舰船加装减摇鳍方案实例分析

2021-09-15修晓明

科学技术创新 2021年26期

修晓明

（武汉海翼科技有限公司，湖北武汉 430000）

1 概述

在恶劣的海况下，船舶横摇30～400是常见的，海况越恶劣，船舶摇摆也越激烈。为了船舶的航行安全以及提高航行中的舒适性，迫切需要减小船舶的摇荡。人类从19世纪初的帆船年代的舭龙骨开始，就已经开始了船舶减摇的努力和斗争，前后共提出了350余种不同类型的减摇装置。直到20世纪90年代，保留下来的船舶减摇装置主要有减摇水舱、减摇鳍、减摇陀螺、舵减摇等少数几种。本文以600吨系列公务巡逻船加装减摇鳍工程为分析对象,介绍该型船加装减摇鳍工作办法、一般处理原则和改装注意事项。

2 加装技术方案

600吨系列公务巡逻船是在我国三大海区同时部署的新型巡逻船，设计排水量约600t，用于实施海上搜救，打击走私、偷渡，快速处置海上突发重大事件等。为进一步提高该船的耐波性，在该船上加装减摇鳍装置，本文对加装的技术方案及其影响进行论证，并给出加装的实施方案。

2.1 加装船技术现状

2.1.1 加装船总体技术指标

总长Loa 65m

型宽B 9.0 m

型深D 4.746 m

设计排水量～600t

最大试航航速～25kn

2.1.2 加装位置布置情况

从减摇效果和减摇鳍对船舶阻力、船舶浮态、船舶稳性等全方面综合考虑，减摇鳍安装的最佳位置是前机舱内#54～#57区域（船中位置）。前机舱布置情况见图1。

图1 前机舱设备布置情况

减摇鳍加装位置设备布置情况，见表1。

表1 减摇鳍加装位置设备布置情况

技术状态表明，现减摇鳍安装部位已被其它设备、管路、电缆等占用，加装减摇鳍前需将这些设备移至其它部位。

2.1.3 加装船电力负荷情况

根据表2数据可以看出：5种不同工况下，发电机组储备功率均可满足减摇鳍正常使用。

表2 发电机组电力负荷情况

2.1.4 加装船冷却水泵配备情况

加装的公务船配有三套冷却水系统，分别为主辅机冷却水系统、空调冷却水系统、专用海水系统。主辅机冷却水系统采用开式（海水部分）和闭式（淡水部分）冷却循环，配有主机带海水泵，专供主机和辅机冷却水。空调冷却水系统采用开式（海水部分）和闭式（淡水部分）冷却循环，配有专用海水冷却泵，专供空调冷水机组的冷却水。专用海水系统配有日用海水恒压变频供水装置，为冷藏装置、立柜式空调器提供冷却海水，同时为卫生间及生活污水处理装置提供冲洗水。三套系统的功能及配备情况如表3。

表3 冷却水系统配备情况表

加装减摇鳍冷却水流量3m3/h×2=6m3/h根据表4情况，该公务船冷却水流量留有储备，可以用于减摇鳍的加装。

为保证减摇鳍冷却水压力，建议加装一套装用冷却水泵。

2.1.5 加装船信号源接口情况

该型船均配备GPS，可作为加装减摇鳍的信号接口。

2.2 减摇鳍加装技术方案

2.2.1 技术指标

根据减摇效果计算，加装的减摇鳍参数要求如下：

性能要求：在1/3浪高2.5 m，航速18kn，减摇后的平均剩余横摇角≤3.50；静水航行时，航速18kn，生摇幅度不小于10°（单幅值）；在低航速（4kn+2）以下和倒车时，鳍可自动归零，并锁紧。

鳍翼型：NACA-0015

单鳍有效面积：A=2.0 m2

鳍展长：l=1183mm

鳍平均弦长：bm=1690mm

鳍展弦比： λ=0.7

鳍工作转角：≤±28°

鳍机械限位角： ±32°

单鳍最大升力：87.9 kN

装置航速调节信号源：提供200脉冲/海里信号/GPS

装置装机功率：31kW

装置动力电源：一路三相380V、50Hz

装置总质量（净重）：～5.0 t

需冷却海水量、水压：2×3t/h、0.2 ～0.4 MPa

液压系统工作压力：P=12.5 MPa

液压泵最大流量：Qmax=90L/min

液压系统推荐工作油液：L-HM32抗磨液压油（约600L）

2.2.2 减摇鳍加装方案

供货到厂的减摇鳍主要分为鳍、鳍座、执行机构、操纵箱、控制箱、操作面板几大部件，需要与船体安装的有鳍座、操纵箱、控制箱、操作面板，鳍和执行机构安装在鳍座上，这些部件的安装要求和安装形式见表4。

表4 减摇鳍主要部件及安装要求

（1）减摇鳍的布置方案。根据减摇效果最佳和影响最小的原则，减摇鳍装置安装在前机舱内首部区域，鳍座安装在前机舱#55～#56两舷。鳍和执行机构安装在鳍座上，操纵箱和控制箱安装在#57横舱壁上，操作面板（或操纵箱）安装在驾控台上或挂于驾驶室两侧，方案布置平面图和剖面图见图2和图3。

