新型2×2210kW全回转拖船总体设计

巫建华，肖启龙

(1.江苏省镇江船厂(集团)有限公司，江苏 镇江 212005；2.扬州科进船业有限公司，江苏 扬州 225211)

新型2×2210kW全回转拖船总体设计

巫建华1，肖启龙2

(1.江苏省镇江船厂(集团)有限公司，江苏 镇江 212005；2.扬州科进船业有限公司，江苏 扬州 225211)

为满足船东对大功率拖船的节能减排以及船型优化的要求，对照原船型主尺度偏大，总吨位一般均在500以上，经济性相对较差的现象，从技术任务书出发，从主尺度、空船重量重心、满载排水量、稳性、总吨位以及航速拖力等方面入手，对2×2 210 kW全回转拖船进行优化设计。此型船目前已投入使用，各项性能指标均达到或超过设计要求，得到用户的一致好评。

全回转拖船；排水量；主尺度；总体设计

0 引言

拖船的主尺度对船舶的运载能力、航行性能、作业能力和经济性等有着重要影响。原2×2 210 kW(双机带消防)大功率全回转拖船的主尺度偏大，总吨位均在500以上。船舶本身尺度大，不利于节能减排，使运营成本有所增加，因此，在保证船舶各项性能的基础上，对此型大功率全回转拖船的主尺度进行了优化设计。

1 技术任务要求

1.1任务

2×2 210 kW全回转拖船必须满足沿海航区自由航行和拖带、消防，以及港内协助最新型集装箱船的顶推和拖带要求。

1.2主机及舵桨

本船主机选用2台8EY26型柴油机，每台功率为2 210 kW，转速为750 r/min；舵桨选用SRP 1515CP 四叶定螺距螺旋桨，带导流管，可调螺距。

1.3航速及拖力

设计满载吃水状态下，船舶试航速度不小于13.5 kn。主机100%持续功率时，静系柱拖力向前不小于764 kN，向后不小于686 kN。

1.4续航力

续航力按服务航速计算，不小于1 000 n mile。

1.5稳性

本船满足中国船级社CCS稳性法规对沿海航区拖船的要求，航行要求满足近海航区稳性的要求。在蒲氏九级风时能安全航行，蒲氏六级风时能安全进行拖航、顶推、横移等作业；船舶在满载状态时无任何艏倾现象。

1.6结构形式

本船设艏升高平台，上层建筑为两层半结构，其中驾驶室为半升高型。

1.7主尺度的初步确定

船长L

36.00 m

型宽B

11.00 m

型深D

～4.90 m(根据设计需要确定)

吃水T

≤4.10 m

定员

12名

总吨位

<500

淡水舱

≥40 m3

泡沫舱

～10 m3

压载水舱

按需要设置

主甲板舷弧

有艏舷弧和艉舷弧

2 主尺度优化分析

2.1载重量估算

2.1.1燃油质量

燃油储备=(续航力/航速)×单位油耗×主机总功率

式中：续航力=1 000 n mile，航速=13.0 kn(按服务航速计算)，单位油耗=0.19 kg/(kW·h)，主机总功率=4 420 kW。

经计算，燃油储备=64.6 t,取65 t。

2.1.2滑油质量

根据主机资料要求，滑油质量为8 t。

2.1.3淡水储备

以每人每天80 kg、12人，自持力40 d计算，淡水储备为40 t。

2.1.4泡沫舱质量

根据技术任务书要求，泡沫舱内消防泡沫液的质量为10 t。

2.1.5压载水舱质量

按浮态调节需要设置。考虑艏艉浮态的调节，压载水舱实际质量约35 t。

2.1.6食品储备

以每人每天5 kg、12人，自持力40 d计算,食品储备实取为3 t。

2.1.7人员及行李质量

以每人120 kg、12人计算，人员及行李质量实取为1.5 t。

2.1.8备品及供应品质量

参考同类型全回转拖船的设计经验，备品及供应品质量取为3 t。

以上共计载重量为165.5 t,即本船的载重吨为165.5 t。

2.2船长L分析

船长根据船体总布置进行分析。

(1) 机舱长度：本船采用的主机尺度为长6.5 m×宽2.1 m×高3.0 m。2台主机均带消防功能，长度应包含消防泵的长度。机舱布置2台发电机，长2.5 m；监视室长3.3 m。综合机舱的初步布置情况，考虑走道及管系布置，结合同类船，机舱长度暂取15 m。

