新长公司火车渡轮电气设计特点

陆奕清

（上海船舶研究设计院，上海 201203）

0 前言

“新长号”是一艘航行于长江A、B航区（即吴淞口——宜昌段）的火车渡轮。其母型船为目前正在服役的“芜湖号”和“北京号”，于1989年由上海中华造船厂（目前已与沪东船厂合并为沪东中华造船集团）设计建造。2008年，为了替代上述服役20年的旧船，应船东（江阴铁路轮渡所）的委托，由我院承担设计了新长公司火车渡轮“新长号”。该船已于2011年完成试航，并交付船东使用。船长135.3m，型宽17.2m，设计轨长129.5m，最大载车量2 808 t，采用柴油机驱动，单向推进的方式。

船的尾部为方尾型，采用双机双桨双襟翼舵，首部为方首型，并设单机单桨的纵向助推设备和单襟翼舵。为保障火车安全上船，在控制方面，本船设有1套纵倾调整控制系统和1套横倾调整控制系统。在通信方面，配有1套铁路取车信号系统。与常规钢质海船不同，该船因航区要求，需要满足的规范是《内河船舶检验技术规则》及《钢质内河船舶建造规范》，所以在通导设备等配置及控制上有较为特殊的要求。下面详细介绍该船电气设计的特点。

1 保障火车安全上船的控制系统

为了确保火车安全上船，该船是通过设置纵、横倾控制及取车信号系统来实现的。

正常营运状态下，该船需要24 h不间断地往返于靖江和江阴两岸来运输各种货运列车，单程约为30min。

在单次运输过程中，首先要完成的是船舶与铁路栈桥的对接。在船舶靠近栈桥后，需要使用纵倾调整控制系统。该船的纵倾控制系统由驾控台上的遥控单元完成，由2台纵倾调整水泵承担。此首、尾2台纵倾调整泵各自将首、尾纵倾调整舱的压载水吸入和排出，自成独立的管路，管系采用电动遥控蝶阀，也可就地应急操纵。这样通过调节首尾吃水，控制船首倾斜角度，就能安全完成与引桥上的铁轨平稳对接，以达到火车通行的标准。此功能在潮汛期使用更为频繁，作用更为重要。

在对接完成后，就要进行上下火车的工作。上下车的顺序由1套铁路取车信号系统进行通信和控制。该船一共设有三股各130m的有效轨道，相邻两股道中心距3.66m。每次只能允许一列火车上下船。三股铁轨上下列车的顺序由岸桥上的工作人员控制，并以信号灯板的形式将取车顺序显示在引桥上。由于只有位于驾驶室的船员才能清晰地读出该信号，因此需要设置一套铁路取车信号系统。该系统由驾驶员操作，将信号灯板显示的取车顺序信号发送至位于主甲板的水手工作间，以便于水手们提前进行准备工作。

火车渡船取车现场见图1。

通常情况下，火车会首先从中间的轨道上船，然后在船舶的一侧上火车时，势必造成船舶横倾，在极端情况下，还可能造成船舶的倾覆。横倾调整控制系统就是为了平衡上、下火车时产生的横倾力矩而专门设置的。本系统由专用的左右横倾平衡水舱、两组横倾平衡水泵（每组3台泵组，其中1台备用，任何1台泵检修不影响其他泵的工作，每组泵只能单向打水，泵进口设置手动蝶阀，平时常开，只在检修泵时关闭），以及位于驾控台上的水泵遥控起停、运行指示按钮组成，同样由驾驶室船员手动控制。该系统能满足一列不大于1 000 t重的均匀列车以15 km/h速度上船逐步减速至3 km/h接近船尾挂钩（或下船）渡轮横倾不超过3.5°，3°时内部报警，横倾超过3.5°则应对外报警，并对运转列车显示停车信号。

图1 火车渡船取车现场图

火车渡船横倾控制原理及示意见图2～图3。

图2 横倾控制原理图

图3 横倾调整示意图

2 机舱布置特点及功能

由于船尾部为方尾型，为了提高操舵的灵活性，特选用双机双桨及双襟翼舵。

又因为渡船与铁路栈桥的对接方式为船首直接对接，在离开码头时需要纵向推进力，因此在首部设单机单桨的纵向助推设备和单襟翼舵。

根据上述首尾的机桨匹配特点，该船一共设置了3个机舱，见示意图4。尾机舱主要布置尾主机和尾机舱监视室，首机舱布置首主机和首机舱监视室。为便于监视3台主机的工作，在首、尾机舱监视室内各设主机监视台1座。监视台上设有主机操纵手柄，主机转速表、计时器及压力、温度等仪表。另有3台主机和为主机服务的泵组等设备的监测报警装置，以及声力电话和自动电话分机等。

