SHIP ENGINEERING 船舶工程
V ol.34 Supplement 2 2012 总第34卷，2012年增刊2 46m CrewBoat动力装置研发设计 夏秀山，孙海蛟，许昭鹏，胡淑珍
（展翔海事（大连）有限责任公司，辽宁大连 116025）
摘 要：文章对展翔海事成功研发的46m Crewboat的动力装置的主推进方案、主动力设备选型、轴系设计、机械设备布置、监控等进行了论述和介绍。该动力装置的设计遵循BV规范，符合各国际公约、规则的最新要求。 关键词：Crewboat；动力装置；全铝合金；研发设计
中图分类号：U662.2 文献标志码：A 文章编号：1000-6982 (2012) Z2-0039-03
Propulsion Plant Development & Design of 46m Crewboat
XIA Xiu-shan, SUN Hai-jiao, XU Zhao-peng, HU Shu-zhen
麦双尾蚜(Zhan Xiang Marine (Dalian) Co., Ltd., Liaoning Dalian 116025, China)
Abstract: The 46m Crewboat is successful developed and designed by Zhan Xiang Marine Co., Ltd. The article discusses and introduces the design of main propulsion plant, the selection of propulsion equipment type, the design of shafting, the equipment arrangement of engine room, the monitoring and control system and so on.
The propulsion plant is design according to the BV Rules, meeting the latest requirements of international conventions and rules.
Key words: Crewboat; propulsion plant; full aluminum alloy; development and design
基于快速反应的Crewboat，可具备人员输送、海上补给、海上消防、防油污扩散、海上救助、安全巡视等多种功能，已被世界各大海上石油公司所认可，并日益成为海上油田辅助工作船的理想船型。展翔拥有自主产权的46m Crewboat研发设计，填补了我国全铝合金高速海洋多用途工作船设计领域的空白。现已成功打入国际市场，预期能引领完善国内海工船营运体系，逐步形成细分行业的完整产业链。
1 46mCrewboat 总体介绍
1.1 总体说明与总布置图
46m Crewboat船体材料采用全铝合金，单底单舷混合骨架式结构，深V剖面型线，三机三桨双舵的海工平台工作船舶。总布置图见图1。主要技术参数见表1。
1.2 船级
本船按法国船级社BV现行规范与规则进行设计、建造和受检。取得BV批准入级的船级符号+HULL +MACH，Light ship/Fast Utility Boat, Caspian Sea[1]。
1.3 航速及续航力
经快速性计算，采用三机三桨，主机最大功率1680kW，转速2000r/min，航速可达28.2kn。通过船模试验获得的结果为28.2kn。经航行试验验证，0~2级海况，3套主机组在最大功率下运行时，实测最大航速达到28.1kn，大于设计28kn的最大航速。
图1 46m Crewboat 总布置图
表1 46m Crew boat主参数
项目数据
项目数据
总长L OA/m 46m 运送
人员/人
72+2 型宽B/m 9.10
型深D/m 3.85
输送淡水/l 98000 满载吃水T/m 2.5 输送燃油/l 98000 船员/人 11
甲板货物/t 150
收稿日期：2012-04-16；修回日期：2012-07-12
作者简介：夏秀山（1971-），男，工程师。主要从事轮机设计方面的工作。
船舶机械
本船在满载出港排水量，航速为25kn时，续航力不小于700海里。
1.4 主要用途及功能
