于全虎， 劉錫華， 常 致

(1.江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.徐州市航道管理處，江蘇 徐州 221008；3.江蘇省交通運(yùn)輸廳航道局，江蘇 南京 210004)

?

內(nèi)河小型航標(biāo)船關(guān)鍵技術(shù)的研究

于全虎1， 劉錫華2， 常 致3

(1.江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.徐州市航道管理處，江蘇 徐州 221008；3.江蘇省交通運(yùn)輸廳航道局，江蘇 南京 210004)

出于駱馬湖湖區(qū)航標(biāo)維護(hù)管理的實(shí)際需求，江蘇省航道管理部門(mén)委托設(shè)計(jì)單位在研究?jī)?nèi)河小型航標(biāo)船相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了 30 m級(jí)新型內(nèi)河航標(biāo)船。以該型航標(biāo)船為代表船型就內(nèi)河小型航標(biāo)船研究、設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了論述，提出了優(yōu)化方案，希望對(duì)航道系統(tǒng)新型航標(biāo)船的進(jìn)一步研發(fā)與推廣應(yīng)用起到一定的指導(dǎo)作用。

內(nèi)河船；航標(biāo)布設(shè)船；關(guān)鍵技術(shù)

0 引言

江蘇省航道系統(tǒng)從2002年開(kāi)始進(jìn)行系列航政艇改型研究與設(shè)計(jì)，使得全省航道系統(tǒng)船艇裝備的技術(shù)水平在全國(guó)內(nèi)河航道系統(tǒng)處于領(lǐng)先水平，但是作為航標(biāo)工作船只有22 m航標(biāo)船一種船型，且船型為鋼質(zhì)圓舭中高速艇。該船沒(méi)有裝備專用設(shè)備，僅能作更換配件及簡(jiǎn)單給航標(biāo)水線以上部分補(bǔ)漆的工作，無(wú)法進(jìn)行航標(biāo)出水整體養(yǎng)護(hù)作業(yè)，其實(shí)際功能更接近于一艘航政管理船舶。

為適應(yīng)新時(shí)期全省內(nèi)河航道(主要指京杭運(yùn)河及其支流)的航標(biāo)維護(hù)管理任務(wù)，設(shè)計(jì)院所和航道管理部門(mén)合作在研究?jī)?nèi)河小型航標(biāo)船關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)上研發(fā)了30 m級(jí)新型內(nèi)河航標(biāo)船。該船造價(jià)控制在略高于簡(jiǎn)易航標(biāo)工作船的300萬(wàn)～400萬(wàn)元，同時(shí)功能性基本達(dá)到目前國(guó)內(nèi)使用進(jìn)口設(shè)備、技術(shù)領(lǐng)先、造價(jià)千萬(wàn)元級(jí)的類似船型水平，還保留了航政管理船艇功能。作為低成本、性能優(yōu)的綜合性航標(biāo)/航政管理船型而言，具有一定的獨(dú)創(chuàng)性，綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平突出。下面結(jié)合該型船的研發(fā)就內(nèi)河小型航標(biāo)船關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)述。

1 國(guó)內(nèi)內(nèi)河小型航標(biāo)船現(xiàn)狀分析

我國(guó)現(xiàn)役航標(biāo)船中典型船型分為大、中型航標(biāo)布設(shè)船和小型航標(biāo)巡檢船。大型航標(biāo)船按海區(qū)配置，主要承擔(dān)海區(qū)活節(jié)式燈樁及大中型浮標(biāo)的更換和維護(hù)任務(wù)；中型航標(biāo)船按航標(biāo)處配置，主要承擔(dān)區(qū)域性中小型浮標(biāo)的布設(shè)和巡檢維護(hù)任務(wù)；小型航標(biāo)巡檢船按航標(biāo)站配置，主要承擔(dān)港區(qū)及附近水域航標(biāo)的日常巡檢維護(hù)工作。近年來(lái)，我國(guó)內(nèi)河干線流域航道系統(tǒng)如長(zhǎng)江航道系統(tǒng)已裝備具有較大型液壓絞盤(pán)和吊機(jī)，可將浮標(biāo)吊至船甲板上進(jìn)行維修的內(nèi)河專用小型航標(biāo)船，滿足了較大型航標(biāo)設(shè)置、調(diào)整、移動(dòng)、日常維護(hù)和簡(jiǎn)易修理，造價(jià)普遍在千萬(wàn)元級(jí)以上。長(zhǎng)江航道系統(tǒng)的內(nèi)河專用小型航標(biāo)船外形圖如圖1～圖3所示。

