12000kW海洋拖轮系柱拖力试验与分析

周舰，李渊，周霖

（海洋石油工程股份有限工程设计公司，天津 300450）

12000kW海洋拖轮系柱拖力试验与分析

周舰，李渊，周霖

（海洋石油工程股份有限工程设计公司，天津 300450）

随着世界贸易的不断发展，海运业复苏呈现蓬勃的态势，为了降低运营成本和提高竞争力，海运船舶吨位不断增加；同时，海洋无动力半潜船等无动力作业船，海洋导管架式、坐底式等钻井石油平台的迅速发展，都对海上拖轮性能提出了更高要求。海洋拖船航行于无限航区。主要用途是能进行海上船、驳、钻井平台等的拖航工作；兼顾海洋工程作业；能进行海洋工程船起抛锚作业，能适量装运甲板货，并能对外供油、供水、供电。因此，海洋拖轮的拖带能力（即系柱拖力）的大小直接决定了该船舶的综合指标，也是特定船型和机桨条件下船舶的外特性指标。

12000kW海洋拖轮；系柱拖力；拖力试验与分析

1 船舶主要尺度及参数

船舶总长为89．96m，垂直间长为80．00m，型宽为17．2m，型深为 8．5m，设计吃水为 6．50m，最大设计吃水为6．80m，设计肋距为0．60m。其主推进系统采用双机、双可调螺距螺旋桨、双固定导管、双襟翼舵，船首为前倾式，船尾为巡洋舰式，在船首设有两台首侧推装置。主要推进设备WARTSILA 9L38主机(MCR)功率为6000kW，相应转速514～750r/min，共两台主机。设计稳定系柱拖力（正拖）为200T。

2 试验大纲

主要根据中华人民共和国船舶标准（CB/T3430-92）《海洋及港作拖船系柱拖力试验方法》及CCS发行的系柱拖力证书大纲指导信息制定的，并且考虑了建造船厂码头的实际情况。主要包括如下内容。

2.1 试验的要求和状态

系柱拖力试验应由船东、验船师及船厂共同进行。试验前，应做好所有的准备工作，吃水和纵倾应调整到设计状态，所有用于试验的工具和人力都应准备好。根据附近海域的潮汐表定好试验日期和时间，确保试验时码头带缆桩及海况符合试验要求。

2.2 试验条件

试验的条件主要包括气象条件、水域条件、试验装备条件和拖轮工况。

试验时，气象条件：最大风速不能超过5m/s；能见度不能少于500m；气温在-10～40℃之间。水域条件：航道应宽而平，无波无浪；潮水不超过1．5m/s；从拖船船底算起的水深大于拖轮船吃水的2倍，且不小于10m；拖绳（即钢丝绳）长从尾到码头不小于3～4倍船长，此次试验钢丝绳长度约为360m左右；拖绳的破断负荷应小于设计的最大系柱拖力200t，试验用绳的实际破断拉力为4200kN。

试验的装备主要包括500t应变片拉力传感器、拉力信号采集和显示等，如图1所示。测试系统的精度达到0．3%，且可以实时的采集、保存和显示数据，同时调节船上拖力显示系统。

图1 拖轮系柱拖力测试系统示意图

2.3 试验方法

在船建造好并经航行试验合格及用于试验的仪器安装完之后进行系柱拖力试验；拖船处于最佳状态，纵倾基本上不超过船长的1%；在试验过程中，拖船应与码头人员联系；用中间配有＞250T的拉力传感器的钢索，一端系在码头上的系柱桩（带缆桩），另一端系在拖轮主拖缆机上的卷筒上。此次试验的拖轮设计稳定系柱拖力（正拖）为200T，码头每个系柱桩设计拖力为200T，因此试验时改为拖带两个系柱桩，设备布置于甲板驳船上，如图2。

