過潛水設(shè)備下潛至海面一定深度進(jìn)行設(shè)備安裝、檢測(cè)維護(hù)的功能、支持遙控?zé)o人潛水器（ROV）釋放回收及遠(yuǎn)程控制功能，具有很強(qiáng)的動(dòng)力定位能力及配置有較大起重能力的海工吊來(lái)輔助完成以上工作；

（2）電力推進(jìn)：OSV船在工作時(shí)，往往多個(gè)大型用電設(shè)施同時(shí)在網(wǎng)，采用電力推進(jìn)可使動(dòng)力系統(tǒng)和工程設(shè)備之間靈活的進(jìn)行功率調(diào)配，大大減少全船柴油機(jī)總功率，提高柴油機(jī)效率和減少污染物排放。電力推進(jìn)還具有優(yōu)越的操縱性能和動(dòng)力定位性能、較低的振動(dòng)和噪音等優(yōu)點(diǎn)；

（3）閉合匯流排的動(dòng)力定位（DP2）：出于平臺(tái)安全考慮，多數(shù)OSV船配置了動(dòng)力定位系統(tǒng)，而DP2以上系統(tǒng)則是首選。閉合匯流排的動(dòng)力定位技術(shù)的采用，進(jìn)一步提高了此類船舶可靠性及經(jīng)濟(jì)性；

（4）舒適性：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，國(guó)際勞工組織及船東對(duì)工作環(huán)境要求日益嚴(yán)格，各大船級(jí)社為了適應(yīng)這些變化也制定了相應(yīng)的規(guī)范，滿足相關(guān)舒適度要求的船舶不僅體現(xiàn)了船東對(duì)船員的重視，也體現(xiàn)了此類船舶向高舒適性發(fā)展的需求；

（5）高度自動(dòng)化：本船設(shè)備較多，工況復(fù)雜，為適應(yīng)多功能易操作等要求，高度自動(dòng)化是本船技術(shù)先進(jìn)的體現(xiàn)；

（6）90 m DP2電力推進(jìn)潛水支持船具有如下入級(jí)符號(hào)：FFV1，ROV Capable，DSV Capable，SPS（>60），DP2（Closed Bustie），ACCU，MLC-ACCOM，HELIDK，CRC。

3 技術(shù)性能及系統(tǒng)配置

3.1 主要技術(shù)性能

本船總布置側(cè)視圖，如圖1所示。

（1）技術(shù)性能

最大載重 4 200 t

最大航速 12 kn

動(dòng)力定位能力 35 kn風(fēng)速、2 kn洋流。

乘員 船員14人、工程技術(shù)人員152人。

（2）裝載能力

① 貨淡系統(tǒng)：艙容1 000 m3，設(shè)置一臺(tái)200 m3/hr@90 m離心式自吸泵和16只電動(dòng)遙控閥門；

② 貨油系統(tǒng)：艙容1 200 m3，設(shè)置一臺(tái)200/50 m3/hr@9 Bar螺桿泵和22只電動(dòng)遙控閥門；

③ 鉆井/壓載/艙底水系統(tǒng)：艙容3 000 m3，設(shè)置一臺(tái)200 m3/hr@120 m自吸泵和一臺(tái)180 m3/hr@90 m自吸泵，系統(tǒng)所有閥門采用電動(dòng)遙控閥組；壓載系統(tǒng)設(shè)置一臺(tái)200 m3/hr壓載水處理裝置，滿足IMO對(duì)壓載水處理的要求；

④ 干散料系統(tǒng)：設(shè)置4個(gè)49.7 m3罐，2臺(tái)25.6 m3/min@5.6bar海水冷卻空壓機(jī)及空氣干燥器，2臺(tái)灰塵收集裝置；系統(tǒng)設(shè)計(jì)為兩臺(tái)空壓機(jī)可以同時(shí)工作， 4個(gè)散料罐2個(gè)一組分別進(jìn)行裝卸；

⑤ 甲板面積及載荷：甲板可裝貨面積達(dá)到1100 m2，單位載荷按照10.0 t/m2設(shè)計(jì)。

3.2 動(dòng)力系統(tǒng)及動(dòng)力定位能力

3.2.1 動(dòng)力系統(tǒng)

本船要進(jìn)行潛水支持作業(yè)，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)配置和動(dòng)力定位能力要求遠(yuǎn)高于普通船舶。為此，我們進(jìn)行了詳細(xì)的全船電力負(fù)荷分析和動(dòng)力定位能力分析，并且考慮到未來(lái)的可擴(kuò)展性，最終確定采用5臺(tái)2250 kW AC690 60 Hz發(fā)電機(jī)組組成主電站；主推進(jìn)器采用2臺(tái)2 200 kW全回轉(zhuǎn)電力推進(jìn)器，首部側(cè)推采用3臺(tái)1200 kW隧道式側(cè)推器，所有推進(jìn)器采用AFE變頻驅(qū)動(dòng)；另配一臺(tái)AC440V 60 Hz 525 kW潛水系統(tǒng)專用應(yīng)急發(fā)電機(jī)和一臺(tái)AC440V 60 Hz 273 kW 應(yīng)急及停泊發(fā)電機(jī)。

本船的電力系統(tǒng)單線圖，如圖2所示?？梢钥闯觯敬娏ο到y(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，匯流排分段多，電壓層級(jí)較多，有較多的大型用電負(fù)荷。

由于本船具有閉合匯流排時(shí)的動(dòng)力定位功能，對(duì)電力系統(tǒng)及PMS要求很高，因此電力系統(tǒng)單線圖的設(shè)計(jì)主要是考慮發(fā)電機(jī)的備用、主變壓器的備用及各主要用電負(fù)荷如何在匯流排上布置的問題，圖2所示單線圖可滿足在開式匯流排下進(jìn)行動(dòng)力定位。