2 內(nèi)河小型航標(biāo)船關(guān)鍵技術(shù)的研究

2.1 內(nèi)河小型航標(biāo)船關(guān)鍵技術(shù)的特點(diǎn)分析

30 m級(jí)新型內(nèi)河航標(biāo)船造價(jià)要求較大幅度低于已裝備的、具備完善的旋轉(zhuǎn)變幅起吊功能和艏部絞拖功能的航標(biāo)船，且必須要具備基本與之相當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)功能，能將航標(biāo)浮筒和地錨出水維修保養(yǎng)，具有完成浮筒和地錨的投放能力。關(guān)鍵點(diǎn)就是如何綜合研究、考量船舶主尺度、布置、穩(wěn)性、起吊及絞拖設(shè)備等，用遠(yuǎn)低于常規(guī)的建造成本實(shí)現(xiàn)船型完善的作業(yè)能力，開(kāi)發(fā)出具有一定技術(shù)獨(dú)創(chuàng)性、綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平突出，結(jié)合工程作業(yè)船和航政管理船的多功能性，在內(nèi)河航標(biāo)船中處于領(lǐng)先地位的新船型。30 m級(jí)新型內(nèi)河航標(biāo)船如圖4所示。

2.2 船舶總體及布置分析

(1)航標(biāo)船的作業(yè)方式目前主要有舷側(cè)作業(yè)和舷首作業(yè)2種形式。舷側(cè)作業(yè)能夠適應(yīng)風(fēng)浪較大的環(huán)境工況，作業(yè)的安全性較高，但對(duì)船舶尺度要求非常高；船首作業(yè)主要是利用船舶的縱向穩(wěn)性遠(yuǎn)好于橫向穩(wěn)性的特點(diǎn)，但對(duì)環(huán)境工況要求較高，在風(fēng)浪較小的內(nèi)河以及僅對(duì)浮標(biāo)進(jìn)行維修作業(yè)時(shí)使用比較多。大型航標(biāo)船舷側(cè)作業(yè)基本能滿足3 050 mm浮標(biāo)的作業(yè)需求，而中小型航標(biāo)船舷側(cè)作業(yè)只能滿足2 400 mm及以下浮標(biāo)的作業(yè)需求。30 m級(jí)新型內(nèi)河航標(biāo)船作業(yè)水域?yàn)轳橊R湖，屬于風(fēng)浪較小的內(nèi)河航區(qū)，作業(yè)浮標(biāo)為3 050 mm浮標(biāo)，而投資成本又決定了本船只能是小型航標(biāo)船，因此只能選擇船首作業(yè)方式。最大限度地利用船舶極限穩(wěn)性，提升船舶作業(yè)能力。

圖1 30 m內(nèi)河航標(biāo)工作船側(cè)視圖

圖2 40m內(nèi)河航標(biāo)工作船側(cè)視圖

圖3 寧道標(biāo)404號(hào)航標(biāo)船(船長(zhǎng)36 m)

圖4 30 m級(jí)新型內(nèi)河航標(biāo)船

(2)航標(biāo)作業(yè)船屬于布置地位型船舶，不滿足布置的需求則無(wú)法滿足船舶的工作任務(wù)。綜合考慮作業(yè)航道、航標(biāo)情況、?？看a頭、船上作業(yè)區(qū)域空間、造價(jià)控制并結(jié)合船舶縱傾控制要求，船長(zhǎng)不應(yīng)超過(guò)30 m但也不宜太小。

(3)出于減少設(shè)備采購(gòu)費(fèi)用及降低船舶建造難度目的，本船不采用平衡配載系統(tǒng)，通過(guò)作業(yè)重心及穩(wěn)性校核，可以保證作業(yè)安全。