(2)舵桨舱长度：考虑到舵桨的结构井筒直径为4.1 m，结合舵桨舱的布置需求，取为7.5 m。

(3)船员住舱长度：考虑到人员的布置需求，甲板下船员舱有船长室和轮机长室以及8人船员室，约需长度7.1 m。

(4)艏部长度：考虑到锚链舱、帆缆舱及艏尖舱布置的要求以及与艏部橡胶靠的协调，暂定7.2 m。

综上所述，船长应包括机舱、舵桨舱、船员住舱、锚链舱/帆缆舱和艏尖舱的长度在内，取36.8 m。根据实际线形图的肋位及布置，实取36.50 m(较规格书略长)。该取值主要考虑到本船为两层半上建形式，港内协助最新型集装箱船的顶推和拖带要求，根据新型集装箱船型的特殊要求，此类型船艏至驾驶室前壁的距离要求在15.0 m以上，船长应适当加长。另外，考虑到此船航速相对较高，本船的功率又大，故船长也应适当取大些。但此船总吨又要求在500总吨以下，故船长不宜过长，且必须满足以上布置的需求。

2.3吃水T分析

根据艉部舵桨与艉部型线的匹配形式，本船艉吃水采用如下同类型船经验公式计算。

Ta=1.3×导流管直径

式中：根据设备资料，导流管直径=3.3 m。

经计算，Ta=4.29 m。

考虑到本船型深及总吨位的限制，并结合艉部舵桨舱的布置，艉部设艉升高甲板，舵桨适当下降，部分导流管布置在基线以下约350 mm处。本船采用倾斜龙骨，以分水踵保护艉部舵桨装置，基线吃水取为4.0 m。

2.4型深D

参考同类型船舶，此型拖船的干舷F在1.0～1.2 m范围内，本船干舷F取1.0 m。考虑此船船东对总吨位的要求，型深不宜大，故：

型深D=吃水T+干舷F=5.0 m

2.5型宽B

暂取此型拖船船宽B与吃水T比值的平均值：B/T=2.5，则：B=10.0 m。

由于此船在大风浪中进行航行及作业，所以应充分考虑船舶的抗风浪性，故：本船型宽为11.0 m。

主尺度最终确定：船长36.5 m,吃水4.0 m,型深5.0 m，满载吃水3.98 m，型宽11.0 m。根据确定的主尺度可以初步绘制总布置图和型线图。新型2×2 210 kW全回转拖船总布置图如图1所示。

