高性能海洋救助船船型設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究

高性能海洋救助船船型設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究

0上海船舶職能部門的海洋救助船型研發(fā)設(shè)計中國是一個擁有悠久海岸線和巨大經(jīng)濟(jì)水域的大國。為了保護(hù)中國悠久海岸線和島嶼的海洋開發(fā)、海上生產(chǎn)和船舶運輸?shù)娜藛T安全，并為在中國海上航行的國際船只提供救援服務(wù)，必須開發(fā)和設(shè)計各種高性能海上救援船只。這是國家和我們的責(zé)任。受交通部救助打撈局的委托,在“十五”和“十一五”期間,上海船舶研究設(shè)計院(簡稱:上船院)為交通部海上救助系統(tǒng)自主研發(fā)設(shè)計了6000kW、8000kW、14000kW等一系列的專用高性能海洋救助船新船型,在船型的研發(fā)設(shè)計中存在著眾多關(guān)鍵技術(shù)和重大特種技術(shù)難題,上船院組織了專門的科研技術(shù)力量,進(jìn)行了多種技術(shù)攻關(guān)和專題研究,以使各方面的研發(fā)設(shè)計工作得以順利展開,并取得了可喜的科研成果.6000kW海洋救助船一型3艘船舶,由上海船廠船舶有限公司建造,于2005年分別交付使用;8000kW海洋救助船二型9艘船舶,由廣州中船黃埔造船有限公司建造,目前,第一型6艘船舶己全部交付使用,第二型3艘在廣州中船黃埔造船有限公司建造之中;14000kW海洋救助船,由廣州中船黃埔造船有限公司建造,首制船于2007年11月18日交付使用.現(xiàn)就高性能海洋救助船新船型的研發(fā)工作,特別是救助功能最全、作業(yè)能力最強、推進(jìn)功率最大、航行速度最快的全天候立體救助海洋救助船14000kW海洋救助船作簡要介紹.1海洋救助船設(shè)計技術(shù)攻關(guān)新型高性能海洋救助船的特種技術(shù)專題研究,主要是研究解決海洋救助船研發(fā)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)和重大特種技術(shù)難題,進(jìn)行技術(shù)攻關(guān),以使設(shè)計工作順利進(jìn)行,使整船綜合技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先、國際一流水平.主要技術(shù)攻關(guān)和專題研究內(nèi)容如下.1.1設(shè)計基本要求快速性能是研究設(shè)計的關(guān)鍵項目之一,在船舶的快速性能的研究中,主要是對主尺度和船型系數(shù)進(jìn)行了論證和選擇,進(jìn)行了線型優(yōu)化研究設(shè)計和船模試驗.船舶在已定主機功率情況下,救助航速要滿足應(yīng)急救助高航速要求,并要滿足10000海浬續(xù)航力的裝載要求.根據(jù)船舶的裝載要求,屬大排水量船舶,然而佛氏數(shù)Fn較高(>0.36),又屬高航速船舶,根據(jù)救助作業(yè)特點,對船舶的操縱回轉(zhuǎn)性能有極高要求,船舶要滿足海上拖曳作業(yè)時的急牽穩(wěn)性要求,是該船設(shè)計中必須考慮的問題.故此,研發(fā)工作要解決裝載、高航速、操縱性能和拖曳穩(wěn)性這些矛盾,必須從主尺度、船型系數(shù)及線型等幾個方面來綜合考慮.1.2浪能在大人類社會救助中的應(yīng)用新型高性能海洋救助船是全天候海洋救助船,要求船舶能在大風(fēng)浪的惡劣海況條件下對海上遇險人員實施有效救助.船型的耐波性能和抗風(fēng)浪能力是研發(fā)設(shè)計的關(guān)鍵問題之一,本專題主要研究:船舶在大風(fēng)浪中的船舶升沉幅值、橫搖角、縱搖角、垂向加速度等船舶耐波性能.