(4)船寬受到艙室布置、航道限制、尺度比等的影響。船寬對(duì)造價(jià)的影響不如船長(zhǎng)明顯，而對(duì)航行阻力影響較大。此外，當(dāng)船寬受限時(shí)吊機(jī)采用偏離船舶縱向中心線進(jìn)行布置，同時(shí)限制吊機(jī)作業(yè)回轉(zhuǎn)范圍，可以保證起重作業(yè)時(shí)的船舶穩(wěn)性。這種布置方式既滿足了起吊功能性，又保證了穩(wěn)性、航速等指標(biāo)要求。

(5)船長(zhǎng)和船寬基本確定后，型深主要受航道水深、船舶穩(wěn)性、總體布置、規(guī)范尺度比要求、航行性能要求等影響。型深過(guò)小可能不滿足船舶尺度比、最小干舷、大傾角穩(wěn)性指標(biāo)等要求；型深偏大會(huì)增加船舶用鋼量，提高全船重心高度等。

(6)在船長(zhǎng)、船寬、型深均確定后，根據(jù)船舶的重量重心、型線可以確定船舶的吃水。考慮的因素有航道水深、法規(guī)要求性能指標(biāo)、螺旋槳布置需求、航速等。

(7)在船舶主尺度基本確定的基礎(chǔ)上，綜合考慮作為航標(biāo)作業(yè)船兼顧航政管理船舶的功能定位，并征求船東的習(xí)慣性要求，完成船舶的總體布置。

2.3 起吊和絞拖功能及設(shè)備分析

航標(biāo)船是一種專業(yè)性較強(qiáng)的船舶，體現(xiàn)在完善的旋轉(zhuǎn)變幅起吊功能和艏部絞拖功能，相應(yīng)的系統(tǒng)和設(shè)備也是航標(biāo)船最重要和最核心的部分。

本航標(biāo)船作業(yè)航標(biāo)為浮標(biāo)，浮筒自重6.26 t(含配鐵)，直徑Φ3 050 mm，地錨自重6 t。

(1)航標(biāo)船實(shí)際作業(yè)時(shí)分別起吊浮筒和地錨，加上浮筒和地錨上的錨鏈，因此吊機(jī)最大工作負(fù)荷需要400 kN·m，即起吊重物(浮筒或地錨)時(shí)需要吊臂最小長(zhǎng)度為浮筒半徑+吊機(jī)回轉(zhuǎn)中心距船首距離；起吊浮筒前，吊臂帶鋼絲繩繞過(guò)浮筒外側(cè)時(shí)，此時(shí)需要吊臂最小長(zhǎng)度為浮筒直徑+吊機(jī)回轉(zhuǎn)中心距船首距離。本船在首部作業(yè)時(shí)，處于對(duì)船舶尺度控制同時(shí)又能滿足作業(yè)要求，需要限制吊機(jī)最大回轉(zhuǎn)角度。

(2)航標(biāo)船絞拖功能主要由絞盤(pán)實(shí)現(xiàn)。為控制設(shè)備采購(gòu)價(jià)格，沒(méi)有采用航標(biāo)工作船上常用的進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)仿制的特殊臥式絞盤(pán)系統(tǒng)?？紤]到地錨是方形或圓形水泥塊而非抓力錨，初始將地錨從淤泥里晃松所需拉力無(wú)需抓力錨所需錨重5倍大小，而只需最大3倍錨重即可；絞盤(pán)頭直徑取值解決了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)不需工人用工具將前面已卷儲(chǔ)到絞盤(pán)上的錨鏈扒下，而為后面的錨鏈騰出卷儲(chǔ)空間的問(wèn)題。

(3)航標(biāo)船驅(qū)動(dòng)液壓作業(yè)設(shè)備(吊機(jī)和絞盤(pán))的泵站沒(méi)有采用電動(dòng)泵站的形式，主要考慮作業(yè)電功率和非作業(yè)電功率差異較大。為了降低原動(dòng)機(jī)的功率，采用了泵站由專用柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。主發(fā)電機(jī)組僅供給非作業(yè)設(shè)備用電的方式，電站功率僅為13.5 kW，較使用電驅(qū)動(dòng)液壓作業(yè)設(shè)備大約需要的64 kW電站功率有了較大幅度降低，極大節(jié)約了設(shè)備費(fèi)用。

