2 250 kW 拖轮主机增容改造的探讨研究

2022-08-04宋国凡邹春晓

中国港湾建设 2022年7期

宋国凡，邹春晓

（1.中交一航局第五工程有限公司，河北秦皇岛 066002；2.中交第一航务工程局有限公司，天津 300461）

0 引言

随着国内水工市场以及海上风电安装施工任务逐年增多，所需配套工程船舶均向大型化专业化方向发展。公司现有施工项目分布在全国各地，大型工程船舶的南北方调遣、海上风电场内临时移位和日常值守、台风季节防台防风等成为常态化，这就需要有相应的大马力长航拖轮与之配合，而现有大型拖轮的数量和功率很难满足生产需求。

公司现有一艘2 250 kW 拖轮，其船舶外形尺寸、结构强度、续航力等虽然能满足长航拖带，但主机功率小、主机技术状态不良、故障频发，长航拖带存在一定的安全隐患。为解决该船存在的问题、确保长航拖带安全性、盘活闲置船机资产，同时弥补公司大马力拖轮不足的现状，经过充分论证，决定以最小投资快速实现利益最大化，在满足现行国内海船建造和检验规范的前提下，不改变现有船舶主尺度，以最小改动量、最低改造成本为原则，对现有2 250 kW 拖轮进行主机增容改造，实现长航拖带和大型船舶调遣的功能[1]。

1 原船概况

原船建造于2005 年，船长50.80 m、型宽12.00 m、型深5.20 m、吃水4.20 m。自由航速12.65 kn，拖带航速5 kn 时拖力313 kN，系柱拖力425 kN。钢质全焊接结构，具有一层连续主甲板，机舱区域为双底双壳。前倾式船首，巡洋舰式船尾，本船为双机、双舵、双固定导流管定距螺旋桨拖船。主机型号G6300ZC、功率2×1 125 kW、转速500 r/min。船舶电站200 kW/台×2 台主柴油发电机组，75 kW×1 台停泊发电机组。主甲板1台拖力600 kN 单滚筒液压拖缆机。船首30 kN 液压锚机1 台，船首2 只1.1 t 斯贝克锚。入级符号和附加标志为：★CSAD 拖船；近海航区；B 级冰区加强；★CSMD。

2 改造方案论证

对改造可行性以及功率提升空间进行充分论证，首先对实船进行倾斜试验，以验证该船的空船重量及重心位置，根据试验数据结果经计算现船的空船重量及重心位置为：空船重量1 014 t，重心纵向位置LCG=1.185 m，重心高度VCG=5.20 m，而原出厂空船重量为960 t，重心纵向位置LCG=0.210 m，重心高度VCG=4.65 m，比较出厂试验结果本次试验空船重量重了54 t，重心纵向位置向首部偏移0.975 m，重心高度增加0.55 m。上述试验结果的偏差尤其是重心高度的大幅增加对本船推进主机及拖带系统增容更换后的完整稳性，有较大幅度的负面影响[2]。

为了降低船舶重心、提升船舶稳性，并对实船的尺寸、结构和舱室布置仔细研究，计划从技术上进行以下相应的改造，以满足改造要求：

1）从船尾—Fr6（船舶的第六号肋位）范围原舷墙结构割除，并在主甲板上新增高度为1 m 的艉升高甲板，以增加船舶复原力臂和调整船舶重心。艉升高甲板与主甲板之间的舷侧外板和端壁板为新制，该范围内原主甲板上配合带缆的绞盘拆除，导缆孔和带缆桩等系泊设备重新布置。

2）原No.1 燃油舱（P/S）改为空舱（P/S）。

3）日用燃油舱（P/S）舱底由原3.50 m 高（距基线）降至3.05 m 处。

4）为调整本船的重心纵向位置以及重心高度，在机舱内的适当位置加装面包压铁。

经过上述改造措施后，根据新倾斜试验结果，主机总功率增容至2 020 kW×2 台的拖带稳性衡准数结果如表1 所示。

表1 拖带稳性衡准数Table 1 Towing stability criterion

结论：通过对船体、结构等进行合理的设计、改造，主机功率增加到2 020 kW×2 台，船舶稳性满足现行法规、规范的要求。

3 改造主要实施项目

3.1 船体部分

为增加船舶复原力臂及调整船舶重心，在艉部增加艉升高甲板，原艉部舷墙结构需拆除，按新线形制作水密外板以连接主甲板和艉升高甲板。艉升高甲板下外板厚度7 mm，肋骨L100×63×7。艉升高甲板采用纵骨架式，板厚7 mm，甲板纵骨L90×56×7，甲板纵桁和强横梁规格为⊥7×200或⊥8×100，甲板下适当位置设ϕ114×6 立柱支撑于主甲板。艉升高甲板室前端壁（Fr6）板厚7 mm，垂直扶强材L75×50×8。该范围内原主甲板上配合带缆的绞盘拆除，导缆孔和带缆桩等系泊设备拆除后重新定位布置[3]。

为了调整船舶重心的纵向位置和稳性，原船的NO.1（P/S）燃油舱改为空舱，相应燃油管路拆除，重新配置舱底管系等。

为调整本船的重心纵向位置以及重心高度，在NO.5（P/S）加装30 t 面包压铁。

为了匹配主机功率增加后的船舶拖力，将原有液压拖缆机拆除，更换为750 kN 液压拖缆机，钢丝绳、尼龙拖缆等相应配套更换[4]。

3.2 轮机部分

除原船2 台主机以及为主机服务的相关泵、管路等，换新2 台2 020 kW 主机以及为之服务的泵、管路、主机遥控系统等。主机使用轻柴油，满足国标Ⅱ阶段和EIAPP Tier Ⅱ排放标准[5]。

拆除原船减速齿轮箱、中间轴、尾轴以及螺旋桨。换新2 套齿轮箱、传动轴和螺旋桨。由于受尾部导流管尺寸限制，通过螺旋桨的盘面比和螺距、传动轴材质以及轴桨连接方式等进行优化设计，并经轴系强度校核（依据CCS 船规，见表2），满足船舶使用要求；按照螺旋桨工况和脱排2 种工况，对轴系的正常使用及一缸熄火的情况进行扭转振动计算，螺旋桨和传动轴直径不变，功率提升到2 020 kW，满足规范和正常使用要求[6]。

表2 轴系强度校核Table 2 Shafting strength check

拆除原船生活污水处理装置，换新一套（形式：生物氧化+紫外线消毒+膜反应器）处理装置以及相关管路。本装置污染物排放标准（见表3）符合国际海事组织最新排放标准的要求，国际海协环保会2012 年10 月3 日通过的MEPC227（64）决议：《关于实行污水设备排放标准和性能试验的修订决议》，并能满足GB 3552—2018《船舶水污染物排放标准》的要求，获得中国船级社CCS 颁发的国际通用的船用产品证书[7]。

表3 污染物排放标准Table 3 Pollutant discharge standards

3.3 电气部分

本船为近海航行拖船，本次改造仍然利用原有液压泵站，通过设计优化液压泵站功率无明显的增加。只有为主机服务的海水循环泵、淡水循环泵和滑油循环泵的功率有所增加，通过电力负荷计算功率增加额见表4，现有船舶电站满足改造需求。所以，原有船舶发电柴油机以及配电系统无需进行大的改造。主要对主机遥控系统、机舱通风风机以及控制系统、机舱各类泵以及控制系统等进行了相应的改造[8]。