船舶具有良好的適航性能,能適應(yīng)全天候的救助作業(yè)的特殊要求,耐波性能與抗風(fēng)浪能力滿足在10級風(fēng),8級浪下限(9m波高)的大風(fēng)浪等惡劣海況條件下快速航行,緊急救助和有效施救等作業(yè)要求,滿足9級惡劣海況(12級風(fēng)、14米浪)下有良好的安全航行性能和穩(wěn)性.1.3直升機起落架平臺與安全保障系統(tǒng)新型高性能海洋救助船是組建海上直升機立體救助的新一代高性能救助船舶.由于救助、救生作業(yè)時有緊急突發(fā)的需要,在船上設(shè)置一直升機起降平臺,用直升機作為有效施救設(shè)施之一,由于飛行速度為船舶最大速度的8倍,使船舶1小時內(nèi)的機動范圍由1250平方海里擴大到57250平方海里施救區(qū)域,從而能更有效的實施海難救助和營救作業(yè)的功能.直升機起降平臺與安全保障系統(tǒng)是研發(fā)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一,本專題主要研究:根據(jù)船舶所配置的直升機,研究直升機起降平臺、起降安全保障系統(tǒng)、起降環(huán)境條件以及加油系統(tǒng)等.1.4可收放式減搖水艙和可收放式u型減搖水艙組合根據(jù)船舶作業(yè)特點,為了保證直升機安全起降所要求的船舶運動性能,保證船舶能在大風(fēng)浪的惡劣海況條件下有較強的應(yīng)急救助航行能力,及到達(dá)海事現(xiàn)場具有良好的耐波減搖性能,能對海上遇險人員實施有效救助,在船上同時安裝可收放式減搖鰭及可控式被動式U型減搖水艙.兩者結(jié)合的組合使用,是新型高性能海洋救助船研究的新課題.減搖水艙和減搖鰭這兩項減搖裝置分別是當(dāng)前用于減搖的最有效裝置,具有很強的互補性,減搖鰭主要用于船舶高航速的航行狀態(tài),減搖水艙用于船舶低航速航行狀態(tài)和救助作業(yè)狀態(tài),將兩者結(jié)合的組合使用,使船舶從高速航行到救助作業(yè)全過程的耐波性能大大增強.1.5救助設(shè)備配置與作業(yè)功能新型高性能海洋救助船是研發(fā)設(shè)計的救助功能齊全、作業(yè)能力極強的海洋救助船舶,眾多的救助設(shè)備配置和作業(yè)功能是研發(fā)設(shè)計的關(guān)鍵問題之一,本專題主要研究:各種救助設(shè)備的配置、總體布置與作業(yè)功能、作業(yè)要求的協(xié)調(diào)等.1.5.1急救救生圈和自動拋投1)2艘高海況玻璃鋼高速全封閉式噴水推進(jìn)救助工作艇的落水人員搜救;2)一艘玻璃鋼搜救工作艇對救生筏的搜救拖帶與集合;3)2張救生爬網(wǎng)和2張救生撈網(wǎng)救撈漂浮的落水人員;4)能將海面上遇險人員迅速轉(zhuǎn)移的2只可吊式氣脹救生筏(可應(yīng)急拋投)配備;5)滿足病床轉(zhuǎn)運要求的獲救人員急救升降梯(14000kW海洋救助船設(shè)置)配備;6)配備相應(yīng)醫(yī)療器材和醫(yī)用品的醫(yī)務(wù)室、急救手術(shù)室、獲救人員休息室等;7)供遇難船上的人員逃生的救生滑道配備;8)能救助大批落水人員的直升機自浮防傾式救生吊籃配備及懸停救生作業(yè)區(qū)設(shè)置;9)氣動式緊急救生拋投槍、氣動拋繩器(氣動拋繩槍)及拋投繩配備;10)用于營救海面落水人員對外救助氣動拋投救生圈、外救助救生圈和自動充氣救生圈配備;11)具有夜間搜尋救助能力的光電跟蹤監(jiān)視搜索系統(tǒng)及一臺紅外線測距儀配置.1.5.2筒液壓拖斷裂作業(yè)作為海洋救助拖船,在首樓后部的主甲板上設(shè)一臺臥式雙卷筒液壓拖曳絞車,可用于海上遇難船舶的人命救生和以海上人命救生為目的的船舶救助拖帶作業(yè),用于拖曳擱淺、觸礁船舶脫險,及拖曳失去機動能力的船舶返回港口救助作業(yè).1.5.3潛水材料及救助船舶具備在惡劣的環(huán)境條件下進(jìn)行海上水下救助作業(yè)能力,船舶配備氧氣、乙炔、切割、焊接設(shè)備,移動式潛水泵站、膠管接頭,軟管,潛水員輕潛裝備(潛深40m),可移式柴油機抽水泵等,可對遇難船舶進(jìn)行堵漏、排水、水下焊接和切割,協(xié)助起浮沉船等救助作業(yè).1.5.4主消防水炮對外消防滅火作業(yè)能力按一級消防船的要求設(shè)置(14000kW海洋救助船按二級消防船的要求設(shè)置).