4000kW新型海洋救助船船型方案论证

张鹏翀　王世伟

0引言

随着国家海洋强国战略实施和交通强国建设的深入推进，我国在海上资源开发、航运发展和港口建设等领域迎来新的发展机遇，对于构建国家海上专业应急救助保障体系也提出了更高的要求。但是，海上专业救助力量目前在救助船舶数量、性能和结构方面，与海上人命、财产救助的实际需求相比还有一定差距。加快开发建设操纵灵活、能够实施快速人命救助且具备拖带和消防能力的4000kW新型海洋救助船，既是完善中型救助船型序列的迫切需要，也是加快建成现代化专业救助体系的迫切需要。4000kW新型海洋救助船主要用于中低海况下沿海水道、岛礁等复杂海域的人命救助和船舶救助，可兼顾高海况下救助任务，可参与动态值班待命，具备海上人命救助、拖带救助、潜水训练支持、对外消防、海上搜救、船与直升机配合、水下搜救及物资供应等作业能力。

1船型选择

船型选择应根据目标船的服务海域、主要功能定位、所需的载质量、航速、系柱拖力，以及船舶的主要功能、设备、系统配置等综合考虑确定。与6000kW、8000kW和14000kW等大型海洋救助船相比，4000kW新型海洋救助船既要保证较小吃水，又要保证相应载质量。另外，待命点距离服务海域较近，且对航速要求相对不高，这些条件就决定了目标船宜选用稍肥大船型，其船长与船宽比（//B）在4.0～4.5，船宽与型深比（B/D）在2.3～2.4。该船型应在船首设上层建筑甲板室、在艉部设大面积的救生作业甲板、在舷侧设满足水面吊装作业和水下吊装用的液压折臂式吊机、在主甲板中部设置大型液压拖曳绞车、在罗经甲板或消防炮平台上设对外消防炮等。该船型动力装置应满足在自由航行、拖带、低速航行、定点作业、消防作业等多种工况下灵活切换，因此，采用综合电力系统加全回转舵桨的推进系统较为合适，在该推进技术下燃油燃烧的充分陛及单位油耗都能达到最佳状态。该船型应采用动力定位方式，满足作业人员在浅滩岛礁、港口码头等复杂狭窄海域作业时的安全性和操纵灵活性的需要。

2主要尺度论证

2.1船长（三）

由于4000 kW新型海洋救助船的服务海域为沿海和近海，在选择船长时应考虑全年波浪平均跨零周期占多的海况。依据我国西北太平洋波浪统计资料，北海、东海、南海表观波长平均值分别约为27m、39m、39m，因此，当船长L≥52 m时，波长与船长的比值（λ/L）≤0.75，船体纵摇和升沉幅度不大。从构件质量和强度考虑，船越长，船舶在水中所受的总纵弯矩也越大，所要求的船体构件尺寸也大，船体构件钢料和舾装设备质量也随之迅速增加，经济性不高。从布置上考虑，目标船型所设甲板机械设备和设施占用甲板面积较大，对船舶长度的分配、排布有一定要求。通过计算，目标船型垂线间长应选取60.8m（总长69.5m）。

2.2船宽（B）

由于目标船型的多项甲板机械设备设施均设于主甲板上，船舶重心较高，作业时为满足船体倾角的要求，船舶应有足够的初稳心高度，船舶宽度应适当取大。从船舶运动角度考虑，东海、南海和北海作業海域平均跨零周期在5～6s，船舶横摇周期大于此范围时耐波性能较好，当目标船型横摇周期在9～11s区间，即可满足作业要求;同时，横摇周期与初稳心高度具有紧密关系，从耐波性角度出发，船舶宽度不宜过大。从布置上考虑，目标船型设备设施布置的横向尺寸叠加对于船宽选取有一定的要求。通过计算，目标船型船宽应选取14.6m。

2.3型深（D）

型深的选择要满足最小干舷的要求，在此基础上还要满足布置空间、舱容等使用要求，目标船型要重点满足主推进器舱布置、机舱布置以及电缆布置的空间需求。国内外同类船型多采用富余干舷，干舷适当取高，能够提高船舶对作业海况的适应能力，避免甲板上浪，有利于作业安全和作业效率。同时，型深关系空船质量和强度，从船体构件的尺度看，型深对舷侧板、舱壁板及骨架有一定的影响，适当加大型深，船体梁的剖面模数和惯性矩也会加大，对船体总强度和刚度有利。通过计算，目标船型型深应选取6.9 m。

2.4吃水深度

吃水深度由方形系数获得的所需排水量而定，与船体及设备质量、载质量取得综合平衡，增加吃水有利于改善船舶的运动性能。吃水对初稳心和摇摆周期也有一定的影响，增加吃水，可以减小初稳心高度，进而增加摇摆周期。从作业海域对目标船型吃水限制来看，目标船型主要航行于沿海水道、岛礁等水深较浅的区域，且需要兼顾部分码头水深较浅的救助基地;因此，目标船型吃水不宜过大。通过计算，目标船型设计吃水应选取4.4m，同时设置轻载吃水，南方水域吃水应选取4.0m，北方水域吃水应选取4.2m。

