黃孟光 李敏

摘 要：本文圍繞著“目標(biāo)設(shè)計(jì)、節(jié)能環(huán)保”的設(shè)計(jì)理念， 針對(duì)廈門消防船設(shè)計(jì)過(guò)程中為實(shí)現(xiàn)預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)而在船體線型、重量控制和總體布局、對(duì)外消防系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)等幾個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域所作的努力進(jìn)行了詳細(xì)描述。

關(guān)鍵詞：消防船；目標(biāo)設(shè)計(jì)；節(jié)能環(huán)保

中圖分類號(hào)：662.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 前言

“驍龍119”號(hào)消防船由廣州海事通設(shè)計(jì)顧問有限公司與廣東浩粵船舶工業(yè)有限公司設(shè)計(jì)研究所聯(lián)合設(shè)計(jì)，海事通（肇慶）西江船廠有限公司承建，于2013年底交付使用。本船主要用于廈門灣及其周邊海域的海上設(shè)施和各類船舶的消防、監(jiān)護(hù)和救助，依照中國(guó)船級(jí)社《國(guó)內(nèi)航行海船建造規(guī)范》對(duì)沿海航區(qū)船舶的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)與建造。按照使用需求，本船的技術(shù)性能指標(biāo)要求較高：消防能力達(dá)到第2類消防船（FIFI II）的要求；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)性及適航性能滿足8級(jí)海況、9級(jí)蒲福風(fēng)的航行環(huán)境要求；滿載航速不小于15 kn。

如何妥當(dāng)處理穩(wěn)性與航速的矛盾，是貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的核心問題。而對(duì)外消防系統(tǒng)及電力系統(tǒng)，則是本船的兩個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)。本文介紹了設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)這些技術(shù)要點(diǎn)的思考與實(shí)踐，以供同行們參考。

2 船型與主要參數(shù)

本船以香港海事處現(xiàn)役消防船“卓越”號(hào)為母型，單體圓舭方尾船型，帶球鼻首；主船體為鋼質(zhì)，上層建筑為鋁合金；雙機(jī)、雙定距槳推進(jìn)，配有首側(cè)推，操縱靈活，回轉(zhuǎn)性能優(yōu)異；駕駛室視野遼闊，整體造型威嚴(yán)醒目。“驍龍119”號(hào)消防船外形見圖1 。

“卓越”號(hào)與“驍龍119”號(hào)主要參數(shù)見表1。

圖1 “驍龍119”號(hào)消防船外形圖

表1 “卓越”號(hào)與“驍龍119”號(hào)主要參數(shù)

3 穩(wěn)性與航速

3.1 船體型線優(yōu)化

根據(jù)《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》對(duì)消防船作業(yè)工況穩(wěn)性的要求，在所有水炮和泡沫炮同時(shí)噴射產(chǎn)生最大傾側(cè)力矩時(shí)，允許的極限靜傾角不大于5度。此項(xiàng)要求，與消防設(shè)備的性能及布局、排水量及初穩(wěn)性有直接關(guān)聯(lián)。為此，我們?cè)诔跏荚O(shè)計(jì)階段，以消防系統(tǒng)的合理布局為前提，進(jìn)行了多種尺度方案的穩(wěn)性評(píng)估，最終確定了型寬為10.8 m的改型方案。母型船“卓越”號(hào)阻力性能優(yōu)良，而“驍龍119”號(hào)增大了8%船寬，為降低船寬增大對(duì)阻力性能的不利影響，我們對(duì)型線進(jìn)行了多處局部?jī)?yōu)化，重新修整船首肩部流線，并依據(jù)流線試驗(yàn)的結(jié)果，調(diào)整了首側(cè)推貫穿口的形狀及舭龍骨走向。在型線優(yōu)化過(guò)程中，盡量保持輕載水線以上的水線面面積，以不損失橫穩(wěn)心高為原則。型線優(yōu)化之后，經(jīng)模型試驗(yàn)及實(shí)船試航驗(yàn)證，其阻力性能甚佳，滿載試航時(shí)，在主機(jī)全負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下航速達(dá)到15.8 kn。

本船首次正式航行為廣州至廈門段，總航程360 n mile，耗時(shí)26 h，平均航速約14 kn。在整個(gè)航程中，主機(jī)基本上維持在50%左右負(fù)荷運(yùn)行。航行到接近廈門海域時(shí)，曾遇到極端惡劣天氣，巨浪直接沖上駕駛甲板，本船的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)性及適航性能經(jīng)受了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，出色地完成了首航，得到船東及船長(zhǎng)的高度認(rèn)可。