中部设有辅机舱，放置发电机、辅机舱监视室和横倾水泵。在辅机舱监视室内设集中监视台1座，以监视2台主发电机和1台停泊发电机的工作。

图4 机舱示意图

3 电站配置

本船为24 h不间断地往返于长江两岸，单程仅用时30min左右，也就是要在30min内经历航行工况、装卸货工况和进出港工况，每昼夜约为40渡次。通过研究电力负荷计算可以发现，在航行工况下，该船负荷约为300 kW，而最大负荷工况出现在进出港时，此时的负荷约为430 kW。如果设置3台较小的发电机，在进出港时使用2台发电机、航行工况使用1台发电机，虽然从负荷率来分析显得更为经济，但是会造成1台发电机处于频繁的起、停状态中，不仅对发电机的使用寿命不利，而且由于在发电机起动时往往震动要比正常工作时大得多，因此对管路连接也提出了很高的要求。

该船的主电源配置为2台520 kW的发电机，全部工况下只开1台发电机，另1台为备用。另外还配有1台150 kW的停泊发电机。在与船员的交流中也了解到，采用520 kW的发电机也能获得更低的噪音，受到了船员的青睐。

4 内河规范的特殊性

4.1 危险区域的划分

对于在开敞甲板上运输火车的渡船如何划分危险区域，内河船规范没有明确定义。设计中通过与规范所的多次交流，考虑到该船可能装载油罐车，最后确定采取类似油船的危险区划分方式，即将三列火车的3m范围内均划分为危险区域，其中电气设备的防爆等级为IIC、温升等级为T4、外壳防护等级为IP56。这个划分方式几乎覆盖了船首的全部区域，主要受到影响的电气设备为首部的对讲分站和广播遥控台。根据船检要求，对受影响的设备采取管理措施：在装载危险品的列车上船前，在相应的电源上拆除设备的电缆接线，待装载危险品的列车下船后，再恢复原电缆接线。此管理措施属于内河船舶的特殊要求，常规钢质海船仅靠切断危险区域内的电气设备的电路就可以满足要求。

4.2 应急电源的设置

图5 主配电板单线图

根据《钢质内河船舶建造规范》和《内河船舶法定检验技术规则》，该船不需要设置应急电源，而只设置了3组蓄电池作为临时应急电源。其中2组蓄电池依据临时应急电源的要求供电时间为0.5 h；另一组给无线电供电的蓄电池根据法规要求供电时间为1 h。

通过计算，本船的＃1蓄电池组所需容量为314.2 Ah，配置容量为400 Ah；＃2蓄电池组所需容量为182.3 Ah，配置容量为200 Ah；无线电蓄电池所需容量为49.5 Ah，配置容量为200 Ah。

4.3 航行、无线电设备配置

相比于国际航行海船，内河船舶在航行、无线电设备的配置上无疑是简化最多的部分。根据《内河船舶检验技术规则》，航行设备仅需要配置磁罗经、测深仪、雷达、GPS各1台即可。其中较为特殊的是，雷达要求从主配电板直接供电，若配有2台或2台以上的雷达，则至少应有1台雷达从主配电板供电。

无线电设备的配置依据也是《内河船舶检验技术规则》。该船根据要求需要配置的设备为：甚高频无限电话、中/高频无限电话装置、可携式甚高频无线电话（3部）、对外扩音装置、航行安全信息接收装置。其中“对外扩音装置”即指广播系统中的“喊话”功能，但是在大多数设备商的产品中，广播系统不会将喊话和舱内呼叫等功能分开，因此内河船舶的广播系统属于无线电设备，需要从无线电分电箱、无线电蓄电池供电，并且参与无线电蓄电池容量计算。另外，根据海事局的要求，总共需要设置3套VHF电话。

4.4 内部通信和报警

除了配置从无线电系统供电的广播外，还需要配置1套传令钟和2套声力电话。

2套声力电话中，1套为驾驶室至舵机舱的直通型声力电话；另1套为驾驶室至机舱、机舱监视室、消防控制室的声力电话的具有忙线插入功能的选通型声力电话系统。值得注意的是，驾驶室至舵机舱必须要设置直通电话，此要求是高于钢制海船的，海船中可以将其并入具有忙线插入功能的选通声力电话系统中。

内部报警部分中的通用报警，在内河规范中称为“紧急集合报警”。由于紧急集合报警并不属于无线电系统，不适合从无线电系统取电源，因此，分别设置了独立的广播和紧急集合报警系统。当然，广播系统也就没有了双功放的配置要求。

5 结语

“新长号”火车渡轮由于其独特的工作方式和运营环境造就了它许多独一无二的特质，特别是设计中有许多不同于常规海船的要求，因此提供给了我们一个很好的学习内河规范、法规的契机，扩充了我们的理论知识，为我们将来更好地把握规范、服务船东打下了基础，也为设计同类型船舶的人员提供参考。