12 000 t抬浮力打撈工程船船型方案優(yōu)化設(shè)計

張鵬翀 高學英

【摘 要】 為使12 000 t抬浮力打撈工程船更加適應(yīng)東海海域作業(yè)和市場經(jīng)營要求，探討船型方案優(yōu)化設(shè)計，從滿足東海水域應(yīng)急搶險打撈作業(yè)所需性能要求和提升船舶參與市場經(jīng)營能力兩方面出發(fā)，對母型船的主尺度、主推進電機功率和主推進方式進行優(yōu)化調(diào)整。結(jié)果表明，該型船舶采用全電力推進系統(tǒng)加常規(guī)直推軸系的推進方式，相比母型船，具有更高的穩(wěn)定性和易維護性。

【關(guān)鍵詞】 東海水域;主尺度;主推進電機功率;直推軸系推進系統(tǒng)

0 引 言

抬浮力打撈工程船是打撈工程船的重要船型之一，其抬浮力打撈方式與其他打撈方式相互補充、相互配合能夠有效提升打撈作業(yè)效率。大型抬浮力打撈工程船的建成和投入使用能夠大大提高我國沿海大深度、大噸位沉船快速打撈能力，有效降低因難船造成航道港口堵塞或海洋環(huán)境污染對社會經(jīng)濟發(fā)展的不利影響，提升國家應(yīng)急處置能力。同時，大型抬浮力打撈工程船的市場應(yīng)用前景廣泛，不僅能用于大型貨物的運輸，還能用于海洋石油和天然氣勘探開采中所需的大型海上裝備的裝載和運輸，以及大型組塊的浮托法安裝。目前上海打撈局為更好適應(yīng)東海海域作業(yè)需求和滿足市場經(jīng)營需要，在以廣州打撈局所屬的12 000 t抬浮力打撈工程船為參考母型船的基礎(chǔ)上，對船型和動力裝置進行了局部優(yōu)化和調(diào)整。

1 母型船主要技術(shù)指標

以2017年建成的廣州打撈局12 000 t抬浮力打撈工程船“華洋龍”號（見圖1）為母型船。該船是鋼質(zhì)、全電焊、流線型船首、短艏樓、方形尾、寬敞平整作業(yè)甲板、電力推進的自航半潛打撈工程船，具有快速調(diào)載功能，單邊抬浮力可達到12 000 t，兩船成對協(xié)調(diào)作業(yè)時抬浮力最大可達到24 000 t，船尾部拉移裝載最大貨物重量不小于8 000 t。母型船主要用于大型遇難破損船舶的應(yīng)急搶險打撈，以及破損船舶的裝載和運輸，也用于海上大型設(shè)備及鋼結(jié)構(gòu)件、海上石油開采平臺、導管架、船舶分段等超大件的運輸任務(wù)，還可用于危險貨物運輸。母型船主要技術(shù)指標為：總長166.6 m、型寬39.8 m、型深10.90 m;航行吃水（設(shè)計吃水）7.50 m、作業(yè)吃水8.80 m;甲板平均載荷25 t/m2、甲板有效載貨面積5 200 m2;航速約14 kn、續(xù)航力15 000 n mile;自持力60 d、最大抬浮力（單船單邊）12 000 t;主發(fā)電機組3 470 kW？臺、停泊發(fā)電機組950 kW？臺、應(yīng)急發(fā)電機450 kW？臺;主推進器功率4 500 kW？臺、艏部側(cè)推1 600 kW？臺;動力定位為DP2級、錨泊定位200 kN？臺;液壓千斤頂系統(tǒng)4 500 kN？8臺。

2 主尺度優(yōu)化

母型船方案主要是針對南海海域海況設(shè)計的，而針對以50～120 m左右長涌浪為主的東海水域海況特點，為提升抬浮力打撈船在應(yīng)急搶險作業(yè)時對海況的適用性、延長海上作業(yè)時間窗口，并保證作業(yè)時的安全性、作業(yè)人員的舒適性，在船型優(yōu)化時需將船舶的耐波性（縱搖和升沉）作為船舶性能要求的重點因素加以考慮。船舶耐波性的關(guān)鍵因素是船長（水線長度）。從耐波性理論可知，增加船長可以改善船舶在波浪中的縱搖和升沉運動，其主要影響參數(shù)是波長 與水線長L的比值 /L，通常：當 /L≤0.75時，運動幅度不大;最大的縱搖發(fā)生在 /L=1.0～1.5范圍內(nèi);當 /L>1.5時，不可避免將發(fā)生較大的縱搖和升沉運動。

當波高為2.5 m時，對應(yīng)波長約120 m，只有當船舶水線長L不小于160.0 m的情況下才能滿足/L≤0.75的條件;考慮到優(yōu)化方案中船舶（以下稱作“新造船”）建成后進行深遠海作業(yè)的可能性較大，深遠海涌浪條件更為惡劣，應(yīng)當適當加長水線長度。綜合考慮耐波性和實際作業(yè)需求，將新造船船長在母型船166.6 m的基礎(chǔ)上增加約2.4 m，即船長約為169.0 m是較為合適和經(jīng)濟的。