3.2 重量控制及優(yōu)化布局

除了船體型線優(yōu)化，船舶排水量及重心高度的控制，是確保本船航速與穩(wěn)性的另一關(guān)鍵。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們對(duì)一些關(guān)鍵系統(tǒng)的布局進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，主要包括：

（1） 上層建筑采用鋁合金材料

上層建筑采用鋁合金材料，大大減輕了空船重量，同時(shí)降低了重心高度，效果顯著。

（2） 內(nèi)部分隔采用支柱結(jié)構(gòu)

同一層甲板的相同防火區(qū)域，內(nèi)部分隔均采用支柱結(jié)構(gòu)，比如主甲板分隔（見圖2），除煙囪圍壁、梯道圍壁、CO2室圍壁及首部防撞艙壁外，其它區(qū)域全部作為船員生活居住區(qū)，屬同一防火區(qū)域，故其分隔均采用支柱配合裝修壁形式，這樣在減輕重量的同時(shí)也便于船員艙室的靈活分割。

（3）消防系統(tǒng)優(yōu)化布置

在全船總體布局時(shí)優(yōu)先考慮消防炮位置及消防管系的走向，使消防炮分布盡量合理均勻，消防管基本為“橫平豎直”走勢(shì)。全船共設(shè)9門消防炮（3門主炮和6門副炮），分層錯(cuò)落有致地分布在首尾方向，其中2門主炮垂直安裝在煙囪頂，能實(shí)現(xiàn)由前至后接近270°的噴射覆蓋范圍，可與前端另一門主炮或與駕駛甲板前的2門副炮同時(shí)向船首方向噴射，也可與船尾方向的4門副炮同時(shí)向船尾方向噴射。船首端主炮的消防管由機(jī)艙環(huán)形總管直接向首部延伸至側(cè)推艙，然后垂直向上穿過(guò)首樓甲板安裝在指揮甲板前端，而其余所有消防主管均垂直布置在機(jī)艙煙囪內(nèi)。這樣的管系分布既方便消防管系安裝固定及檢查維護(hù)，又因消防管系基本不經(jīng)過(guò)其它生活工作艙室，從而減少與其它工種間的交叉配合作業(yè)，大大提高了建造效率。消防管路平直順暢的布置，減少了消防管路的總長(zhǎng)度，既減輕重量、降低重心，又減少了管路損失，提高了消防炮射程。

4 對(duì)外消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作為專業(yè)消防船，對(duì)外消防系統(tǒng)是本船的關(guān)鍵系統(tǒng)。為達(dá)到最佳的消防效果，除了布局方面的考慮，系統(tǒng)配置及系統(tǒng)控制也需要特別關(guān)注。

4.1 對(duì)外消防系統(tǒng)配置

本船設(shè)3臺(tái)消防泵，其中兩臺(tái)由主機(jī)前端輸出軸驅(qū)動(dòng)，另一臺(tái)由獨(dú)立消防柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)。消防海水由機(jī)艙內(nèi)的3個(gè)獨(dú)立消防海底門經(jīng)消防泵后由機(jī)艙環(huán)形消防總管送至各消防炮及甲板消防接頭。本船消防系統(tǒng)除了可提供海水消防外，另設(shè)有泡沫滅火系統(tǒng)。泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)有2臺(tái)電動(dòng)泡沫泵及6個(gè)泡沫比例混合器。泡沫原液由2個(gè)不銹鋼泡沫罐引出經(jīng)泡沫泵加壓后輸送到各個(gè)泡沫比例混合器，泡沫比例混合器按設(shè)定的3%～6%的配比將泡沫液與海水混合，然后經(jīng)6門消防副炮射出，實(shí)現(xiàn)泡沫滅火。