在羅徑甲板上的消防炮平臺上左右舷各設(shè)一門電動遙控的主消防水炮,該炮能撲滅海上設(shè)施或船舶的大火火災(zāi).其中一門主消防水炮帶有泡沫水副消防炮,該炮能撲滅油類、易燃液體的火災(zāi),可對水面的特殊火災(zāi)施救滅火,也可以一起噴射水來撲滅一般固體物質(zhì)的火災(zāi).主消防火炮的用水量由設(shè)在機艙的二臺主機各自軸帶驅(qū)動的對外消防水泵供給.船上設(shè)有自身保護(hù)的水幕系統(tǒng).2船型研發(fā)設(shè)計中專題研究和專項攻關(guān)的必要性14000kW海洋救助船(圖1)是上船院為交通部海上救助系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計的救助功能最全、作業(yè)能力最強、推進(jìn)功率最大、航行速度最快的全天候立體救助海洋救助船,是一艘研發(fā)設(shè)計難度極高的船舶.在船型研發(fā)設(shè)計中存在著眾多關(guān)鍵技術(shù)和重大特種技術(shù)難題,上船院組織了專門的科研技術(shù)力量,以“全天候大功率海洋救助船特種技術(shù)專題研究”科研項目形式,組織技術(shù)攻關(guān)和專題研究,以使該船研發(fā)設(shè)計在各方面的工作都能夠順利進(jìn)行.2.1雙重救助作業(yè)能力該船為全天候大功率海洋救助船,航行于無限航區(qū).主要用于海上遇難船舶的人命救生和以海上人命救生為目的的船舶救助拖帶及消防滅火等救助作業(yè).該船具有二級對外消防滅火作業(yè)能力,具有對遇險船舶進(jìn)行封艙、堵漏、排水、空氣潛水等救助作業(yè)能力,具有夜間搜尋救助能力,能搭載獲救人員200人,設(shè)有直升機升降平臺,可配合救助直升機進(jìn)行海上救生作業(yè).滿足中國船級社對海洋救助船、遠(yuǎn)洋拖船、二級消防船之有關(guān)要求.2.2主甲板及主甲板作業(yè)區(qū)該船為全焊接式鋼質(zhì)船體,橫骨架式,具有一層連續(xù)主甲板.主甲板上設(shè)有二層長首樓和一層短艏樓,第二首樓甲板上設(shè)有四層甲板,四層甲板分別為:救生甲板、橋樓甲板、駕駛甲板和羅經(jīng)甲板,其中救生甲板前部設(shè)為直升機起降平臺.主甲板下設(shè)局部平臺甲板和局部雙層底,機艙區(qū)域為雙底雙殼.該船采用前傾式球鼻首型船首,巡洋艦式船尾船型,在船首、尾設(shè)有管狀式側(cè)推裝置,主甲板尾部設(shè)有尾滾筒.第一艏樓后部及其后端的主甲板作業(yè)區(qū)可用作:救撈作業(yè)、救生作業(yè)、對外消防作業(yè)、救助拖帶作業(yè)、潛水救生作業(yè)及海面浮油回收作業(yè)等.2.3不包括船級2.4主要技術(shù)要素和總布局圖14000kW海洋救助船船型的主要技術(shù)要素見表1,船型的總體布置概況見圖2.2.5主齒輪箱及發(fā)電機該船采用雙主機、雙螺旋槳、雙固定導(dǎo)管的推進(jìn)形式,每臺主機的功率通過主齒輪箱、離合器、彈性聯(lián)軸節(jié)、中間軸、螺旋槳軸傳遞給螺旋槳,實施船舶推進(jìn).主齒輪箱為一進(jìn)二出軸齒輪箱,主軸驅(qū)動CPP螺旋槳,付軸驅(qū)動軸帶發(fā)電機組.