12000kW海洋拖輪系柱拖力試驗與分析

周艦，李淵，周霖

（海洋石油工程股份有限工程設(shè)計公司，天津 300450）

12000kW海洋拖輪系柱拖力試驗與分析

周艦，李淵，周霖

（海洋石油工程股份有限工程設(shè)計公司，天津 300450）

隨著世界貿(mào)易的不斷發(fā)展，海運業(yè)復蘇呈現(xiàn)蓬勃的態(tài)勢，為了降低運營成本和提高競爭力，海運船舶噸位不斷增加；同時，海洋無動力半潛船等無動力作業(yè)船，海洋導管架式、坐底式等鉆井石油平臺的迅速發(fā)展，都對海上拖輪性能提出了更高要求。海洋拖船航行于無限航區(qū)。主要用途是能進行海上船、駁、鉆井平臺等的拖航工作；兼顧海洋工程作業(yè)；能進行海洋工程船起拋錨作業(yè)，能適量裝運甲板貨，并能對外供油、供水、供電。因此，海洋拖輪的拖帶能力（即系柱拖力）的大小直接決定了該船舶的綜合指標，也是特定船型和機槳條件下船舶的外特性指標。

12000kW海洋拖輪；系柱拖力；拖力試驗與分析

1 船舶主要尺度及參數(shù)

船舶總長為89．96m，垂直間長為80．00m，型寬為17．2m，型深為 8．5m，設(shè)計吃水為 6．50m，最大設(shè)計吃水為6．80m，設(shè)計肋距為0．60m。其主推進系統(tǒng)采用雙機、雙可調(diào)螺距螺旋槳、雙固定導管、雙襟翼舵，船首為前傾式，船尾為巡洋艦式，在船首設(shè)有兩臺首側(cè)推裝置。主要推進設(shè)備WARTSILA 9L38主機(MCR)功率為6000kW，相應轉(zhuǎn)速514～750r/min，共兩臺主機。設(shè)計穩(wěn)定系柱拖力（正拖）為200T。

2 試驗大綱

主要根據(jù)中華人民共和國船舶標準（CB/T3430-92）《海洋及港作拖船系柱拖力試驗方法》及CCS發(fā)行的系柱拖力證書大綱指導信息制定的，并且考慮了建造船廠碼頭的實際情況。主要包括如下內(nèi)容。

2.1 試驗的要求和狀態(tài)

系柱拖力試驗應由船東、驗船師及船廠共同進行。試驗前，應做好所有的準備工作，吃水和縱傾應調(diào)整到設(shè)計狀態(tài)，所有用于試驗的工具和人力都應準備好。根據(jù)附近海域的潮汐表定好試驗日期和時間，確保試驗時碼頭帶纜樁及海況符合試驗要求。

2.2 試驗條件

試驗的條件主要包括氣象條件、水域條件、試驗裝備條件和拖輪工況。

試驗時，氣象條件：最大風速不能超過5m/s；能見度不能少于500m；氣溫在-10～40℃之間。水域條件：航道應寬而平，無波無浪；潮水不超過1．5m/s；從拖船船底算起的水深大于拖輪船吃水的2倍，且不小于10m；拖繩（即鋼絲繩）長從尾到碼頭不小于3～4倍船長，此次試驗鋼絲繩長度約為360m左右；拖繩的破斷負荷應小于設(shè)計的最大系柱拖力200t，試驗用繩的實際破斷拉力為4200kN。

試驗的裝備主要包括500t應變片拉力傳感器、拉力信號采集和顯示等，如圖1所示。測試系統(tǒng)的精度達到0．3%，且可以實時的采集、保存和顯示數(shù)據(jù)，同時調(diào)節(jié)船上拖力顯示系統(tǒng)。

圖1 拖輪系柱拖力測試系統(tǒng)示意圖

2.3 試驗方法

在船建造好并經(jīng)航行試驗合格及用于試驗的儀器安裝完之后進行系柱拖力試驗；拖船處于最佳狀態(tài)，縱傾基本上不超過船長的1%；在試驗過程中，拖船應與碼頭人員聯(lián)系；用中間配有＞250T的拉力傳感器的鋼索，一端系在碼頭上的系柱樁（帶纜樁），另一端系在拖輪主拖纜機上的卷筒上。此次試驗的拖輪設(shè)計穩(wěn)定系柱拖力（正拖）為200T，碼頭每個系柱樁設(shè)計拖力為200T，因此試驗時改為拖帶兩個系柱樁，設(shè)備布置于甲板駁船上，如圖2。

