浅谈2 940 kW多用途拖轮的设计

刘晓艳

（浙江省海洋水产研究所 舟山316021）



浅谈2 940 kW多用途拖轮的设计

刘晓艳

（浙江省海洋水产研究所 舟山316021）

［摘 要］随着物流量的不断增长以及港口发展与国内外大吨位船舶进出港的实际需要，迫切需要一些功率大且具有供水、供油、拖带、消防等多用途的拖轮投入使用；此外，我国内河与沿海大规模现代化港口的建设、疏浚工程以及海洋开发工程的发展，也急需一批大功率多用途的拖轮及海洋平台供应船参与配套工作。为此，设计了一种尺度适宜、布置合理、设备节能、经济实用、发展前景好的多用途拖轮。文中以某2 940 kW多用途拖轮为例，简要介绍该种船型的概况、设计优化、节能减排以及船东使用回馈等。

［关键词］多用途拖轮；优化设计；拖曳作业；工程辅助

引 言

近年来，随着海上油气资源的深入发掘，海洋钻井平台的建造和使用得到了迅猛发展，与此同时，为平台保障服务的多用途拖轮也得以快速发展［1］。面对激烈的市场竞争，如何降低营运成本、如何提高船舶性价比并进一步占领市场，已成为广大船东及用户考虑的首要问题。本文所述拖轮为一艘968总吨位、主机功率1 470 kW（双机为2 940 kW）的多用途拖轮。由于小于1 000总吨位［2］且在主机功率4 080 ps（约3 000 kW）以内［3］，因此能充分发挥该档次船舶的最大经济实用性。此外，考虑海上钻井平台的发展需要，该型船还应具有对外供油、供水、消防及为近海石油平台供应各种物资和抛锚使用等功能。下文将对此型船的设计进行简要阐述。

1　总体概况

1.1船型及用途

该型船为全焊接式钢质、单甲板、中机型、双桨、双导流管舵的2 940 kW多用途拖轮。其航行于近海海域， 按“CCS”有关规范入级、设计和建造，主要用于拖带、起锚、港口作业、对外供水、供油及消防等用途。

1.2船舶主尺度及参数

主尺度及参数见表1。

表1　2 940 kW多用途拖轮主尺度及参数

1.3总体布置

全船主甲板下设8道水/油密横舱壁；机舱设于船中部，舵机舱设于船尾部。由首至尾依次为首尖舱、空舱（P、S应急消防泵及侧推舱C）、1号淡水舱（P、S）、空舱（P、S）、1号燃油舱（P、S）、机舱（2号、3号燃油舱、柴油舱、滑油舱、空舱、污油水舱等）、4号燃油舱（P、C、S）、5号燃油舱（C）、2号淡水舱（P、S）、3号淡水舱 （P、S）、舵机舱（C）、4号淡水舱（P、S）。

1.4船体结构

船体主要构件和船体材料满足中国船级社《钢质海船入级规范》（2006）的要求［4］。全船船体结构均采用横骨架式。在船体强度方面，在船首结构设计上，考虑对冰区加强的要求，扩大了该船航行于我国渤海湾以北的航线使用范围。

1.5稳 性

稳性满足中华人民共和国海事局《船舶与海上设施法定检验规则》（国内航行海船法定检验技术规则2004）第四篇“船舶安全”第7章“完整稳性”及修改通报对近海航区的要求，运用CCS所要求的“COMPASS计算软件”，按“拖轮计算”及“消防船计算”两种工作状态分别计算，均应满足对近海航区的稳性要求。

另外在“完工图”中，为船东增补船舶无限航区的稳性计算，以便用户掌握，本船虽是按照近海航区设计但还是能满足无限航区的稳性要求，船东对此很满意。

1.6主要机电设备

1.6.1主机及推进装置

主机选用广柴的6320ZCd-6型柴油机2台，额定功率为1 470 kW×2，额定转速为525 r/min。导管螺旋桨2个，首、尾侧推装置各1个，型号为TT1000-FP，侧向推力为45.2 kN。螺旋桨为4叶Cu3镍铝青铜，直径为2 400 mm。

1.6.2发电机组

本船设有3个发电机组，发电机组型号为CCFJ160J-WD。柴油机型号为R6160A-4型，功率为184 kW×3；发电机型号为TFHX160型，功率为160 kW×3。

停泊发电机组1组，型号为CCFJ50J-WF，柴油机型号为4135Acaf，发电机型号为TFX-50，发电机功率为50 kW。

图1　总布置图

2　设计优化

2.1主尺度及船型系数的选取

船东对于此船的具体要求为：设计的拖轮航区为近海航区、能对外供水（300 t）、供油（450 t）和开展消防救助；船舶总长不超过58 m、最大吃水4.20 m以内；拖轮拖力大于400 kN、主机能使用重油以及船舶主甲板尽量预留有一定的载货面积，以便装载集装箱及其他杂货等。为此，我们参考早先所设计的CCS船级2 942 kW近海拖轮“浙普拖2012”作为该拖轮设计的母型船。

