3 800车位汽车运输船轮机设计

杨军 高晶

（上海船舶研究设计院，上海 201203）

0 前言

3 800车位汽车运输船是上海船舶研究设计院（SDARI）为上海安盛汽车船务有限公司进行详细设计的，由南京金陵船厂有限公司建造。该船入级中国船级社（CCS），挂中华人民共和国国旗。该船适合于装载多种小汽车、卡车、巴士和其他车辆。

该船型的主要参数如下：

总 长 约169.10 m

垂线间长 158.40 m

型 宽 28.00 m

型 深（至5甲板） 13.02 m

（至11甲板） 28.59 m

设计吃水 7.60 m

结构吃水 8.50 m

载 重 量（设计吃水7.6 m） 约8 000 t

（结构吃水8.5 m） 约11 500 t

车 位 数（标准车RT43－L） 约3 750个

车辆甲板面积 约31 200 m2

主机 MAN B&W 6S50ME－C8.5，Tier－II，1set

SMCR 7 550 kW×120.0 r/min

CSR（70%SMCR） 5 285 kW×106.5 r/min

服务航速 约16.0 kn

船级

★ CSA，CAR CARRIER，ICE CLASS B PSPC（B），BWMP，BWMS，FTP，Green Ship II，In －Water Survey

★CSM，AUT－0

根据SDARI在滚装船设计领域的丰富经验，对此船型在一定程度上进行了优化和升级。下文从机舱布置、甲板疏排水、货舱通风和主机排气阀液压油控制系统等方面着手，分析该船轮机设计中的难点，并提出相应的解决方案。

1 机舱布置

该船为汽车运输船，为了保证最大程度的装车量，机舱做了最大限度的压缩，机舱布置较为紧凑。该船主机选用了MAN公司的6S50 ME－C，辅机选用的是中船动力有限公司的6L23/30H。机舱右舷5甲板处，设置了一个至4甲板车辆舱的汽车活动坡道，占据了机舱一定的高度空间。此外，2016年1月1日起生效的MSC.365（93）决议，对机器处所内的脱险通道有了新的要求：2016年1月1日及以后建造的船舶，位于机器处所内的机器控制室和主工作间应设有两条脱险通道，其中至少一条应提供通往机器处所外部安全位置的连续防火遮蔽。这一要求无疑增加了机舱布置的难度。

该船型深13.02 m，根据总体专业对尾部线型的优化及主机对滑油循环舱高度的要求，主机轴线高度确定为3.2 m，除去5甲板下T型梁高度0.735 m，机舱内主机轴线以上的净高度只有9.085 m。结合主机说明书的要求，安装常规行车满足不了主机的吊缸要求。因此该船选用了主机厂推荐的双钩吊，其要求的主机轴线至甲板梁之间的净高度为8.25 m，这样主机的吊缸问题就解决了。辅机初步确定布置在机舱的尾部，其吊缸高度要求为2.453 m，另外还要保证辅机平台下一层设备布置和船员工作空间，因此机舱尾部区域只能布置一层平台供安装辅机用。接下来需要布置集控室、机修间、分油机间等功能区域，同时要考虑上述区域涉及的MSC.365（93）决议的新要求。为了节省空间，集控室和机修间的布置尽量能共用一条连续的防火遮蔽通道。主机右侧由于前面提到了有一个汽车活动坡道占用了机舱一定的高度空间，因此机修间和集控室的位置就比较明确了，布置在主机左侧，分为上下两个平台，上面一层布置集控室，下面一层布置机修间，并且在这两个平台的舷侧设计一个共用的逃生通道直至露天甲板，满足了法规对于集控室和机修间逃生通道的要求。此外，利用汽车坡道下方的空间，布置压缩空气设备和冷却设备，利用辅机平台右侧的空间布置分油机间，利用辅机平台左侧的空间，布置锅炉、焚烧炉和烟囱棚。

经过进一步详细分析，机舱平台最终采用了错层划分，即FR29之前左舷，设计为两层机舱平台，分别是7 070平台和9 920平台；FR29之前右舷仅设7 070平台；FR29之后，设计为一层8 000平台。该船机舱布置见图1～图2。

