一种全回转拖船艏部拖曳系统的设计

刘林伟，陆 波

(1.江苏省镇江船厂(集团)有限公司，江苏 镇江 212005；2.天海融合防务装备技术股份有限公司，上海 201612)



一种全回转拖船艏部拖曳系统的设计

刘林伟1，陆 波2

(1.江苏省镇江船厂(集团)有限公司，江苏 镇江 212005；2.天海融合防务装备技术股份有限公司，上海 201612)

通过对拖曳装置设在艏部的防磨缆桥、缆桩和锚绞机进行优化设计，研发一种艏部具有拖曳装置的全回转拖船，在完全不影响顶推作业的基础上，实现了全回转拖船的倒拖功能，增强了拖船的作业功能和灵活性能。

全回转拖船；艏部；倒拖；拖曳装置

0 引言

全回转拖船作为港口作业的重要机械之一，主要应用于港口作业的拖带、救助、打捞、供给、协助船舶进出港以及靠离泊位、护航等领域，满足港口的复合型功能需要。船上的拖曳设备一般指拖钩和拖缆机，设置在船长中后方5%～10% 船长处，用于船舶的正拖。而当船舶驶离码头的时候，需要在艏部安装拖曳装置，使拖船的船艏面对作业对象倒车行驶，拖船进行倒拖作业。结合此需要，设计开发“艏部具有拖曳装置的全回转拖船”势在必行。

1 主要创新点

(1)艏部具有拖曳装置的全回转拖船，包括防磨缆桥、缆桩和锚绞机。防磨缆桥、缆桩和锚绞机位于同一中心轴，且顺次纵向排列在船艏部主甲板中心线上。防磨缆桥设在船艏部前缘，缆桩位于锚绞机和防磨缆桥之间。缆桩上装设导缆孔，导缆孔的中心与锚绞机主滚筒的中间层位于同一水平面；缆桩与锚绞机之间的距离小于缆桩与防磨缆桥之间的距离。缆桩为双柱缆桩，包括2个垂向管材和2个垂向管材之间的横向管材。导缆孔装设在横向管材上，2个垂向管材作为支撑部支撑横向管材以及导缆孔。为了提高导缆孔的抗磨性，所述导缆孔内表面包覆不锈钢层。

(2)本项目主推进系统装机功率≥2 940 kW。

(3)在船体线形研发时充分考虑了全回转拖船距离港口一定距离，在天气恶劣、风浪较大的环境下仍然要进行顶推作业的特殊需求，避免与被顶推船舶发生刚性碰撞。采用了螺旋桨与转向舵合二为一的推进装置，螺旋桨及高效导管环绕垂直轴360°转动，能够使船舶的推进系统在任意方向都能发挥出100%的推力。该推进装置提高了船舶的操纵性能和作业的效率，避免了常规推进系统采用舵回转消耗较大功率的现象。

(4)利用现场总线连接智能船舶配套设备和自动化系统的数字式、双向传输的多分支通讯网络，实现对主机监控、电站自动化、对各系统的泵和阀自动控制以及该液位的遥测等。

(5)设计提高了拖船自动化水平，增强了营运的安全性，实现了向高效、节能、舒适方向的转型升级目标。

2 主要技术指标

(1)船舶满足中国船级社等规范。

(2)船舶总长33～38 m，型宽8.8～12 m，型深4.0～5.5 m。

(3)主推进系统总功率≥2 940 kW。

(4)系柱拖力(在主机100%持续功率时)：正拖力≥500 kN、倒拖力≥450 kN。

(5)自由航速≥13 kn。

(6)续航力：1 000 n mile。

3 技术要点

原全回转拖船在艏部设有应急缆桩，仅在艉部设有拖钩或拖缆机用于拖带作业。这种配置方法使得用于港内作业的船舶的效益无法全部发挥。大型船舶的靠泊主要利用拖船的倒车和贴在舷边倒车相结合的方法，吃水超过11 m的船舶进出港都需要拖船的护航。为了充分发挥拖船的作用，设计研发了艏部设置拖曳装置的全回转拖船。艏部拖曳装置布置图如图1所示。