2.1.1船长的确定

根据船东要求，本船总长不超过58 m，取母型船“浙普拖2012” 2 942 kW拖轮的总长与船长作为本船的总长与船长（即LOA= 57.62 m，Lpp= 49.40 m），可以满足船东要求。

2.1.2船宽的确定

母型船“浙普拖2012”的稳性经实船的运营使用，当拖轮满载时，后主甲板上装载了6～9个标准箱集装箱后，经计算该船稳性仍然可以满足远海航区的要求，船东很满意。为确保本船稳性达到近海航区的要求，我们就把型宽确定为母型船“浙普拖2012”的型宽，即： B = 12.00 m。

2.1.3吃水的选择

当船长与型宽确定之后，经初步计算（方型系数暂取母型船的Cb= 0.723 0）。在吃水4.20 m时，该船的满载排水量可以达到1 852.10 t。除去母型船的空船实重787.70 t，此时尚有1 064.40 t的排水量富裕。这样，除拖轮自身航行所需的燃油供给之外，能满足船东对外提供燃油450 t、淡水300 t，并且在主甲板上装载250 t货物的要求。为此，我们就把本船满载吃水d 确定为4.20 m，满足了船东的使用要求。

2.1.4型深的选择

型深的选取则考虑当满载吃水4.20 m时，要满足海船干舷之要求［2］，因此将型深确定为5.00 m。

2.1.5估算方形系数

根据母型船：方形系数Cb= 0.723 0。

2.2布置优化

本船为双机、双桨，2 940 kW近海拖轮。为了增加该船的拖力，采用了活动导流管舵，使拖力增加22%～23%。经实船拖桩试验，拖力可达到550 kN，试航航速达到14.5 kn。

本船在FR35～FR38船中位置设有400 kN液压拖缆机一台。从船尾至FR35拖缆机后主甲板上留有300 m2（长25.8 m，宽12.0 m）的载货甲板，在满足稳性要求的前提下，可装载890 t的货物（其中包括对外供给的油和水与装载甲板货物），另外可装载6～9个标准箱集装箱，以供钻井平台运输所需物资或设备之用。

本船首部FR74～FR75及尾部FR3～FR4各设置一个型号为TT1000-FP 的侧推器，以达到减小船舶回转半径、增强拖轮的灵活性并能满足钻井平台对船舶平移靠泊的基本要求。

本船设置503 t舱容的燃油舱及319 t舱容的淡水舱。除保证本船所需的油水之外，在油泵的配置上，增设1台功率为18.5 kW的燃油输出泵；在水泵的配置上，配置1台功率为22 kW的水泵。实现了对外供油及供水的功能。

在居住甲板上增加1艘救助艇，以提高自身的救生和对外的救助能力。

为更好提高船舶在实际使用过程中的实用性（比如安排停泊施工时的人员住宿或休息，放置部分施工设备和材料等），我们调整了甲板舱室中央空调舱室的面积和位置，增设1间备用舱室。

在考虑舱室布置时，将船员铺位设定为14人。这样既满足中华人民共和国海事局有关该船最低船员配员的要求（12人），也可免设医务室，有利于降低船舶建造成本。

本船在考虑船舶干舷和设计吃水时，当无货载运、满载燃油和淡水时的吃水为3.80 m。满载设计吃水为4.20 m，此时可另增加250 t载货量，均满足《法规》对近海航区的稳性要求，使本船具有近海供应船的功能［5］。

3　多功能的作业能力

3.1拖曳功能

本船在井口密集，海底布满管线和电缆的复杂海域中为各类作业平台进行移位和就位，并作为钻、采平台或海上其他飘浮物远距离拖航的伴航船及距岸200 n mile之内航线上的拖航主拖船［6］。

本船在FR35～FR38船中位置设有400 kN液压拖缆机1台。拖缆机设液压刹车装置（液压制动力达到1 000 kN），液压拖缆系统，应急释放，拖缆张力测试显示，放缆长度测量警报和控制系统，可分别在驾驶室和机房进行操作。

在船首楼甲板上前方设1台60 kN液压绞车，起抛锚作用，亦可供旁拖作业时牵引缆索之用。

3.2港口作业功能

本船首部FR74～FR75及尾部FR3～FR4各设置一个型号为TT1000-FP的侧推器，以达到减小船舶回转半径、增强拖轮的灵活性并能满足钻井平台对船舶靠泊的基本要求。在港口作业时，由于拖轮的功率大、强度高、稳性好、操作灵活，所以中大型船舶进出港口或移泊时，因航道狭窄船舶不能动车，必须使用拖轮引航及协助靠港。