本船采用的閉合匯流排動(dòng)力定位功能，在動(dòng)力定位時(shí)僅使用部分電機(jī)組，其余可留作備用。通過PMS系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)及保護(hù)，此功能即減少了燃油消耗，又增強(qiáng)了船舶在發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)繼續(xù)進(jìn)行工作的能力。規(guī)范對(duì)此功能的要求遠(yuǎn)高于普通動(dòng)力定位系統(tǒng)，為了滿足規(guī)范要求，需要與FMEA緊密結(jié)合以避免設(shè)計(jì)出現(xiàn)差錯(cuò)。

3.2.2 動(dòng)力定位能力

本船全工況時(shí)可在35 kn風(fēng)速，2 kn洋流海況下保持全向定位，在出現(xiàn)最差單點(diǎn)故障工況時(shí)，仍可在該海況下保持絕大部分定位能力，本船單點(diǎn)故障時(shí)的定位能力超過普通OSV在全工況時(shí)的定位能力，因?yàn)楸敬邆鋸?qiáng)大的動(dòng)力系統(tǒng)及較小的受風(fēng)面積。

本船全工況及最差單點(diǎn)故障定位能力分析，如圖3所示。

3.3 舒適性

舒適的居住環(huán)境能緩解船員的緊張情緒并提高工作效率，舒適性設(shè)計(jì)涉及范圍廣泛，主要包括艙室布置、振動(dòng)的消除和隔離、噪音的消除、照明照度的設(shè)計(jì)、空調(diào)溫度及濕度的控制等方面。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，使結(jié)構(gòu)自然頻率遠(yuǎn)離設(shè)備的振動(dòng)源頻率；在設(shè)備安裝時(shí)，對(duì)振動(dòng)源設(shè)備增加振動(dòng)隔離措施，以減少振動(dòng)的傳遞。

艙室布置及內(nèi)裝采用聲學(xué)分析軟件進(jìn)行聲音傳遞分析，安裝了浮動(dòng)地板、浮動(dòng)壁板及天花等隔音措施，門窗等均采用隔音設(shè)計(jì)，使得住艙內(nèi)部噪音等級(jí)小于60 dB（A），達(dá)到安靜的標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)照明、空調(diào)及居住環(huán)境友好性方面進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，本船舒適性設(shè)計(jì)完全滿足MLC-ACCOM入級(jí)符號(hào)設(shè)計(jì)要求。

3.4 自動(dòng)化系統(tǒng)

本船具有較高的自動(dòng)化程度，自動(dòng)化系統(tǒng)集成了主推進(jìn)控制、側(cè)推控制、電站管理、機(jī)艙監(jiān)測(cè)及輔機(jī)控制，自動(dòng)化系統(tǒng)采用雙環(huán)路網(wǎng)絡(luò)形式組網(wǎng)，保證了該系統(tǒng)的可靠性。

機(jī)艙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)共設(shè)置MIMIC圖28類，在集中顯示器上可通過MIMIC圖實(shí)時(shí)顯示推進(jìn)系統(tǒng)的工作狀態(tài)、控制輔機(jī)和操作電站管理系統(tǒng)，顯示及操作艙底、冷卻、貨水、貨油、燃油及滑油等系統(tǒng)的泵組及閥件；系統(tǒng)設(shè)計(jì)I/O點(diǎn)共約1 500個(gè)，用于全船機(jī)電設(shè)備工作狀況監(jiān)測(cè)。

3.5 其它輔助工程配置

3.5.1潛水器及潛水支持功能

按規(guī)范ROV Capable和DSV Capable入級(jí)符號(hào)的要求，本船對(duì)甲板結(jié)構(gòu)加強(qiáng)、艙室布置、消防、火警探測(cè)和控制通信、ROV收放等方面進(jìn)行了專門設(shè)計(jì)，考慮到ROV及DSV設(shè)備的體積重量、放置區(qū)域的消防及與主要控制位置的通信要求等。

3.5.2 海工重吊配置

本船設(shè)計(jì)一臺(tái)起吊能力為100 t@12 m， 15 m/min的海工重吊，該吊機(jī)由4臺(tái)400 kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，波浪補(bǔ)償能力為起伏周期8～12 sec、位移量±2 m、最大補(bǔ)償速度1.0 m/s。

3.5.3 外消防能力配置

本船設(shè)計(jì)2臺(tái)2 200 m3/hr@130 m海水泵、2臺(tái)1200 m3/hr消防炮，2臺(tái)海水泵分別由2臺(tái)主發(fā)電機(jī)組前端PTO驅(qū)動(dòng)。進(jìn)行外消防作業(yè)時(shí)，外消防系統(tǒng)向PMS發(fā)送功率限制請(qǐng)求，PMS系統(tǒng)與電力推進(jìn)系統(tǒng)協(xié)同控制主推進(jìn)系統(tǒng)的功率輸出完成功率限制，防止發(fā)電機(jī)過載。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)受到國(guó)際油氣價(jià)格下行的影響，離岸輔助船受到一定程度的影響。但隨著油氣價(jià)格的回升和其它海洋礦物資源的不斷發(fā)現(xiàn)和開采，未來(lái)離岸輔助船將會(huì)迎來(lái)新一輪市場(chǎng)需求。受制于深海條件，類似90m DP2電力推進(jìn)RDSV這類大尺度、多功能、技術(shù)性能優(yōu)良、自動(dòng)化程度高、高舒適性的離岸輔助船將會(huì)是其中的佼佼者。

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