在船艏部设置拖曳装置实现全回转拖船的倒拖功能。将缆桩导缆孔的中心与锚绞机主滚筒的中间层设置在同一水平面上(见图1侧视图)，限制了缆绳的出缆角度，减少了缆绳穿过导缆孔的摩擦，保护了锚绞机主滚筒两侧挡板。将缆桩与防磨缆桥之间的距离(见图1a)中L)设置为尽可能大，使得全回转拖船在进行顶推作业时，缆桩不会刮伤到对方船壳外板；拖缆穿过导缆孔继续延伸到防磨缆桥，延伸段的拖缆不会与艏部的任何结构相接触，减少了缆绳的磨损。双柱缆桩垂向管材之间的净开口尺寸不大于主滚筒的长度，使得拖缆在任何情况下都处于锚绞机主滚筒长度的范围内，保证了锚绞机安全收放拖缆。缆桩还起到了系缆的作用，管材超出的部分可以储存一部分的拖缆。

4 强度校核

根据中国船级社《钢质海船入级规范》(2015)及其修改通报的有关规定，通过有限元软件，对该锚机底座强度进行了直接计算，以验证实际所选取构件强度是否满足强度要求。

本文以单锚机为例，将主甲板、甲板强横梁、甲板纵桁、锚机底座及其强结构划分为单元面结构，而将面板、甲板横梁等划分为梁单元结构。关键步骤如图2～图4所示。

按照中国船级社规范要求，系柱拖力BP不小于400 kN时，验证负荷为1.0BP+400 kN。根据锚绞机的实际尺寸，建立MPC点，以便更真实模仿底座的受力情况。

最后将结果与规范中的许用应力对比即可。

5 拖力试验验证

(1)船舶建造完工交付前需进行拖力试验，必须校验整个拖曳系统的布置及强度是否满足作业和规范要求。

(2)系柱拖力试验时船舶应处于满载状态，正浮或艉倾不超过2%船长。试验时，船舶在正常航行作业时由主机或推进轴驱动的所有辅助设备，例如泵、发电机和其他设备都应连接且正常运转。由船艉到试验系柱拖力设施的拖缆长度应不小于300 m，但拖缆最小长度应不小于2倍船长。试验水域周围半径100 m范围内的水深应不小于20 m，如试验水域水深不能达到20 m，则可接受最小水深等于2倍船舶最大吃水。需要注意的是，减小水深可能对系柱拖力试验产生不利影响。风速应不超过5 m/s，水域在任何方向的流速应不超过0.5 m/s。做试验时，应能够在一个固定航向上保持不少于10 min。验证船舶的连续系柱拖力，是取10 min系柱拖力试验的平均读数。

(3)系柱拖力试验使用的载荷测量仪应经有资质的公认机构认可。载荷测量仪的精度控制在所测量载荷范围的±2%以内，并能适合试验所在的环境条件。记录系柱拖力的记录仪与载荷测量仪相连接，将载荷测量仪测量到的数据以时间函数的形式输出。验证船舶连续系柱拖力应保持10 min不变，所记录的拖力没有任何偏小倾向。倒拖试验后，观察出缆100 m后艏拖力系统布置是否合理。

6 结语

随着港口建设的加速发展，停泊船舶吨位级别也越之不断提升，这对港口作业船舶各项技术指标提出了更高的要求。

设计艏部具有拖曳装置的全回转拖船主要用于港域内作业，并满足对第7代集装箱船靠离泊位作业以及消防配置要求。

经实际应用发现，该拖船稳定性好，抗风浪能力强，具有良好的推拖能力。

[1] 中国船级社.海上拖航指南[M].北京：人民交通出版社,2011.

[2] 中国船级社.钢质海船入级规范[M].北京：人民交通出版社，2016.

[3] 刘林伟.全回转拖船艏部双锚绞机的布置方法:ZL 201310578701.9[P].2016-03-02.

[4] 刘林伟.艏部具有双锚绞机的全回转拖船:ZL 201310580941.2[P].2016-03-02.

2016-11-15

刘林伟(1983—)，女，工程师，主要从事船舶科研与设计工作。

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