13 m漂浮物推拖船的开发设计

倪 杰

(苏州飞驰环保科技股份有限公司，江苏 苏州 215619)

0 引言

目前，国内应用水面漂浮物清理技术主要有机械吊漂打捞、船只捞漂、打捞船、清漂船。清漂船主要用于处理水面生活垃圾、工业垃圾和树枝、秸秆等农作物漂浮垃圾[1]，其领域主要包括专业清漂船、推漂船、推拖船、清洁船、保洁船、割草船、收割船等。由此可见，现有清漂船衍生出的船型种类也越来越多，专业化程度也越来越高。

推拖船利用卷扬机拖曳拖网围住漂浮物并将漂浮物拖至相应的清漂工作平台。辽宁大伙房库区在处理库区漂浮物时，采用推拖船组合方案，共配备11对22艘推拖船进行集中清理。该船型为推漂船的典型应用案例，其推漂排宽度大、主机功率高，但仅适合在航道宽度无影响的库区航行，对于受宽度限制的普通运河水域，几乎难以发挥最佳推漂效果。因此，本文将依据现有推漂船适用水域特点，从船型水动力性能的优化、增加拼装式浮桶的整体结构稳性、推拖装置的组合液压单元等方面开发研究13 m漂浮物推拖船。

1 船型及主要量度

1.1 船型

现有用于清污用途的船型主要有2种：单体船和双体船。双体船甲板面积大，总宽度相对较大，适合在船上进行收集，以及对船舶稳性要求较高的激流水域[2]，但是双体船结构复杂，不利于制造加工。而本船船型为单底、平艉、斜尖艏，焊接型式为全焊接钢质结构。相对于双体船，本船结构简单，便于制造加工。其总体布置示意图见图1。

图1 总体布置示意图

1.2 主要量度

总长16.30 m，船长13.00 m，型宽3.70 m，总宽3.80 m，型深1.40 m，设计吃水0.90 m，排水量24.69 t，航速14 km/h，续航力24 h，航区B级，全船肋距0.50 m，推漂宽度8 m。

受现有运河航道面宽的限制，为保证自由通航，且作业过程中不影响其他船舶，本船推漂排宽度只能趋于窄化设计，并考虑到方便推漂装置拆卸，最终设定为8 m。

2 船体结构

船体结构依据中国船级社(CCS)《内河小型船舶建造规范》(2016)[3]中对B级航区的要求设计。船体结构为单甲板、单底、横骨架式。主船体选用CCS-B级船用钢板，型钢、辅料采用Q235钢。

本船在主甲板以下Fr6、Fr15、Fr24肋位处，分别设置 3 道水密横舱壁，分隔出艉空舱、主机舱、辅机舱、艏尖舱4 个全封闭水密舱。

3 驾驶室设计

本船上层建筑设驾驶室甲板层。驾驶室采用整体式设计，其内部主要布置驾控台、驾驶室椅、工具箱。整个驾控台集成了推进系统控制装置、操舵系统控制装置、航行及无线电设备、照明设备、推票系统控制装置、卷扬机系统控制装置等。

本船驾驶室的设计在一定程度上参考了中国船级社一人驾驶(CCS-OMBO)的附加标志相关要求[4]，即可以实现由一人在桥楼进行操作船舶的功能。同时，从该船的驾驶室布置、视野、工作环境、照明、窗户等多个方面进行了优化设计。

在船舶实际航行试验时能从驾驶室内观察到任何方向上所有航行所必须的物体，几乎能在驾驶室内能得到船舶周围360°的视野，其中后方向通过安装在驾驶室顶部的摄像头实现。而在驾驶室主操舵位置，从正前方至两舷实测角度可以达到80°的角度，远大于规范60°的最低要求。

4 甲板机械设计

本船驾驶机械主要由推漂装置、拖网装置两部分组成。

4.1 推漂装置

推漂装置为本船的主要工作部件，由主推漂控制系统、两侧平衡浮箱、推漂支架、液压缸升降装置、液压动力装置等组成。当船舶在推漂作业过程中受到单侧横向力矩时，两侧的平衡浮箱能起到保持整船稳性的作用。平衡浮箱通过螺栓连接在推漂支架上，其与中间主船体形成一个虚拟的三体船，使得船舶在激流等特殊工况下作业，保证了船舶的稳定性，同时浮桶的制造成本低，安装便利。推漂架共分为5片，采用图2的即插件连接，拆卸安装方便。

4.2 拖网装置

拖网装置为本船在拖网工况下使用的主要设备，由艏艉设备的2台液压马达驱动卷扬机组成。使用组合脱网装置时，首先需要将推票装置提升出水面并将其拆卸，之后将垃圾拖网系固在卷扬机一端，并通过卷扬机控制装置实现拖网的收放。拖网机构见图3。