每臺主機的自由端驅(qū)動軸通過付齒輪箱驅(qū)動軸帶消防泵組,付齒輪箱為一進(jìn)一出軸齒輪箱.4)軸帶消防泵:4200m3/h×1.6MPa×1800r/min×2臺.5)船用中速柴油發(fā)電機組:450kW×750r/min×3臺,電制:AC400V,50HZ,3?.6)應(yīng)急發(fā)電機組:120kW×1500r/min×1臺,電制:AC400V,50HZ,3?.2.6抗風(fēng)能力穩(wěn)定性要求該船按中國船檢局/海事局“船舶與海上設(shè)施法定檢驗技術(shù)規(guī)則(1999/2004年)”之要求核算完整穩(wěn)性,滿足對無限航區(qū)海洋救助船要求,船舶能在九級海況,蒲福氏十二級風(fēng)力條件下安全航行,其抗風(fēng)能力穩(wěn)性按12級風(fēng)壓及相應(yīng)的海況核算;滿足無限航區(qū)拖船海上拖曳作業(yè)和港內(nèi)拖曳作業(yè)時的急牽穩(wěn)性要求;滿足二級消防船對外消防滅火作業(yè)穩(wěn)性要求;進(jìn)行海上救生作業(yè),搭載獲救人員200人,滿足無限航區(qū)船舶海上獲救人員集中一舷的穩(wěn)性要求.該船按照IMO關(guān)于貨船分艙和破損穩(wěn)性B-1計算方法進(jìn)行核算.2.7海上試驗區(qū)域船段該船具有良好操縱性能和環(huán)向視線,以達(dá)到在海上定位和原地回轉(zhuǎn)的要求,達(dá)到在9級風(fēng)、6級海況、3級流條件下的定位要求.駕駛室設(shè)前后駕控臺,采用單手柄綜合操縱系統(tǒng)進(jìn)行船舶操縱控制.該船設(shè)有2只10.8m2流線型懸掛式高升力襟翼舵,各配400kN·m轉(zhuǎn)葉式舵機一臺,能迅速扭轉(zhuǎn)船舶的偏航角,特別是在進(jìn)行低速拖帶作業(yè)及高速規(guī)避時,能快速調(diào)整船舶航向角,避免事故發(fā)生.該船在首部設(shè)二臺、尾部設(shè)一臺120kN電動機驅(qū)動調(diào)距槳管狀側(cè)向推進(jìn)器,用于改善船舶低速時的控船能力,以便在海事現(xiàn)場準(zhǔn)確而有效的操縱船舶,控制船位,以抵抗風(fēng)、浪、流的干擾,與主推進(jìn)螺旋槳及舵組合,滿足船舶在大風(fēng)浪惡劣海況中的操縱、定位之需要.該船具有良好的適航性能,在船上同時安裝可收放式減搖鰭及可控式被動式U型減搖水艙,能適應(yīng)于全天候的救助作業(yè)要求,及在大風(fēng)浪等惡劣海況條件下進(jìn)行有效施救作業(yè)之要求.3新型海洋救助船上船院為交通部海上救助系統(tǒng)自主研發(fā)設(shè)計的6000kW、8000kW、14000kW等一系列的專用高性能海洋救助船新船型,是適應(yīng)“建立以人命救助為目的的快速反應(yīng)和緊急救助機制”要求,組建海上直升機立體救助的新一代海洋救助船舶.該系列船型具有優(yōu)秀的快速性能,極好的適航性和抗風(fēng)浪能力,能在九級海況,蒲福氏十二級風(fēng)力條件下安全航行,能適應(yīng)于全天候的救助作業(yè)要求,具有良好操縱性能和環(huán)向視線,達(dá)到在海上定位和原地回轉(zhuǎn)的要求,能在9級風(fēng)、6級海況、3級流條件下迅速靠離遇險船,在大風(fēng)浪等惡劣海況條件下進(jìn)行有效施救作業(yè)之要求,可配合救助直升機進(jìn)行海上立體救生作業(yè),有力的增強了救助救生作業(yè)的快速反應(yīng)的能力,滿足對外消防滅火作業(yè)定位能力及直接奔赴火災(zāi)現(xiàn)場實施消防滅火要求.在高性能海洋救助船研發(fā)設(shè)計過程中,得到了交通部救助打撈局各級領(lǐng)導(dǎo)及專家的關(guān)心、支持、幫助和具體指導(dǎo),使得各型船的研發(fā)設(shè)計更加合理,更加符合實際使用需求,今后還將繼續(xù)為交通部海上救助打撈系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計各種新船型,為加快海