2.4 試驗內(nèi)容和程序

根據(jù)相關(guān)規(guī)范和規(guī)定要求，制定試驗程序，需提交船檢和船東，經(jīng)討論確定最終試驗程序。

圖2 拖輪系柱拖力試驗布置圖

首先測試主機額定功率的工況下的系柱拖力和平均拖力。然后主機應逐步調(diào)整，試驗開始時為100%MCR，且快速調(diào)整主機，以使主機能達到100%的連續(xù)功率輸出，試驗時由主機或推進器軸帶動的所有輔助機械應同時運轉(zhuǎn)。100%連續(xù)功率輸出時的穩(wěn)定拉力保持10min，應盡量在拖船正直向前，且無任何偏向的情況下由測試記錄下拖力讀數(shù)10次，拖力測數(shù)的平均值就是正常系柱拖力。同時測量主機轉(zhuǎn)數(shù)、槳轉(zhuǎn)數(shù)、燃油讀數(shù)、排氣溫度、主機氣缸爆炸壓力。依次減少主機功率，分75%、50%及25%主機功率進行拖力試驗，每檔的穩(wěn)定拉力保持10min，分10次記錄拉力表讀數(shù)、主機每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)和軸功率，繪成主機轉(zhuǎn)速與拉力曲線圖。

其次進行正車拖力試驗，當分別輸出50%、75%連續(xù)時做上述同樣的試驗。還需進行測試主機40%持續(xù)負荷狀態(tài)下的平均起始拖力值，并在1min內(nèi)增加至100%持續(xù)負荷狀態(tài)測取最大系柱拖力，如表1所示。

表1 系柱拖力試驗記錄表

拖力計算

式中：Ti為每一試驗間隔ΔT內(nèi)的峰值；n為規(guī)定試驗時間內(nèi)拉力測試的讀數(shù)次數(shù)。

若船東要求，還需要測定當主機輸出110%功率時，在主機連續(xù)運行至少1分鐘內(nèi)的拉力。

3 試驗結(jié)果

在滿足試驗的天氣和海況情況下，根據(jù)制定的試驗大綱，在拖力試驗碼頭上進行系柱拖力試驗。根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算得來，12000kW海洋拖輪倒車拖力試驗測試的最大拖力為194～210．32T，最大平均拖力為204．4T。正車拖力測試最大拖力為192～211T，最大平均拖力為202T。且40%功率下，其起始系柱拖力為70．3T，增加到100%功率最大系柱拖力和持續(xù)系柱拖力為 204．64T、200．36T。

4 結(jié)果分析

通過倒車拖拉工況與正車拖拉工況測試數(shù)據(jù)的比較分析，得出其最大系柱拖力值基本相同。因此海洋拖輪是采用的全回轉(zhuǎn)螺旋槳，其主機是不可換向的，因而主推進系統(tǒng)在正、倒車工況25%、50%、75%、100%主機功率下拖力值基本上相同。正車拖拉工況是拖輪最為重要的工作工況，必須通過多次測試測量來綜合判斷正車拖拉工況表現(xiàn)的持續(xù)拖力能力，進而提高測試判斷的科學性和合理性。該拖輪自主機40%持續(xù)功率到100%持續(xù)功率的最大系柱拖力所需的時間為55s，符合“小于1min”的時間限制要求。所有試驗測得的數(shù)據(jù)及試驗報告需送交船級社驗船師審查，該船測得的持續(xù)系柱拖力值已經(jīng)達到設(shè)計要求。

在實船系柱拖力試驗測試過程中，測試裝備安裝在碼頭上的甲板駁船上，因此數(shù)據(jù)采集人員與拖輪駕駛室工作人員的通訊主要依靠對講機，導致了該船系柱拖力試驗中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)如主機轉(zhuǎn)數(shù)、負荷、拖力值槳轉(zhuǎn)數(shù)、燃油讀數(shù)、排氣溫度、主機氣缸爆炸壓力等信息傳遞只能通過人工報數(shù)的形式進行交換。造成了拖力值實時變化與主機轉(zhuǎn)速、負荷不變的矛盾，測得的拖力值與實際主機負荷等數(shù)據(jù)存在一定的差異。應該建立主機轉(zhuǎn)速-拖力值變化得曲線，根據(jù)曲線得出的拖力值更符合實際和合理性，同時也對拖輪實際生產(chǎn)中做出更好的指導意義。本次試驗主要采用兩根鋼絲繩成60°拖拉碼頭系柱樁的方法，如圖2，是結(jié)合現(xiàn)有的條件的一次創(chuàng)新，既節(jié)約了成本，也為以后類似船型的系柱拖力試驗積累了寶貴的經(jīng)驗。

5 結(jié)語

通過對測試結(jié)果的分析，12000kW海洋拖輪的最大系柱拖力值達到設(shè)計要求（200T），其他拖力性能也符合船東對拖輪的實際需要。海洋拖輪系柱拖力試驗必須嚴格依照規(guī)范、規(guī)定來制定試驗大綱和執(zhí)行，同時試驗所用的設(shè)備、工具等必須提前準備到位，才能使測得數(shù)據(jù)、拖力值具有準確性和合理性。然而試驗過程中因信息傳遞等人為因素和外部環(huán)境等客觀因素影響，導致試驗的結(jié)果與實際情況還是存在一些差異。采取新型試驗方法來克服這一差異，是未來發(fā)展方向之一。

[1]林維學，徐崇輝．用新《標準》指導系柱拖力試驗[J]．中國修船, 1994(5):5-7．

F550.72

A

1671-0711（2017）10（上）-0079-02