2.4 優(yōu)化分析

(1)如果造價(jià)許可，船型的優(yōu)化可以適當(dāng)加大船舶尺度，配備平衡配載設(shè)備，使船舶能夠在舷側(cè)進(jìn)行作業(yè)，也能提高在風(fēng)浪較大情況下的作業(yè)安全性。

(2)吊機(jī)采用合資品牌馬達(dá)，進(jìn)口多路閥件，可以滿足一般性操作要求；若費(fèi)用許可，可采用進(jìn)口元器件乃至進(jìn)口整機(jī)，進(jìn)一步提升設(shè)備工作的可靠性，保證作業(yè)的安全、高效。液壓絞盤(pán)若引進(jìn)帶自調(diào)整錨鏈功能的臥式絞盤(pán)，可以適應(yīng)水深更大、錨鏈更長(zhǎng)的作業(yè)環(huán)境，減少作業(yè)工作強(qiáng)度，確保安全性。液壓泵站可采用雙泵站互為備用，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，可減少液壓系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作后不可避免的泄漏故障，同時(shí)中央電站電驅(qū)方式也符合船舶動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展方向，更容易實(shí)現(xiàn)操控，提升船舶的自動(dòng)化水平。

2.5 航政管理功能分析

新型航標(biāo)船主要是作為航標(biāo)維護(hù)作業(yè)船舶，為了最大限度發(fā)揮裝備的利用率，仍舊保留了航政管理功能，可作為航政管理船舶使用。

(1)艙室布置及功能劃分綜合考慮了工作船加航政一般性管理船舶的功能定位，功能艙室完善，布局合理。

(2)主推進(jìn)裝置形式為雙機(jī)、雙槳。主動(dòng)力系統(tǒng)性能可靠、噪音低，使最大航速達(dá)到17 km/h，可滿足航政管理對(duì)船舶快速性、操縱性要求，與已裝備的航政艇主機(jī)保持了同系列化，利于后續(xù)維修、保養(yǎng)，降低了使用費(fèi)用。

(3)推進(jìn)軸系和主機(jī)安裝未采用特殊減振措施，主要考慮控制造價(jià)，適當(dāng)弱化了其接待功能性，與其工作船加航政管理的功能定位更為貼切。

(4)為滿足航政管理船舶對(duì)降低機(jī)械噪音的要求，主輔機(jī)均采用濕式排氣，輔機(jī)帶有隔音罩；尤其是輔機(jī)降噪措施完善，充分考慮強(qiáng)化了休息時(shí)間的低噪音要求。

(5)艙室內(nèi)外裝潢、涂裝與現(xiàn)有航政艇系列基本保持一致，既滿足了裝備的統(tǒng)一性要求，又體現(xiàn)了船舶的功能性定位特點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

新型內(nèi)河航標(biāo)船的研究、推廣是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作，階段性的研究工作只能適應(yīng)于當(dāng)前以及可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)發(fā)展需要。當(dāng)前及將來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)對(duì)內(nèi)河航標(biāo)船及其相關(guān)設(shè)備的需求量還是比較大的，這既為我國(guó)在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展創(chuàng)造了極好的機(jī)遇，同時(shí)也提出了巨大的挑戰(zhàn)，這就需要對(duì)內(nèi)河航標(biāo)船進(jìn)行不斷地研究?jī)?yōu)化，為更高層次的更新一代內(nèi)河航標(biāo)船的研發(fā)積累經(jīng)驗(yàn)和儲(chǔ)備技術(shù)。

[1] 中國(guó)船級(jí)社.鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2014.

[2] 中國(guó)海事局.內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3] 周必君，張?jiān)戚x，等.長(zhǎng)江南京航道局船型標(biāo)準(zhǔn)化研究[J].江蘇船舶，2014，31(3)：1-3.

江蘇省交通科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2015T09)

2015-10-16

于全虎(1974—)，男，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事船舶科研與設(shè)計(jì)工作；劉錫華(1963—)，男，高級(jí)工程師，從事航道養(yǎng)護(hù)、航政管理工作；常致(1979—)，男，高級(jí)工程師，從事航政管理及信息化工作。

U662.3

A