图1 机舱7 070/8 000/9 920平台布置图

图2 机舱侧视图

2 甲板疏排水管系布置

在设计甲板疏排水系统时，应能有效地将干舷甲板及以上甲板的雨水和冲洗水排至舷外，以保障船舶正常航行。对于常规货船的甲板疏排水系统，一般是每一层上建甲板设置甲板排水口，雨水或者冲洗水通过排水口流向下一层甲板，最终汇集在主甲板，通过主甲板上的排水口接舷侧管排至舷外。对于汽车运输船，因其船型特点，货舱为封闭处所，需要设置一根排水总管，将每层的排水口都接至这根总管。

该船货舱分为10层甲板，11甲板为露天甲板，5甲板为干舷甲板。整个货舱分为4个气密/水密舱室， 分别为：1～5 甲板、5～7 甲板、7～9 甲板、9～11甲板。舱室之间通过机械控制气密/水密盖或活动坡道进行密性分隔。根据规范和SOLAS的要求，滚装处所除了需要设置基本的消防栓水灭火外，还需提供固定式气体灭火系统。规范同时还明确要求“如上述封闭的货物处所 （货船干舷甲板上封闭的货物处所）由CO2灭火系统保护，则甲板泄水孔应设有防止此类窒息性气体泄漏的装置”。因此，在5甲板、7甲板和9甲板的排水口接至舷侧排水总管的支管上，需要设置一个隔离装置，以保证货舱4个气密/水密分区的要求。因此，选择在上述支管上安装遥控气动快关阀，控制箱布置在露天甲板的消防控制站内。当某一个气密舱室释放CO2前，可在消防控制站将这些快关阀关闭，从而防止CO2泄露至别处。该船甲板疏排水管系布置的典型图见图 3。

图3 甲板疏排水管系典型布置图

3 货舱通风

汽车滚装船的船型特点决定了货舱通风设计的难点，主要有以下4个方面。

1）货舱长度较长，最长货舱甲板约160 m，风机的布置位置需要考虑进风口和出风口的距离。为了保证货舱内通风的流畅性，通风的进出口不能距离太远，否则局部位置达不到通风的效果。另一方面，为了避免通风出现短路，进出风口的位置不能太近。因此，综合上述情况，该船采取货舱中部设置机械送风机，货舱首部和尾部设置自然出风，这样大大增强了货舱通风的效果。

2）货舱容量较大，甲板层数多，导致货舱风机的风量较大；布置风道时还需要避开主甲板舷侧的加油站、侧跳等。首先对这10层货舱甲板进行合理分组，每组货舱共用一组风机。分组的时候既要保证每组的容量不能太大，也不能破坏4个气密/水密舱室的分割。因此，决定每两层货舱甲板分为一组，进行货舱风机的风量计算，见式（1）：

式中：V——货舱甲板的容积，m3；

n——规格书要求的船舶正常航行时货舱通风的换气次数，次/h；

N——每组货舱的风机台数，台

表1为货舱通风分组情况及风机风量计算结果。

表1 货舱风机的风量计算

表1中的Q，是对计算得到的每台风机的风量，加了一定余量的结果，即实际选取的风机风量。从中可以看出，该船货舱分为5组，即每2层甲板为一组，共用一组风机，计算得到的风机风量比较适中。表1中10次/h的换气次数是船舶正常航行的要求，规格书中要求在船舶装卸货时，货舱的换气次数为20次/h，因此实际每组货舱选取的风机数量应该再翻倍。该船货舱通风配置的一半风机为可逆转风机，供货舱喷CO2后抽风之用。在正常航行工况时，运行一半数量的非可逆转风机供风；在装卸货工况时，再将另一半的可逆转风机运行起来供风。另外，1、2甲板位于货舱最底部，考虑到自然出风的阻力问题，以及底部可能沉积部分污染气体，还单独配置了2台抽风机。

3）货舱风道穿过多层甲板，阻力较大，在风机选型时，除了选取风机风量，另一个就是选取合适的风机静压，以保证露天甲板风机送出的风。在货舱送风口处保持一定的风速，带有一定压力的送进货舱，并能从自然出风口排出，这样才能使货舱处在一个良好的通风环境下。压力损失与风量、风速、沿程阻力和局部阻力等多方面有关系。结合该船，选取表1中分组2的DK3、4通风风道来做压力损失计算，因为这条风道的风机风量最大，也基本处于货舱底层，因此具有代表性。具体计算情况见表2。

