宋國凡，鄒春曉

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

0 引言

隨著國內(nèi)水工市場以及海上風(fēng)電安裝施工任務(wù)逐年增多，所需配套工程船舶均向大型化專業(yè)化方向發(fā)展。公司現(xiàn)有施工項(xiàng)目分布在全國各地，大型工程船舶的南北方調(diào)遣、海上風(fēng)電場內(nèi)臨時(shí)移位和日常值守、臺(tái)風(fēng)季節(jié)防臺(tái)防風(fēng)等成為常態(tài)化，這就需要有相應(yīng)的大馬力長航拖輪與之配合，而現(xiàn)有大型拖輪的數(shù)量和功率很難滿足生產(chǎn)需求。

公司現(xiàn)有一艘2 250 kW 拖輪，其船舶外形尺寸、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、續(xù)航力等雖然能滿足長航拖帶，但主機(jī)功率小、主機(jī)技術(shù)狀態(tài)不良、故障頻發(fā)，長航拖帶存在一定的安全隱患。為解決該船存在的問題、確保長航拖帶安全性、盤活閑置船機(jī)資產(chǎn)，同時(shí)彌補(bǔ)公司大馬力拖輪不足的現(xiàn)狀，經(jīng)過充分論證，決定以最小投資快速實(shí)現(xiàn)利益最大化，在滿足現(xiàn)行國內(nèi)海船建造和檢驗(yàn)規(guī)范的前提下，不改變現(xiàn)有船舶主尺度，以最小改動(dòng)量、最低改造成本為原則，對(duì)現(xiàn)有2 250 kW 拖輪進(jìn)行主機(jī)增容改造，實(shí)現(xiàn)長航拖帶和大型船舶調(diào)遣的功能[1]。

1 原船概況

原船建造于2005 年，船長50.80 m、型寬12.00 m、型深5.20 m、吃水4.20 m。自由航速12.65 kn，拖帶航速5 kn 時(shí)拖力313 kN，系柱拖力425 kN。鋼質(zhì)全焊接結(jié)構(gòu)，具有一層連續(xù)主甲板，機(jī)艙區(qū)域?yàn)殡p底雙殼。前傾式船首，巡洋艦式船尾，本船為雙機(jī)、雙舵、雙固定導(dǎo)流管定距螺旋槳拖船。主機(jī)型號(hào)G6300ZC、功率2×1 125 kW、轉(zhuǎn)速500 r/min。船舶電站200 kW/臺(tái)×2 臺(tái)主柴油發(fā)電機(jī)組，75 kW×1 臺(tái)停泊發(fā)電機(jī)組。主甲板1臺(tái)拖力600 kN 單滾筒液壓拖纜機(jī)。船首30 kN 液壓錨機(jī)1 臺(tái)，船首2 只1.1 t 斯貝克錨。入級(jí)符號(hào)和附加標(biāo)志為：★CSAD 拖船；近海航區(qū)；B 級(jí)冰區(qū)加強(qiáng)；★CSMD。

2 改造方案論證

對(duì)改造可行性以及功率提升空間進(jìn)行充分論證，首先對(duì)實(shí)船進(jìn)行傾斜試驗(yàn)，以驗(yàn)證該船的空船重量及重心位置，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果經(jīng)計(jì)算現(xiàn)船的空船重量及重心位置為：空船重量1 014 t，重心縱向位置LCG=1.185 m，重心高度VCG=5.20 m，而原出廠空船重量為960 t，重心縱向位置LCG=0.210 m，重心高度VCG=4.65 m，比較出廠試驗(yàn)結(jié)果本次試驗(yàn)空船重量重了54 t，重心縱向位置向首部偏移0.975 m，重心高度增加0.55 m。上述試驗(yàn)結(jié)果的偏差尤其是重心高度的大幅增加對(duì)本船推進(jìn)主機(jī)及拖帶系統(tǒng)增容更換后的完整穩(wěn)性，有較大幅度的負(fù)面影響[2]。

為了降低船舶重心、提升船舶穩(wěn)性，并對(duì)實(shí)船的尺寸、結(jié)構(gòu)和艙室布置仔細(xì)研究，計(jì)劃從技術(shù)上進(jìn)行以下相應(yīng)的改造，以滿足改造要求：

1）從船尾—Fr6（船舶的第六號(hào)肋位）范圍原舷墻結(jié)構(gòu)割除，并在主甲板上新增高度為1 m 的艉升高甲板，以增加船舶復(fù)原力臂和調(diào)整船舶重心。艉升高甲板與主甲板之間的舷側(cè)外板和端壁板為新制，該范圍內(nèi)原主甲板上配合帶纜的絞盤拆除，導(dǎo)纜孔和帶纜樁等系泊設(shè)備重新布置。

2）原No.1 燃油艙（P/S）改為空艙（P/S）。

3）日用燃油艙（P/S）艙底由原3.50 m 高（距基線）降至3.05 m 處。

4）為調(diào)整本船的重心縱向位置以及重心高度，在機(jī)艙內(nèi)的適當(dāng)位置加裝面包壓鐵。

經(jīng)過上述改造措施后，根據(jù)新傾斜試驗(yàn)結(jié)果，主機(jī)總功率增容至2 020 kW×2 臺(tái)的拖帶穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)結(jié)果如表1 所示。

表1 拖帶穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)Table 1 Towing stability criterion