3.3起锚功能

该船首部设置起锚架，可协助大中型非自航工程船舶进行起锚、抛锚或移锚作业。

3.4供应功能

此船可为海上作业的各类工作平台或其他工程辅助船舶进行油、水供应及钻采器材等物资的运输和平台倒班人员的接送等［7］。

3.4.1甲板货供应

在船尾至FR35号拖缆机后主甲板上设有较大的甲板载货区，载货区总面积为300 m2（长25.8 m，宽12.0 m）。在满足稳性要求的前提下，可装载890 t的货物， 另可装载6～9个标准集装箱，以供钻井平台运输所需物资或设备之用。

3.4.2液货供应

此船除保障自给的油、水以外，还可对外提供450 t燃油和300 t淡水。

3.5对外消防功能

罗经甲板上设置2门消防炮，可用于对外消防。

4　节能减排

为节能减排，这次船舶主机所选用的6320ZCd-6型柴油机，其排放标准已达到国际排放标准-2 。除了船舶停航前后的一小时是燃用轻柴油，其余时间均使用重柴油。为此，在船舶机电设计中，较母型船增加了使用重油的配套设施以及废气对重油的加温系统，从而提高了船舶的经济性。

本船双机功率较大，续航力达到3 000 n mile，所以从降低营运成本角度考虑，采用1 500～3 000 s重油主机方案，即选用广柴的6320ZCd-6型中速机作为该船的主机，并且在机舱棚中增设2套废气锅炉。经过废气加热的导热油对燃油舱、燃油沉淀舱、燃油日用油柜以及燃油管系的重油进行加温和保温，提高了主机废气能量的利用率，从而降低能耗与营运成本。为保证重油的正常使用，在燃油系统中，增设1套燃油供油单元、3台燃油、滑油分油机以及加热盘管等设备。在生活设施中，由于采用高温的导热油对淡水进行加温以获得日用热水并用于厨房、浴室、盥洗室等处，因而可免除热水压力柜，降低整船的用电负荷，从而减小该船舶发电机组的总功率。

设计时，总吨位尽量控制在1 000以下，以降低门、窗设备的配置等级和免设固定CO2灭火系统及设施的配置，并可降低船员等级的要求，达到降低运输成本的目的。

5　结 论

截止2010年底，我们设计的该船型拖轮已成功建造7艘（4艘CCS和3艘ZC）。经实船拖桩试验，拖力可达到550 kN，试航航速达到14.5 kn。该船型深受船东及用户的好评。

与母型船相比，这次船舶设计的选型与优化取得一定成绩。我们主要从以下两方面予以考虑：

（1）要以船东的需求作为我们的基本设计要求，建造用户所需要和满意的船舶；

（2）设计时应在满足船舶现行法规和规范的前提下，在考虑与确定设计方案过程中， 尽可能统筹兼顾，既要降低船舶的建造成本，又要最大化地提高该船舶的技术性能，拓展其使用功能与使用范围，同时又能达到降低能耗与营运成本之目的，提高船舶的使用性和经济性。

［参考文献］

［1］ 傅华.国内外拖船的现状及发展趋势［J］.船舶，2010 （4）：6-10.

［2］ 中华人民共和国海事局.国内航行海船法定检验技术规则［M］. 北京：人民交通出版社，2004：57-64，110-146.

［3］ 中华人民共和国交通部. 交通部2004第7号令-中华人民共和国船舶最低安全配员规则［S］. 2004.

［4］ 中国船级社.钢质海船入级规范［M］. 北京：人民交通出版社，2006：309-313.

［5］ 顾敏童.船舶设计原理［M］.第2版.上海交通大学出版社，2001：97-130.

［6］ 李丹丹. 4 000 hp全回转多用途工作船的设计特点［J］.船舶，2007（2）：39-46.

［7］ 管凤武.全新的10 000 HP多用途拖轮［J］.船舶，2002（5）：18-21.

Design of 2 940 kW multi-purpose tug

LIU Xiao-yan
（Marine Fisheries Research Institute of Zhejiang， Zhoushan 316021， China）

Abstract：With the increasing logistic quantity and the development of port， as well as the practical arrival and the departure demand for large-tonnage ships， there is an urgent need for the high-power multi-purpose tug with water and oil supply and fire proofing system. In addition， for the construction of inland and coastal large-scale modernized port， and the development of dredging and ocean development engineering projects， a group of high-power multipurpose tugs and offshore supply vessels are urgently required to be involved in the supporting work. A multi-purpose tug is then designed to be characterized of appropriate dimension， reasonable arrangement， energy-saving equipment，economy and practicability with great development prospect. Taking a 2 940 kW multi-purpose tug for example， this study briefly introduces hull form， design optimization， energy saving， emission reduction and the feedback of ship owners， etc.

Keywords：multi-purpose tug； optimization design； towing operation； project assistant

［中图分类号］U662

［文献标志码］A

［文章编号］1001-9855（2016）03-0039-06

［收稿日期］2015-10-21；［修回日期］2016-01-27

［作者简介］刘晓艳（1984-），女，助理工程师，研究方向：船体设计。