此外，新造船船寬和型深與母型船保持一致，分別為39.8 m和10.9 m。水線面面積大，能夠確保船舶具有良好的完整穩(wěn)性和破艙穩(wěn)性能力，且可裝載重量約13 500 t的JU2000E型自升式鉆井平臺等大件海洋工程貨物。

3 推進方式優(yōu)化

母型船從以提高作業(yè)可靠性、提升船舶整體性能出發(fā)，采用了全電力推進加全回轉(zhuǎn)吊艙槳的推進方式。新造船不僅要在確保滿足東海深水水域搶險打撈作業(yè)要求的同時，還要能夠兼顧海上大型貨物裝載和長距離航行的運輸任務(wù);因此，新造船需要對推進端的推進形式在技術(shù)、經(jīng)濟性方面作進一步論證和調(diào)整。

3.1 推進功率調(diào)整

母型船的吊艙推進器功率為4 500 kW。由于新造船較母型船船長有所增加，導致船體阻力隨之加大，因此必須加大新造船的主推進功率及推進效率?？紤]不同型式的螺旋槳其旋轉(zhuǎn)效率及敞水效率不同，在計算確定新造船雙機雙槳電力推進系統(tǒng)中，每臺推進電機功率需要約5 500 kW方能滿足航速及使用要求，因而新造船主推進功率較母型船提高了1 000 kW。由新造船航速―推進電機功率曲線（見圖2）可以看出，在深靜水狀態(tài)下，當2臺推進電機輸出85%的總額定電機功率時，新造船設(shè)計吃水時的航速能夠不小于14 kn。

3.2 推進方式調(diào)整

母型船采用了4 500 kW全回轉(zhuǎn)吊艙槳的推進方式。若新造船也采用同樣推進方式，則需要 kW功率的全回轉(zhuǎn)舵槳推進系統(tǒng)。目前，主流全回轉(zhuǎn)舵槳配備的推進器產(chǎn)品的功率多數(shù)限制在3 000 kW以下，若使用5 500 kW的推進系統(tǒng)則需要高價進口或技術(shù)引進再生產(chǎn)，經(jīng)濟性不高且生產(chǎn)周期較長。此外，盡管吊艙式推進系統(tǒng)自動化水平和系統(tǒng)集成度較高，但也需要配置更多的專業(yè)電機員和高級船員對設(shè)備進行操作、維護和管理，后期船舶運維費用也會有所增加;當?shù)跖撏七M器發(fā)生故障時，需要由設(shè)備供應(yīng)商提供現(xiàn)場維修服務(wù)，這不僅增加了維修成本，對船舶的正常航行也會帶來一定的影響。

若新造船采用常規(guī)直推軸系推進系統(tǒng)，雖然艉部增加設(shè)備艙室，但其線型的設(shè)計可得到進一步優(yōu)化，通過增加分水踵及舵系，船舶的航向穩(wěn)定性比吊艙式推進系統(tǒng)的更好。若采用常規(guī)固定螺距螺旋槳推進系統(tǒng)，設(shè)備簡單可靠、航行效率高，初期投資和后期運維費用低，更加適合長距離運輸航行。此外，直推軸系推進系統(tǒng)能耗水平低，且可通過水潤滑形式消除潤滑油泄漏風險，相比吊艙式推進系統(tǒng)更加環(huán)保。

通過技術(shù)性和經(jīng)濟性比選，常規(guī)直推軸系推進系統(tǒng)更加適合新造船的工作用途和用船單位的運維能力。

4 船型方案比較

新造船與母型船功能相同，是具有快速調(diào)載功能的自航打撈工程船，但與母型船相比，新造船主尺度和載質(zhì)量更大，耐波性更強，更適合大型貨物的長距離運輸;同時，兩船型在動力系統(tǒng)方面存在較大差異，母型船采用全電力推進加全回轉(zhuǎn)吊艙槳方式，新造船采用全電力推進加常規(guī)直推軸系推進方式，并加大了推進電機功率。相較母型船，新造船推進方式結(jié)構(gòu)簡單、牢固、耐用，操作管理相對簡單，5 500 kW功率的產(chǎn)品擁有成熟的技術(shù)且風險較低，且直推軸系推進系統(tǒng)也能滿足DP2操作和設(shè)備冗余要求，并可發(fā)揮長距離航行時的推進高效、節(jié)能環(huán)保等作用，具有更高的穩(wěn)定性和易維護性。兩船型具體技術(shù)指標比較見表2。

5 結(jié) 語

經(jīng)優(yōu)化設(shè)計后，新造船將更加適應(yīng)東海海域作業(yè)和市場經(jīng)營需求，在具備12 000 t抬浮打撈能力的同時，具有DP2級動力定位能力和半潛功能，且直推軸系推進系統(tǒng)具有更高的可靠性、耐用性和易維護性。新造船在滿足履行公益性打撈任務(wù)的同時，兼顧市場經(jīng)營需求，參與大型貨物裝載與運輸市場競爭，實現(xiàn)裝備的可持續(xù)使用和維護。