結(jié)論：通過對(duì)船體、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)、改造，主機(jī)功率增加到2 020 kW×2 臺(tái)，船舶穩(wěn)性滿足現(xiàn)行法規(guī)、規(guī)范的要求。

3 改造主要實(shí)施項(xiàng)目

3.1 船體部分

為增加船舶復(fù)原力臂及調(diào)整船舶重心，在艉部增加艉升高甲板，原艉部舷墻結(jié)構(gòu)需拆除，按新線形制作水密外板以連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。艉升高甲板采用縱骨架式，板厚7 mm，甲板縱骨L90×56×7，甲板縱桁和強(qiáng)橫梁規(guī)格為⊥7×200或⊥8×100，甲板下適當(dāng)位置設(shè)?114×6 立柱支撐于主甲板。艉升高甲板室前端壁（Fr6）板厚7 mm，垂直扶強(qiáng)材L75×50×8。該范圍內(nèi)原主甲板上配合帶纜的絞盤拆除，導(dǎo)纜孔和帶纜樁等系泊設(shè)備拆除后重新定位布置[3]。

為了調(diào)整船舶重心的縱向位置和穩(wěn)性，原船的NO.1（P/S）燃油艙改為空艙，相應(yīng)燃油管路拆除，重新配置艙底管系等。

為調(diào)整本船的重心縱向位置以及重心高度，在NO.5（P/S）加裝30 t 面包壓鐵。

為了匹配主機(jī)功率增加后的船舶拖力，將原有液壓拖纜機(jī)拆除，更換為750 kN 液壓拖纜機(jī)，鋼絲繩、尼龍拖纜等相應(yīng)配套更換[4]。

3.2 輪機(jī)部分

除原船2 臺(tái)主機(jī)以及為主機(jī)服務(wù)的相關(guān)泵、管路等，換新2 臺(tái)2 020 kW 主機(jī)以及為之服務(wù)的泵、管路、主機(jī)遙控系統(tǒng)等。主機(jī)使用輕柴油，滿足國標(biāo)Ⅱ階段和EIAPP Tier Ⅱ排放標(biāo)準(zhǔn)[5]。

拆除原船減速齒輪箱、中間軸、尾軸以及螺旋槳。換新2 套齒輪箱、傳動(dòng)軸和螺旋槳。由于受尾部導(dǎo)流管尺寸限制，通過螺旋槳的盤面比和螺距、傳動(dòng)軸材質(zhì)以及軸槳連接方式等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并經(jīng)軸系強(qiáng)度校核（依據(jù)CCS 船規(guī)，見表2），滿足船舶使用要求；按照螺旋槳工況和脫排2 種工況，對(duì)軸系的正常使用及一缸熄火的情況進(jìn)行扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算，螺旋槳和傳動(dòng)軸直徑不變，功率提升到2 020 kW，滿足規(guī)范和正常使用要求[6]。

表2 軸系強(qiáng)度校核Table 2 Shafting strength check

拆除原船生活污水處理裝置，換新一套（形式：生物氧化+紫外線消毒+膜反應(yīng)器）處理裝置以及相關(guān)管路。本裝置污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（見表3）符合國際海事組織最新排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，國際海協(xié)環(huán)保會(huì)2012 年10 月3 日通過的MEPC227（64）決議：《關(guān)于實(shí)行污水設(shè)備排放標(biāo)準(zhǔn)和性能試驗(yàn)的修訂決議》，并能滿足GB 3552—2018《船舶水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求，獲得中國船級(jí)社CCS 頒發(fā)的國際通用的船用產(chǎn)品證書[7]。

表3 污染物排放標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Pollutant discharge standards

3.3 電氣部分

本船為近海航行拖船，本次改造仍然利用原有液壓泵站，通過設(shè)計(jì)優(yōu)化液壓泵站功率無明顯的增加。只有為主機(jī)服務(wù)的海水循環(huán)泵、淡水循環(huán)泵和滑油循環(huán)泵的功率有所增加，通過電力負(fù)荷計(jì)算功率增加額見表4，現(xiàn)有船舶電站滿足改造需求。所以，原有船舶發(fā)電柴油機(jī)以及配電系統(tǒng)無需進(jìn)行大的改造。主要對(duì)主機(jī)遙控系統(tǒng)、機(jī)艙通風(fēng)風(fēng)機(jī)以及控制系統(tǒng)、機(jī)艙各類泵以及控制系統(tǒng)等進(jìn)行了相應(yīng)的改造[8]。

表4 電力負(fù)荷計(jì)算書Table 4 Power load calculation sheet

4 改造后船舶主要性能

改造完成后，保持近海航區(qū)不變，其主要性能如下：

總長×型寬×型深為50.8 m×12 m×5.2 m；吃水4.2 m；主機(jī)功率2 020 kW×2；自由航速13.5 kn；系柱拖力750 kN；續(xù)航力3 200 n mile。

5 結(jié)語

該船成功完成了從最初的改造設(shè)想、改造方案論證、能力提升空間、改造圖紙?jiān)O(shè)計(jì)以及具體改造實(shí)施等工作，成為小功率拖輪改造升級(jí)的成功案例。本次改造通過較小的投入，解決了公司大功率拖輪數(shù)量不足的現(xiàn)狀，盤活了現(xiàn)有閑置資產(chǎn)，減少了船機(jī)租賃費(fèi)用，為公司的水工生產(chǎn)、長航拖帶以及進(jìn)軍海上風(fēng)電安裝提供了有力的船機(jī)保障。