图3 剖面图

（2）减摇鳍的配电方案。加装减摇鳍后将增加31kW的用电负荷。减摇鳍离主配电板不远，可以直接从主配电板引出一路电力供应减摇鳍。

（3）减摇鳍的冷却方案。对于加装的减摇鳍，需要供应流量为2×3t/h的冷却海水，可以借用加装船现有的冷却系统。优先选择从专用海水系统中取用冷却水，具体分析如下：该型公务船配有三套冷却水系统，分别为主辅机冷却水系统、空调冷却水系统、专用海水系统。其中主辅机冷却水系统采用的主机自带泵，是主推进的重要组成部分，对可靠性要求较高，加装可能会影响到该系统的管系、接口，不建议从此处取水。空调冷却水系统，只在空调使用时开启，且流量较大，从此系统取水从技术上来讲是可行的，但是匹配性不好。专用海水系统为冷藏装置、立柜式空调器、卫生间及生活污水处理装置供水，日常是常开的，从流量上来讲也可以满足减摇鳍冷却水的需求量，作为首选方案。

（4）机舱布置局部调整方案。减摇鳍的加装占用了前机舱首部区域内左右舷的两块位置，该位置的设备需要移到机舱其他地方去，需要移动的设备资料见表5。

表5 需要移动的设备资料

在完工图纸基础上，根据就近移动的原则，将设备进行了初步挪移。机舱布置调整方案仅供参考，每一条船的具体调整方案需要现场勘测后，根据设备、管路、电缆铺设实际情况现场确定。

2.3 加装影响分析

加装减摇鳍会增加船体重量，航行时附体阻力也会增加，最大航速会受到影响；减摇鳍安装位置的结构构件（包含舭龙骨）需要进行调整；加装减摇鳍还需要将现有前机舱局部区域内的设备和管路移开，对机舱局部位置的布置会有影响；同时减摇鳍的用电和冷却水需要占用相关资源，会对相关系统产生影响，这些影响分项分析如下：

2.3.1 排水量增加，航速略降

减摇鳍的加装排水量将增加5700kg，船的吃水会增加大约15mm，对本船的载重线勘划及结构强度无影响。其中减摇鳍装置重量约5000kg，结构加强约增加300kg，管路、电缆等附件约140kg，海水冷却泵60kg，设备移动初估增加管路、基座重量约200kg。

加装减摇鳍后，船的阻力增大，静水航速会降低。重量增加将导致吃水增加，湿表面会随着加大，船的摩擦阻力提升；同时加装减摇鳍后，附体阻力将加大，船的航速将会降低。根据该型船相关数据估算，加装减摇鳍后，船的阻力大约增加2.5%，加装前后的静水中最大航速会降低约0.5 kn。

2.3.2 电力负荷增加

加装减摇鳍后将增加31kW的用电负荷，在海上作业时，水炮不使用工况，一台发电机组就能工作的。水炮使用时，需两台发电机组同时工作。

表6 加装前后发电机组负荷情况对比表

2.3.3 结构调整

减摇鳍受力位置局部加强。首先，加强结构往前连接机舱前横舱壁，往后连接后端强肋骨，往舷侧连接舷侧纵桁，往船舯连接旁内龙骨。减摇鳍前后舭龙骨取消。加装船在#50与#81之间设有舭龙骨，安装减摇鳍后的，割掉#50～#61之间的舭龙骨。

2.3.4 减摇鳍安装技术要求及注意事项

2.3.4.1 控制箱装在船肿附近，操纵箱、控制箱的面板朝向船尾，便于观察左右机组的运行情况；操作面板安装在驾驶室；

2.3.4.2 测量船横摇角参量的敏感元件（陀螺仪）应布置在靠近船纵中剖面处，其高度应尽量接近船中心的高度，横摇角参量的敏感元件与其在船上的安装基座不得加装任何非刚性衬垫；

2.3.4.3 鳍轴线通过船壳外缘A点，并与该点外法线方向一致，鳍轴线的空间位置应在放样时校正确定，鳍的弦长方向与该处的船体流线角方向一致；2.3.4.4 左、右执行机构呈对称布置，要求在同一肋骨面内，执行机构应以鳍轴中心线垂直于该处船壳板为原则安装，左右鳍对称安装，鳍的导边朝艏，窗口朝上，同时应注意执行机构的上方应预留吊装的空间；2.3.4.5 在安装执行机构前需检查鳍座内孔的尺寸在焊接后是否改变，并按本舷执行机构大轴承座外径进行修整，保证间隙在0.1 ～0.3 mm之间，执行机构和鳍座之间安装后应有良好的水密性，密性试验按船体水密性试验要求进行；2.3.4.6 船壳板上，距A点周围约两倍鳍平均弦长(3.4 m)范围内不允许设置进出水口；2.3.4.7 距鳍的导边一倍平均弦长内(1.7 m)不许设置舭龙骨，距鳍的随边两倍平均弦长内(3.4 m)不许设置舭龙骨；2.3.4.8 鳍安装完毕后，鳍尾轴端拉紧的螺栓头部与鳍体之间的防松块要焊牢，窗口内部充满牛油，焊牢窗口盖板，保证窗口水密性，焊缝打磨光顺，喷漆；

2.3.4.9 液压机组安装在铺设减震垫或40mm硬木板的基座上，基座不平度≤2mm，基座由总体所设绘，船厂敷设；往液压机组油箱加油应经过10μm的滤芯过滤（可用滤油车）,液压机组上的蓄能器要充氮气，充气压力为5MPa；2.3.4.10 减摇鳍装置在船上安装完毕后，鳍、鳍箱和鳍座露在船外的表面在船下水前应按船体水下部分的涂覆要求涂覆；鳍箱和鳍座在舱内的表面按机舱内部要求统一涂覆。2.3.4.11 本装置所有分设备周围都应留有足够的维修、操作空间，设备上方应有足够的照明设施。安装完成后按照减摇鳍操作说明书完成调备调试工作，按照航行试验大纲完成海试，验收交付。