本船在驾驶室外前部和机舱棚后部所设液压绞车参数为:额定拉力10 kN，卷筒底径Φ219 mm，容绳量50 m，绳速≥13 m/min。

本船在液压系统设计时，采用共用液压单元设计。由于推漂工况下推漂排由液压缸执行，而拖网工况下前后绞车由液压马达驱动，其液压系统设计类似舵机液压系统，由我厂自主研发的双作用液压组合系统。在液压缸处设置球阀，便于高压油管进行切换。在后期的实际建造过程中，分别在前后液压马达管路中增加液压油管和手动控制球阀(见图4)。其与前期同类型船所采用的常规电动卷扬机相比，减少了2套电气控制箱，而反应在机舱主配电板上，减少了2路AC380 V空气断路器，使得主配电板尺寸得到精简优化，更有利于机舱布置和设备后期维护。

图2 推漂装置示意图

图3 拖网机构示意图

5 轮机设计

本船机舱为艉机型，推进形式为单机单桨、柴油机直接推进，并在辅机舱设1台柴油发电机组。

5.1 主要设备参数

本船在满足规范与法规的前提下，尽量考虑船舶的航区和实际作业区域，通过选择可靠性好、效率高、经济性高的单台主机替代常规的双主机相互备份的原则，使得在试航过程中，机舱的噪声和振动有明显降低。

配置情况如下：

主机1台，缸数4，持续功率118 kW，额定转速2 000 r/min，冷却方式为闭式循环水冷却。齿轮箱1台，减速比4.05。发电机组1台，持续功率24 kW，额定转速1 500 r/min，冷却方式为闭式循环水冷却。

图4 组合液压系统图

5.2 主要系统

(1)燃油系统

本船燃油柜位于辅机舱内，总容积为2 m3，由甲板注入头注入。燃油柜设有自闭式放泄阀，用于放泄残油，并设有燃油快速切断装置。

(2)滑油系统

主机为湿式油底壳。主机通过自带的机油泵从油底壳将机油抽出，经机油滤清器、机油冷却器至主机各润滑部件，再流回油底壳。齿轮箱采用飞溅润滑方式。

(3)冷却水系统

主机海水泵由江水总管吸入江水，经粗滤器后，首先冷却齿轮箱，继而流经主机热交换器后，再排至舷外[5]。主机冷却用的淡水，由淡水泵经节温器进行闭式水冷循环。随着淡水温度的升高，调节水温的旁通阀打开，淡水循环水流经热交换器。淡水被江水冷却后，仍经淡水泵吸送至主机继而循环冷却。

5.3 驱动系统及舵机系统

本船采用螺旋桨驱动，控制上采用软轴机械式机架合一装置，驾驶人员可通过设置驾控台上的控制面板来遥控主机和齿轮箱。

本船操纵采用液压舵机系统，设置1台液压舵机。舵机油泵由主机舱的主机驱动，并通过驱动液压缸及转向臂来控制舵叶的角度。舵机的操纵通过驾驶室的操舵控制装置完成。

6 电气设计

6.1 主电源

(1)本船设有1台柴油发电机，其参数为：额定电压AC400 V，额定功率24 kW，额定频率50 Hz。

(2)本船设有6-QW-195蓄电池2只，作为低压设备的供电电源，同时兼作应急照明。当主电源失电后，蓄电池可以自动供电。充放电板设置在驾驶室内，蓄电池组设置在驾驶甲板外。

6.2 配电系统

本船在机舱设有小型主配电板1座，配电板配有额定电压AC380 V、AC220 V供电系统。供电负载有：分电箱(驾驶室内)、充放电板、探照灯、航行信号灯、航行设备等。

本船在配电系统的设计上，增加光伏太阳能充电系统，为船上提供辅助AC220 V电源，同时多余的电能可以通过充放电板，为蓄电池组充电。

7 结论

综上所述，13 m漂浮物推拖船的开发设计主要有以下几个创新点：

(1)采用斜尖艏船底变曲面，艉部双曲面过渡圆弧，舰船型船体结构；水动力学性能更好，保证了推进效率。

(2)推漂装置及辅助装置设计采用可拆分式推漂桁架的结构设计，推板可升降调节，解决了不同推漂深度和调遣不同工作模式的问题；推漂装置两侧采用平衡浮筒的设计，提高了船舶的整体稳性。

(3)一船两用，快速切换功能。推漂装置与卷扬机拖网装置共用1套液压系统单元。当船舶从推漂工况切换至拖网工况时，可快速拆卸推漂装置，同时由于推漂装置和卷扬机均采用高压软管及快速接头型式，也可以进行快速拆卸。通过转换球阀控制向卷扬机液压马达提供动力。