2.4 试验内容和程序

根据相关规范和规定要求，制定试验程序，需提交船检和船东，经讨论确定最终试验程序。

图2 拖轮系柱拖力试验布置图

首先测试主机额定功率的工况下的系柱拖力和平均拖力。然后主机应逐步调整，试验开始时为100%MCR，且快速调整主机，以使主机能达到100%的连续功率输出，试验时由主机或推进器轴带动的所有辅助机械应同时运转。100%连续功率输出时的稳定拉力保持10min，应尽量在拖船正直向前，且无任何偏向的情况下由测试记录下拖力读数10次，拖力测数的平均值就是正常系柱拖力。同时测量主机转数、桨转数、燃油读数、排气温度、主机气缸爆炸压力。依次减少主机功率，分75%、50%及25%主机功率进行拖力试验，每档的稳定拉力保持10min，分10次记录拉力表读数、主机每分钟转数和轴功率，绘成主机转速与拉力曲线图。

其次进行正车拖力试验，当分别输出50%、75%连续时做上述同样的试验。还需进行测试主机40%持续负荷状态下的平均起始拖力值，并在1min内增加至100%持续负荷状态测取最大系柱拖力，如表1所示。

表1 系柱拖力试验记录表

拖力计算

式中：Ti为每一试验间隔ΔT内的峰值；n为规定试验时间内拉力测试的读数次数。

若船东要求，还需要测定当主机输出110%功率时，在主机连续运行至少1分钟内的拉力。

3 试验结果

在满足试验的天气和海况情况下，根据制定的试验大纲，在拖力试验码头上进行系柱拖力试验。根据测量数据计算得来，12000kW海洋拖轮倒车拖力试验测试的最大拖力为194～210．32T，最大平均拖力为204．4T。正车拖力测试最大拖力为192～211T，最大平均拖力为202T。且40%功率下，其起始系柱拖力为70．3T，增加到100%功率最大系柱拖力和持续系柱拖力为 204．64T、200．36T。

4 结果分析

通过倒车拖拉工况与正车拖拉工况测试数据的比较分析，得出其最大系柱拖力值基本相同。因此海洋拖轮是采用的全回转螺旋桨，其主机是不可换向的，因而主推进系统在正、倒车工况25%、50%、75%、100%主机功率下拖力值基本上相同。正车拖拉工况是拖轮最为重要的工作工况，必须通过多次测试测量来综合判断正车拖拉工况表现的持续拖力能力，进而提高测试判断的科学性和合理性。该拖轮自主机40%持续功率到100%持续功率的最大系柱拖力所需的时间为55s，符合“小于1min”的时间限制要求。所有试验测得的数据及试验报告需送交船级社验船师审查，该船测得的持续系柱拖力值已经达到设计要求。

在实船系柱拖力试验测试过程中，测试装备安装在码头上的甲板驳船上，因此数据采集人员与拖轮驾驶室工作人员的通讯主要依靠对讲机，导致了该船系柱拖力试验中的关键数据如主机转数、负荷、拖力值桨转数、燃油读数、排气温度、主机气缸爆炸压力等信息传递只能通过人工报数的形式进行交换。造成了拖力值实时变化与主机转速、负荷不变的矛盾，测得的拖力值与实际主机负荷等数据存在一定的差异。应该建立主机转速-拖力值变化得曲线，根据曲线得出的拖力值更符合实际和合理性，同时也对拖轮实际生产中做出更好的指导意义。本次试验主要采用两根钢丝绳成60°拖拉码头系柱桩的方法，如图2，是结合现有的条件的一次创新，既节约了成本，也为以后类似船型的系柱拖力试验积累了宝贵的经验。

5 结语

通过对测试结果的分析，12000kW海洋拖轮的最大系柱拖力值达到设计要求（200T），其他拖力性能也符合船东对拖轮的实际需要。海洋拖轮系柱拖力试验必须严格依照规范、规定来制定试验大纲和执行，同时试验所用的设备、工具等必须提前准备到位，才能使测得数据、拖力值具有准确性和合理性。然而试验过程中因信息传递等人为因素和外部环境等客观因素影响，导致试验的结果与实际情况还是存在一些差异。采取新型试验方法来克服这一差异，是未来发展方向之一。

[1]林维学，徐崇辉．用新《标准》指导系柱拖力试验[J]．中国修船, 1994(5):5-7．

F550.72

A

1671-0711（2017）10（上）-0079-02