本船消防系統(tǒng)的配置，超過(guò)了CCS對(duì)第2類消防船的要求，部分配置甚至超過(guò)了第3類消防船的要求，詳見表2。

表2 “驍龍119”號(hào) 消防系統(tǒng)配置

4.2 對(duì)外消防系統(tǒng)控制

對(duì)外消防監(jiān)控系統(tǒng)由PLC消防控制觸摸屏、柴油機(jī)遙控板、消防炮遙控板和消防系統(tǒng)控制箱等組成。其中，PLC消防控制觸摸屏和柴油機(jī)遙控板安裝在駕駛室中部的滅火系統(tǒng)控制臺(tái)上，通過(guò)PLC觸摸屏可實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)轉(zhuǎn)速、對(duì)外消防泵、消防炮、泡沫泵以及管路上電動(dòng)蝶閥等所有對(duì)外消防操作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。消防炮還可使用“移動(dòng)式”控制板在駕駛室外部進(jìn)行直觀的現(xiàn)場(chǎng)遙控。另外，船上還設(shè)有火場(chǎng)監(jiān)視器和消防探照燈，可以在駕駛室觀察到火場(chǎng)情況。

本船在對(duì)外消防作業(yè)時(shí)，可通過(guò)滑差離合器及首側(cè)推裝置聯(lián)合操作，進(jìn)行船舶定位。船上設(shè)有兩臺(tái)滑差離合器，分別安裝于左、右主機(jī)后部輸出端，用于驅(qū)動(dòng)軸系及螺旋槳。消防作業(yè)時(shí)主機(jī)恒定轉(zhuǎn)速帶動(dòng)前端對(duì)外消防泵，后端通過(guò)滑差離合器控制不同的輸出轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)螺旋槳無(wú)級(jí)低速運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)船舶進(jìn)行定位。首側(cè)推采用定距槳型側(cè)向推進(jìn)器，通過(guò)控制柴油機(jī)及齒輪箱改變螺旋槳的轉(zhuǎn)速及旋向，從而改變側(cè)向推力的大小和方向。通過(guò)主推進(jìn)器、舵裝置和首側(cè)推裝置的聯(lián)合操控，可在消防作業(yè)時(shí)保持或改變船位。

5 電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

現(xiàn)代船舶的設(shè)計(jì)，越來(lái)越注重節(jié)能環(huán)保。本船在電力系統(tǒng)配置及用電設(shè)備選型方面，也采取了一些有效的節(jié)能措施，主要有以下幾點(diǎn)：

（1）全自動(dòng)智能電站

本船設(shè)三臺(tái)柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組功率為86KW。在正常航行工況及停泊工況下，單臺(tái)機(jī)組即可滿足全船電力負(fù)荷需求；在進(jìn)出港工況及消防作業(yè)工況下，兩臺(tái)機(jī)組并車運(yùn)行；消防作業(yè)工況下，極端情況時(shí)則可三臺(tái)機(jī)組并車運(yùn)行?？紤]到各種工況下用電負(fù)荷變化比較大，為保證各種工況下電力負(fù)荷的需求，同時(shí)又不希望發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間大功率低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，故此選擇了單臺(tái)機(jī)組功率相對(duì)較小的多機(jī)組并行方案，各機(jī)組采用全自動(dòng)智能電站控制，可根據(jù)船上實(shí)時(shí)電力負(fù)荷需要，以單臺(tái)機(jī)組獨(dú)立工作或兩臺(tái)（或三臺(tái)）機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

（2）智能中央空調(diào)系統(tǒng)

由于消防船的特殊使命，要求其必須24小時(shí)處于待命狀態(tài)。在待命狀態(tài)下，船上僅配值班人員，與平常消防訓(xùn)練時(shí)期或消防作業(yè)時(shí)期在人員配置上有很大差別，相應(yīng)的船上空調(diào)負(fù)荷要求也變化很大。為滿足船上空調(diào)負(fù)荷多變的需求，本船配置了由4個(gè)壓縮機(jī)組組成的智能中央空調(diào)系統(tǒng)，可根據(jù)船上實(shí)時(shí)空調(diào)負(fù)荷需要，啟動(dòng)相應(yīng)數(shù)量的壓縮機(jī)組，達(dá)到節(jié)能的目的。

（3）照明系統(tǒng)

全船采用LED照明設(shè)備，以減少日常照明電力損耗。

6 結(jié)語(yǔ)

總體來(lái)說(shuō)，本船非的設(shè)計(jì)常成功，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期。船東半年多來(lái)的營(yíng)運(yùn)反饋表明，本船在快速性、適航性、操縱性、經(jīng)濟(jì)性等各方面均得到了船東的高度認(rèn)可。本船的服役，大大提升了廈門消防部隊(duì)的海上戰(zhàn)斗能力，為廈門灣及其周邊海域的安全提供了強(qiáng)有力的保障。