46m Crewboat是国际上技术先进的一型平台工作船舶。主要用于海洋钻井平台等海工项目人员的交通运输、物资补给、安全巡视及救生。
基于本船最大航速28kn的快速性及操作灵活简便的特点，它可承担多项快速反应任务。可承担72人的海工平台工作人员的交通运输；除满足自持需求外，该船设有柴油舱98m3，淡水供应舱98m3，用于海工补给。同时舯后部设有较大面积开敞货甲板，可用于集装箱，冷藏货柜，采钻设备，及散料水泥输送，以满足平台作业需要；本船可作为海上应急救援船，适合搜寻和发现被救目标和落水人员。
2 机械设备布置
本船机器处所包括主机舱和辅机舱，主机舱长9m，辅机舱长4.5m。为满足其它机电设备布置要求，还设有前设备舱，长5.4m。主机舱内布置推进主机组、舱底/总用泵、消防泵、淡水输送泵、空气压缩机组及空气瓶，机舱送排风机、油水分离装置、滑油柜及工作台；辅机舱内布置柴油发电机组、燃油分油机、日用燃油泵、燃油日用柜、货油泵、轴流送排风机、灰水泵等设备；前设备舱内布置有淡海水泵及压力水柜、生活污水处理装置、轴流送排风机、主配电柜、紫外线消毒装置、空调冷却水泵、燃油柜等；在机舱前后壁舯线面处设有水密门，供正常进入机舱。在机舱左舷#9～#10间设一应急逃生口。 3 主动力装置的设计
3.1 主动力推进方式的确定
46m Crewboat的主推进可选方案有双机双桨、三机三桨（喷泵）、四机四桨四种推进方案。考虑主机外形尺寸、机舱布置空间、航速、造价等因素，设计方向船东力荐三机三桨的方案。该方案还包括三种形式，其航速，经济性等各方面比较见表2。
针对船东委托设计的46m Crewboat的功能，主要考虑船东对船舶造价的意向，船队的管理水平及使用习惯，经与船东协调，最终选定三机三定距桨的主推进方案。
3.2 主机的选型
46m Crewboat 主机备选方案有美国CA T 3516B （1566kW 1800r/min）与德国MTU 12V 396 TE94（1680kW 2000r/min）。为使船舶达到预期的航速要求，经与船东交流，最终选择MTU 12V396 TE94机型，该机型与船舶使用条件相适应，可用功率较大，螺旋桨设计的叶片数与汽缸数适配，同时自身运动件动平衡也较好。
3.3 主机的主参数
采用3套德国MTU公司生产的12V396 TE94型船用高速柴油机，其主要参数：型号：12V 396 TE94；型式：四冲程、增压中冷、V型90°、12缸；缸径×冲程：165×185mm；额定功率×转速：1680kW× 2000r/min；主机起动方式：24V电动；燃油牌号：0号轻柴油；燃油耗率：218g/kw·h；滑油牌号：CF-4；证书：EIAPP（国际防止发动机大气污染证书）。
由于主机为不可逆转高速柴油机，螺旋桨为定距桨，本船配置的推进齿轮箱需具备减速、倒顺、离合
、内置推力轴承四种基本功能。按本船型线和机舱下部结构特点，考虑机舱内布置空间及高度限制，确定推进齿轮箱的结构形式为高输入低输出的垂直偏心减速齿轮箱。齿轮箱选型为德国ZF公司生产的船用齿轮箱。主参数：型号：ZF4600；减速比：2.571:1；传递能力：0.9157 kW r/min。
3.5 轴系设计
本船三机三桨三组轴系均与船体中线面平行，左右舷轴系距舯线面2265mm，左右舷侧轴系与船体基线夹角7.5°。中间轴系与船体基线夹角7°。每台主机组及其动力轴系形成独立系统，三台主机组可各自独立带动轴系运行。右舷轴系如图2所示。
图2 轴系布置图
由于尾轴裸露在海水中，尾轴的材质采用不锈钢。国际上最常用的是Cr18Ni10Mo3不锈钢（即美国AISI 标准316，日本标准SUS316），出于本船对重量的敏感和限制，尾轴设计材质采用的美国AISI标准高强不锈钢S.S 17-4PH，是一种马氏体沉淀硬化不锈钢。由于该材料不是常用的船用轴系材料，国内的船舶设计手册、资料未见应用。轴径的确定，是遵照法国BV 规范及专门许可的。尾轴锥度大端轴径，按照BV钢规[1]计算应为φ135mm，如按照BV HSC[2]计算其轴径还可降低。最终采用轴径为φ135mm。即使这样，由012345678 9 10 11 12 13 141516 BL75°
Floor 1600
夏秀山等，46m CrewBoat动力装置研发设计
于利用了17-4PH高强的机械性能（σb=930N/mm2），比选用常规轴系材料，重量降低了近1/3。尾轴选材时，还考虑经济性与供货周期，相对国内的专门特制，最终采用国外直接购货的SS17-4 PH成品圆钢。