从表2可以看出初步计算的压力损失将近500 Pa。考虑到理论计算的局限性和实际风道中的结构件的局部阻力，最终选取的风机静压为710 Pa。其他风机按照相同方法计算。

4）国际海事组织（IMO）第91届海安会（MSC91）通过了第338号关于SOLAS修正案的决议，自2014年7月1日起生效，新增了SOLAS II－1/3－12条，要求船舶构造应符合MSC.337（91）决议通过的《船上噪声等级规则》，以保护人员免受噪声的伤害。该船货舱风机位于船员居住区域，因此在设计货舱通风时应充分考虑到此决议，并使之满足决议的要求。货舱风机本身就是噪声源，需要对其采取措施，使噪声在源头处得以限制。因此，采取3方面的措施：

1）货舱风机房本身进行绝缘包覆；

2）百叶窗进口处增加消音板；

3）风机出口处增加消音器。

风机房的具体设计方案见图4。从图4看出，这种型式的风机房，能有效地减少风机噪声对外扩散。根据风机本身噪声高低的不同，安装的消音板和消音器的消音材料厚度也不同。经过总体专业的噪声计算，货舱风机周围舱室噪声值满足《船上噪声等级规则》的要求。

表2 DK3、4货舱风道阻力计算

4 主机排气阀液压控制系统

该船在详细设计期间，船东的另一艘船2 000车位汽车滚装船正在试航，主机 （型号6S40MEB9.3）电喷系统液压油路受污染致使比例阀出现故障，船东及时通知我方，希望我方去了解情况并针对本项目提出改进和优化方案，以避免再出现类似情况。经查阅设计图纸及MAN公司的相关文件，目前采用的设计为主机日用滑油和液压控制油共用同一套系统，都来源于主机滑油循环舱，循环舱内设置一个小的泄放舱，主机反冲洗油直接泄放至该舱。该舱内设一分油机吸口，被污染的液压油可至滑油分油机进行分离，从而达到循环使用的目的。之后我方将此情况与MAN公司沟通，其对2 000车试航期间出现的比例阀故障进行了分析：

1）每次自清液压油滤器的反冲洗油量大概12 L，一般1次/h。由于液压油比较昂贵，大量被污染的反冲洗油直接丢弃不太可能，一般会将其回收。

2）在自清液压油滤器反冲洗期间，被污染的反冲洗油比循环舱中的油至少脏100倍，增加了比例阀受污染的概率。

对于ME－B型机器，排气阀是由凸轮轴驱动，不能为液压油控制系统提供独立的滑油系统。鉴于船东反映此比例阀出现故障的频率较高，MAN公司高度关注此事，并且正在着手研究，目前还未得到总部的反馈。

该船主机型号为6S50ME－C8.5。经了解，对于ME－C型机器，可提供单独系统，即增加1套伺服油的循环冷却系统，主机可以将液压油系统的进口和出口独立出来，在主机外围增设1套单独的系统，主机内部除管系和相关支撑件更改外，其他元器件无需变化。这样，排气阀液压控制系统和主机滑油日用系统就分别独立开来，排气阀的液压油将不会受主机反冲洗油的污染，解决了前面所述的2 000车试航所产生的问题。因此，经过与船东、船厂和主机厂的反复沟通，最终决定采取新方案，设置独立的液压油控制系统，见图5。

从图5可以看出，这个系统设置了1套独立的液压油循环冷却系统，包含1个独立的主机液压油柜、2台主机液压油供给泵、1台主机液压油冷却器、温控阀以及必要的传感器等监测元器件。设置了1套精滤器单元，可以对液压油柜中的油进行循环分离。另外，还将此油柜与辅机滑油分油机相连，可以在辅机分油间隙，对此油柜进行再分离，从而保证进主机的液压油的清洁度。

图5 主机液压油控制系统

5 结语

随着生活水平的提高，人民群众对于汽车的消费量日益渐长，促进了我国汽车工业和汽车贸易的增长，带来了对汽车滚装船的旺盛需求，我国滚装船运输面临良好的发展机遇。3 800车汽车运输船的设计填补了SDARI在该级别汽车运输船设计领域的空白，为船型系列的丰富及市场的开拓起到了积极的作用。该船的设计和布置经过多轮修改及优化，设计团队不断增强对滚装船相关法规的研究和应用，显著提升轮机系统的设计能力，为此类滚装船的设计积累了宝贵的经验。