3 空船质量及重心估算

3.1船体质量Wh及重心高度Zgh估算

3.1.1船体质量Wh估算

根据经验公式，可得：

船体质量Wh=ChLBD

式中：Ch为船体质量系数，其值小于原船系数，Ch=0.16；L为船长，L=36.5 m；B为船宽，B=11.0 m；D为型深，D=5.0 m。

经计算，Wh=321.2 t，取321 t。

3.1.2重心高度Zgh估算

重心高度Zgh=EhD

式中：Eh为重心高度系数，其值与原船系数相同，Eh=0.78。

经计算，Zgh=3.9 m。

3.2舾装质量Wf及重心高度Zgf估算

3.2.1舾装质量Wf估算

舾装质量Wf根据经验公式，可得：

Wf=CfLBD

式中：Cf为舾装质量系数，其值与原船系数相同，Cf=0.105。

经计算，Wf= 210.8 t，取211 t。

3.2.2重心高度Zgf估算

重心高度Zgf=EfD

式中：Ef为重心高度系数，其值与原船系数相同，Ef=1.15。

经计算，Zgf=5.75 m。

3.3主机质量Wm及重心高度Zgm估算

3.3.1主机质量Wm估算

主机质量64 t，加上消防泵座及轴系质量5 t，取：Wm=69 t。

3.3.2重心高度Zgm估算

考虑到本船主机尺度较大，重心相对较高，重心高度Zgm=0.6D=3.0 m。

3.4裕度估算

按照全回转拖船设计经验，裕度系数取0.06。

裕度=0.06(Wh+Wf+Wm)=36.06 t，取39 t。

3.5空船质量Wl及重心高度Zgl估算

3.5.1空船质量Wl估算

空船质量Wl=裕度+Wh+Wf+Wm=640 t，取640 t。

3.5.2重心高度Zgl估算

重心高度Zgl为各部分重量对基线求矩之和与总重量之比：

Zgl= (WhZgh+WfZgf+WmZgm)/(Wh+Wf+Wm)= 4.45 m，取4.50 m。

4 满载排水量Δ估算

满载排水量Δ=空船重量Wl+载重吨=640 t+165.5 t=805.5 t。

根据满载排水量估算结果，查静水力曲线得到相应吃水T=3.98 m。

由此可见，对吃水T的分析基本正确。

5 稳性核算

按照中华人民共和国海事局《国内航行海船法定检验技术规则》(2011)及其修改通报的要求核算全回转拖船在沿海拖带作业和港区作业的各种状态下的稳性。

根据估算，得到空船数据，其值见表1。表中：Wl为空船重量，Zgl为空船重心垂向高度，Mz为空船垂向力矩，Xgl为空船重心距船中纵向距离，Mx为空船纵向力矩。

表1 空船数据

各装载状态稳性总结表见表2。表中，01状态为满载出港状态，02状态为空载到港状态，03状态为满载出港+压载状态。

从表2得知，本船稳性满足近海航行、消防、沿海海上拖带作业和港内作业的规范要求。

6 吨位核算

因本船设计任务书要求总吨位在500以下，而同类型具备双机带消防功能的大功率全回转拖船通常机舱布置空间和船型尺度较大，总吨位一般在500以上，故本船的主尺度确认后，有必要对总吨位进行核算。

表2 各装载状态稳性总结表

总吨位计算根据容积计算，即

总吨位GT=K(V1+V2)

式中：K为总吨位系数，从《国内航行海船法定检验技术规则》查表得到K=0.265；V1为主甲板以下部分容积之和，V1=1 339.4 m3；V2为主甲板以上部分容积之和，V2=474.19 m3。

经计算，GT=480，控制在设计任务书要求的500以下，在实际布置方面还有一定的裕度。

7 系柱拖力Pt及航速估算

7.1系柱拖力Pt

根据全回转拖船舵桨与线形的匹配，拖力Pt的经验公式为：

Pt=(1.7～1.76) ×9.81P/100

式中：P为功率，P=4 420 kW。

经计算，Pt=737～763 kN。

按照设计任务书要求，该船拖力指标为764 kN，该值也是舵桨拖力指标的上限值。经计算，本船系柱拖力为737～763 kN，接近拖力指标764 kN，该值在同类型拖船中偏高。拖力指标值越高，对拖船的性能要求越高。这就要求艉部线型与舵桨的外形要充分匹配，为此应保证艉部舵桨浸没在吃水以下且艉部线型与艉部导流罩布置角度相吻合。为达到这些要求，通常状态下，要保证船舶有一定的艉倾。

7.2航速估算

本船型其他船的航速要求为13.0 kn，本船则要求为13.5 kn。考虑到2×2 210 kW全回转拖船对拖力和航速这2项性能指标的要求较高，所以型线设计时要充分考虑舵桨的舵效发挥、艏艉浮态、稳性要求以及航速对艏部流线型的要求。初步线型设计后，经航速估算为13.6 kn，满足技术任务书的要求。

8 结语

新型2×2 210 kW全回转拖船总体设计时根据用户技术任务要求，确定主尺度，然后绘制总布置图、型线图、舱容图、横剖面图后，并结合图纸进一步仔细核算，最终根据计算结果修正总体方案。2×2 210 kW全回转拖船改型设计后，经过实船试航和试验，得到正拖力779 kN，倒拖力700 kN，航速13.90 kn，各方面的技术指标均超过技术任务书的要求，获得了船东的认可。但是,该拖船的船员房间的布置和舒适度方面还有待提高，需要进一步加以研究。

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U662.2

A

2016-08-05

巫建华(1974—)，男，工程师，主要从事船体设计工作；肖启龙(1976—)，男，工程师，从事船舶与海洋工程建造维护工作。