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新型大功率抢险打捞拖轮推进方案设计
RSS 打印 复制链接 发布时间:2018-01-19 15:04:28

 摘 要:抢险打捞拖轮可用于应急抢险打捞和重大军事抢险工程、疏通航道和清除海上障碍物、沉船存油和海上溢油回收、对外消防和打捞现场守护、应急抢险拖带和救援等。抢险打捞拖轮工况多、运行状态复杂,为了兼顾船舶功能和经济性,不仅要对船舶主尺度和总布置进行分析比较,而且特别需要对动力配置和电力系统方式进行充分论证。本文对我司新造大型抢险打捞拖轮的动力系统设计进行介绍。 

  关键词:抢险打捞;拖轮;动力系统 

  中图分类号:U661.36 文献标识码:A 

  1 前言 

  抢险打捞拖轮主要用于:打捞现场的守护(如起抛锚、消防、交通等);打捞作业器材、装备以及生活物资的供应;对其它船舶的油、水、电供应;对大型打捞作业船进行拖带、移位;对遇险船舶或海洋平台进行封舱、堵漏、排水、排油或抽取其他危险品等救助作业,并具备一定的海上溢油回收能力等。 

  为满足在远海、深水对应急抢险打捞作业的需要,船舶应具有良好的耐波性能,具备搭载应急抢险打捞设备(如ROV、RUV、拖曳探测设备等)的能力,满足海底难船、小型物件探测打捞的需要。 

  该类型船舶的动力系统使用工况较多,一般设计时需考虑自由航行、拖带、低速航行、定点作业以及消防作业等工况,各种工况对动力的需求存在较大的差异,设计时需综合考虑各种使用工况。 

  本文以8 000 kW大功率抢险打捞拖轮为对象,对该船动力系统设计进行介绍和分析。 

  根据对抢险打捞的功能需求分析,本船应具有如下的能力: 

 ?。?)应急拖带能力。通过船上配备的大功率拖缆机、鲨鱼钳、尾滚筒、绞盘等设备,实现大马力拖带能力; 

 ?。?)对外消防能力。这对延长人员求助的时间、?;げ撇踩哂蟹浅V匾淖饔?; 

 ?。?)载货能力。需要搭载如潜水作业设备、打捞器材等大量的物质和器材,并为难船或平台等提供燃油和淡水; 

 ?。?)存油和溢油回收能力。抽取难船油舱内的燃油,防止火灾扩大或燃油泄漏对海洋环境造成次生灾害,回收泄漏到海面上的油污; 

 ?。?)动力定位能力。需要在不同海域和??鎏跫陆杏鼻老兆饕?,如无法抛锚作业及水深超过锚泊系统能力的海域,并且需要快速就位,如果配套潜水人员和设备需要提供潜水支持; 

 ?。?)起抛锚能力。起锚作业主要通过绞盘或绞车将浮筒或锚浮漂绞至甲板上,将锚头钢丝绳与拖缆机相连,利用拖缆机将锚绞离海底,完成起锚作业。 

  2 动力装置及推进方案分析 

  要实现以上能力,需对船的总体、舾装、动力装置及电力系统在各种工况进行综合分析和论证,因限于篇幅,本文仅分析该船的动力装置及推进方案。 

  从动力装置及推进方式上看,该类船型中主要有传统的柴油机带轴系可调螺距螺旋桨推进和较为先进的全电力驱动两类方式。与传统推进方式相比,全电力驱动方式有以下明显优势: 

 ?。?)可方便转移不同时使用的大功率能源,节省总装置功率:传统推进方式在0航速动力定位时,主柴油机虽然可以配备轴带发电机,但其负荷率依然较低。同时,调距桨和舵也难以提供足够的横向推力,尾部需要额外配置侧推器;而全电力驱动的柴油发电机组总功率只需满足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裕不用的功率用于其他设备,供电转换极为方便; 

 ?。?)总体布置优越,可节省有效空间:电力推进的最大特点是可以将原动机与螺旋桨分开布置,电力推进的动力装置是柴油发电机组,它可以在全船范围内灵活布置。推进电动机的电能供应是通过电缆传输的,是一种柔性连接,可以根据船舶情况方便的布置; 

 ?。?)采用电力推进的船舶,由于柴油发电机组总能保持较高的负荷运行,无轻载工况,效率保持在较佳运行点,耗油率低、排放物少,环保优势明显。 

  3 电力系统分析 

  经过方案论证,如图1所示,本船采用4台2200 kW主发电机组、1台900 kW辅发电机组和1台350 kW应急电机组作为动力;首部设1套1 000 kW管隧式侧推和1套1 000 kW可伸缩式推进器;尾部设置2套4000 kW紧凑型吊舱;全船动力系统DP2按要求设置。 

  从电力系统单线图(略)中可以看出,本船4台主发电机组分别向两段690 V主配电板供电,每段690 V主配电板分别向1台4000 kW吊舱推进器、1台侧推、两台主变压器以及液压动力站等辅助负载供电。 

  为了降低谐波对电网的影响,2台吊舱推进器采用24脉冲变频方式,移相变压器采用特殊的五绕组变压器,电压为690/710/710/710/710 V,功率为5/1.25/1.25/1.25/1.25 MVA,绕组接法��Dd0.5d0y11d11.5,这样既可以降低移相变压器占用空间又解决了谐波问题。 

  本船配备满足CCS的DP2动力定位系统,而电力系统设计方案与以往的DP2船舶相比更加接近于DP3的方案。4台主发电机分别向两套690 V配电板供电,每套配电板分为两段690 V母排,每段母排连接1台主发电机,通过1台主变压器向一段400 V主配电板供电。同样,400 V配电板也是两套,每套有两段母排,两套690 V和两套400 V配电板之间通过断路器和电缆连接。 

  无论主发电机、690 V母排、日用变压器还是400 V母排发生单一设备故障时,电力损失和动力定位影响只有约25%,大大保证了本船的定位能力,提高了电站的可靠性。 

  因为本船的绝大部分负载是变频器供电设备,变频器的功率因数一般在0.9以上,当满足额定功率时甚至可以达到0.95,所以如果还是采用常规0.8功率因数的发电机会造成无功功率的浪费,经过无功功率计算分析,选择采用0.85功率因数的发电机是更加经济的。 

  4 结论 

  本文对抢险打捞拖轮的主要功能进行了介绍,因篇幅有限只分析了该船的部分工况。抢险打捞拖轮因为工作的特殊性,功能集成了锚作拖轮、平台供应船、潜水支持船、溢油回收船的功能,而使其动力系统和电力系统更加复杂,本船的动力装置及推进方案对于以后类似的船舶动力系统设计,具有一定的参考价值。

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