电风扇扇叶艉管艏艉轴承档处装有外径为φ171mm的轴承，其材质为Thordon Compac Type，该形式轴承承压比比一般塞隆轴承要高，并得到了船级社认证。根据船级社要求，其在螺旋桨前的长度可以减小到轴直径的2～3倍，而不是硬性要求的4倍，利于轴系布置和轴支架的设计。
螺旋桨轴通过艏艉支架轴承穿过带有艏艉轴承的艉轴管，经有键联轴器直接连接在各自的齿轮箱输出法兰端。桨轴与螺旋桨为有键连接。
螺旋桨轴在设计上采用了特殊结构形式，从而提高尾轴利用率，减少备件，降低成本，提高了营运时间和效率。
推进轴系经扭振分析计算确认，在主机以额定转速范围内，不会出现转速禁区，从而免于不能承受的扭转振动。
3.6 螺旋桨
混合辅助肢体本船推进系统的三个螺旋桨均为5叶定距桨，MAU叶型，直径1300mm。材质为Ni-Alu-Bronze。
4 推进装置的监控系统
本船驾驶室为本船的主机、齿轮箱、发电机组艏侧推和舵机及电气设备的日常监控部位，每台主机的转速、齿轮箱倒顺车应该通过在驾驶室的向艏/向艉控制台进行电遥控操作，主机、发电机组的备车需在机旁。在机旁设有主机组仪表板，也可对主机组的主要参数进行显示、监测、越限报警和停车保护。驾驶室与机舱之间除设有应急车钟收发讯外还有声、光联络措施。
汤盆>降冰片烯二酸酐5 舵装置
46m Crewboat采用两套摆缸式液压舵机驱动双流线型悬挂舵。两舵中心距为4830mm。两舵间通过连杆保证两舵转舵时机械同步。
舵机为31kN·m摆缸式液压舵机。单机组转舵时间满足BV规范要求，自一舷30°到另一舷35°，单机组工作转舵时间不超过28s[1]。
本船配备2套随动操舵仪，其主操纵设在驾驶室向艏控制台，副操纵设在向艉控制台。具备随动手动两种工作方式，并有远操、舵机舱手动应急操纵功能及断相、过载、滤器堵塞、液位低等报警功能。
6 船舶电站
按照航行、进出港、对外消防、停泊等工况要求，经电力负荷计算后，确定本船电站由2台主柴油发电机组组成，总容量2×150kW。两套主发任一套可满足全船各工况下的用电需要，另一套机组为备用，必要时两机组可长期稳定并联运行。
航行时一台发电机，发电机负载率为53.1%，进出港时两台发电机，发电机负载率为57.9%，靠泊时一台发电机，负载率为36.5%。
7 侧向推进装置
为使船舶在离靠平台、码头、航行于窄小航道或登临时操纵更加灵活，离靠便利，该船船艏设有1台侧向推进器，型号为HRP1001TT，最大推力约为15kN，功率为96kW。
8 减振和降噪
本船为全铝合金船，对振动敏感性强，为提高乘客的舒适性、优化船员工作环境，动力装置设计主要采取了以下措施：1）使螺旋桨叶梢与外板间隙大于0.25D以上，以减小螺旋桨传递到船体的脉动压力；2）选择不平衡力或不平衡力矩较小的柴油机组，以使振动源传递给船体的振动最小；3）主机、发电机组采用弹性安装；4）铝合金设备基座进行合理设计，控制质量必须保证强度和刚度，增设纵向构件；5）尾轴承采用赛龙，既可最大程度达到减振效果，又特别适用于有泥沙的水润滑环境；6）主机飞轮端采用Vulkan高弹联轴节与齿轮箱联接，所选型号为经轴系扭振计算结果匹配。
9 反馈与展望
经过3个月，每日4～6航次（平均约12h/d）的营运，船东反馈，46m Crewboat主动力装置操纵简单，运行顺畅、平稳，可靠性好，其快速反应能力为高效率的营运提供了有力的保障。
得到首批船国外船东的良好评价，又有些国外船东很感兴趣，日前已有50m Crewboat设计订单生效，相对增加了对外消防（Fire Fighting V essel Class 1）等功能。
Crewboat可针对不同船东提出的不同功能要求，均会通过设计实现，比如防油污扩散、人命救助功能，大型化增设Mud .Brine、Drilling Water等液舱以满足平台作业需要等。因此，Crewboat正得到更广阔的海工市场需求。
参考文献：汽车膨胀水箱
[1] Bureau V eritas. Rules for the Classification of Steel
Ships[S]. 2009.
[2] Bureau V eritas. Rules for the Classification of High Speed
Craft[S]. 2002.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议