3主推进功率论证

3.1保证快速性

海上应急救助力量必须具备快速到达事故现场的能力，因此目标船型应当具备适宜的航速。目标船型为中型救助船，以东海救助局待命点最远相距160n mile为例，假定救助半径为80n mile，若航速定为15kn，救助船到达时间为5.3h，所需推进功率为4000 kW;若航速定为17kn，救助船到达时间为4.7 h，所需推进功率为6090kW。目标船型的救助海域主要为沿海和近海，从救助到达时间和功率配置的经济性考虑，航速应取15kn、船尾部推进器功率取4000 kW。救助系统大中型救助船航速情况见表1。

3.2保证系柱拖力

目标船型需要拖带的救助对象主要为渔船和小型货船。拖带一艘载质量为5万吨级的难船（油船或散货船）需约550 kN系柱拖力，在深静水条件下，目标船型拖航速度可达8kn，考虑到风阻、港口水流等因素，拖带的实际航速为6～7kn。一般拖航航速大于5kn是安全的，从拖航安全性角度出发，根据同类型船舶的配置情况，推进功率为4000kW的船舶，其系柱拖力应取550 kN。

4主推进方式论证

与目标船型类似的船型主要采用传统的柴油机带轴系和全电力两类推进方式。与传统轴系推进方式相比，全电力推进方式具有明显优势：

（1）可方便转移不同时使用的大功率能源，节省总装置功率。全电力驱动的柴油发电机组总功率只需满足全船各个工况中的最大同时使用功率，在低速航行或停泊时可将富余功率用于其他设备，供电转换十分方便。

（2）优化总体布置、合理节省有效空间。柴油发电机组是全电力推进的动力装置，其可以在全船范围内灵活布置，且推进电动机的电能供应是通过电缆传输的，这种柔性连接容易得到合理方便的布置。

（3）节能环保。柴油发电机组总能保持满载运行，无轻载工况，且能保持最佳效率运行，采用电力推进的船舶耗油率低、排放物少。从目标船型主推进系统的作业模式、总体布置和环保性来分析，采用全电力驱动方式是4000kW新型海洋救助船的优选方案。

5定位系统论证

由于目标船型需在狭窄复杂的浅滩岛礁和港口码头进行作业，为了在救助中与难船保持安全距离，提高潜水救助人员的作业安全，防止二次伤害，建议设置动力定位系统。此外，为实现在海底石油管线区域、国际通信电缆区域、狭窄航道等无法抛锚作业水域条件下的快速救助，救助船需要配备动力定位系统，使其具备优越的操纵灵活性和定位能力，从而提高救助效率。

从动力定位等级设备配置基本要求（见表1）可以看出：DP-1级动力定位不考虑系统设计的冗余，仅考虑自动保持船位和艏向即可;DP-2级动力定位相对于DP-1级动力定位来说，除了考虑自动保持船位和艏向外，还需考虑设备的冗余，避免因单点故障而导致动力定位系统失效;DP-3级动力定位要求更高，相对于DP-2级动力定位，除了考虑设备的冗余外，还要求冗余的设备之间通过A60防火舱壁进行分隔。从定位系统的可靠性来说，DP-3级动力定位最高，DP-1级动力定位最低。从设备成本来考虑，DP-3级动力定位最高，DP-1级动力定位最低，通常只有一些对可靠性要求近乎苛刻的特种工程船舶或钻井平台才会采用DP-3级动力定位系统。4000 kW新型海洋救助船采用DP-2级动力定位系统可以使成本与安全可靠性获得很好的平衡。

6减摇系统论证

目标船型是救助巡航、应急搜救相结合的多功能船型，根据其作业特点，为保证船舶能在恶劣海况条件下实施有效救助，要求目标船型在到达事故现场过程中必须具有良好的耐波减摇性能。参照大型海洋救助船的减摇方式，4000 kW新型海洋救助船的減摇系统适合减摇鳍、减摇水舱、减摇鳍+减摇水舱等3种方式，其中：减摇鳍能够在5kn航速以上发挥减摇作用，随着航速的增加，减摇鳍的作用愈加明显，其产生的最大减摇效果可达95%;减摇水舱能在全航速下发挥减摇作用，其产生的最大减摇效果约为40%，但其所需水量约为全船排水量的4%，且水舱的自由液面也减小了船舶的稳性;减摇鳍+减摇水舱能在全航速下发挥减摇作用，但该组合所需水量同样为全船排水量的4%，水舱的自由液面也同样减小了船舶的稳性。根据计算评估，目标船型在15kn航速下可充分发挥减摇鳍的减摇作用，且在抛锚、航速低于3kn的工况下，可以依靠固定的舭龙骨进行适当减摇，无需减摇水舱。同时，考虑到目标船型常常停泊或主机处于低速工况，采用具备零航速减摇功能的减摇鳍，能够提升船舶在零航速或低航速下的耐波性能。因此，目标船型采用具备零航速减摇功能的减摇鳍能够满足其使用要求。

7结语

4000 kW新型海洋救助船为全焊接钢质船体、中长艏楼、流线型船首、巡洋舰式船尾、宽敞的救助作业甲板、全电力驱动带导管全回转推进器，具备DP-2级动力定位和三点锚泊定位能力，适用于中低海况下沿海水道、岛礁等复杂海域的人命救助和船舶救助。按照救助船舶船型系列化、标准化的发展思路，将4000 kW新型海洋救助船打造成高性能、环保型海洋救助船的代表，是加强海洋救助力量、完善海洋救助船舶体系的重要工作，能够为保障国家战略实施和交通强国建设、落实国家总体安全观、实现应急体系现代化、保障我国港口航运发展发挥更大作用。