艦船加裝減搖鰭方案實例分析

修曉明

（武漢海翼科技有限公司，湖北 武漢 430000）

1 概述

在惡劣的海況下，船舶橫搖30～400是常見的，海況越惡劣，船舶搖擺也越激烈。為了船舶的航行安全以及提高航行中的舒適性，迫切需要減小船舶的搖蕩。人類從19世紀初的帆船年代的舭龍骨開始，就已經(jīng)開始了船舶減搖的努力和斗爭，前后共提出了350余種不同類型的減搖裝置。直到20世紀90年代，保留下來的船舶減搖裝置主要有減搖水艙、減搖鰭、減搖陀螺、舵減搖等少數(shù)幾種。本文以600噸系列公務(wù)巡邏船加裝減搖鰭工程為分析對象,介紹該型船加裝減搖鰭工作辦法、一般處理原則和改裝注意事項。

2 加裝技術(shù)方案

600噸系列公務(wù)巡邏船是在我國三大海區(qū)同時部署的新型巡邏船，設(shè)計排水量約600t，用于實施海上搜救，打擊走私、偷渡，快速處置海上突發(fā)重大事件等。為進一步提高該船的耐波性，在該船上加裝減搖鰭裝置，本文對加裝的技術(shù)方案及其影響進行論證，并給出加裝的實施方案。

2.1 加裝船技術(shù)現(xiàn)狀

2.1.1 加裝船總體技術(shù)指標(biāo)

總 長Loa 65m

型 寬B 9.0 m

型 深D 4.746 m

設(shè)計排水量 ～600t

最大試航航速～25kn

2.1.2 加裝位置布置情況

從減搖效果和減搖鰭對船舶阻力、船舶浮態(tài)、船舶穩(wěn)性等全方面綜合考慮，減搖鰭安裝的最佳位置是前機艙內(nèi)#54～#57區(qū)域（船中位置）。前機艙布置情況見圖1。

圖1 前機艙設(shè)備布置情況

減搖鰭加裝位置設(shè)備布置情況，見表1。

表1 減搖鰭加裝位置設(shè)備布置情況

技術(shù)狀態(tài)表明，現(xiàn)減搖鰭安裝部位已被其它設(shè)備、管路、電纜等占用，加裝減搖鰭前需將這些設(shè)備移至其它部位。

2.1.3 加裝船電力負荷情況

根據(jù)表2數(shù)據(jù)可以看出：5種不同工況下，發(fā)電機組儲備功率均可滿足減搖鰭正常使用。

表2 發(fā)電機組電力負荷情況

2.1.4 加裝船冷卻水泵配備情況

加裝的公務(wù)船配有三套冷卻水系統(tǒng)，分別為主輔機冷卻水系統(tǒng)、空調(diào)冷卻水系統(tǒng)、專用海水系統(tǒng)。主輔機冷卻水系統(tǒng)采用開式（海水部分）和閉式（淡水部分）冷卻循環(huán)，配有主機帶海水泵，專供主機和輔機冷卻水。空調(diào)冷卻水系統(tǒng)采用開式（海水部分）和閉式（淡水部分）冷卻循環(huán)，配有專用海水冷卻泵，專供空調(diào)冷水機組的冷卻水。專用海水系統(tǒng)配有日用海水恒壓變頻供水裝置，為冷藏裝置、立柜式空調(diào)器提供冷卻海水，同時為衛(wèi)生間及生活污水處理裝置提供沖洗水。三套系統(tǒng)的功能及配備情況如表3。

表3 冷卻水系統(tǒng)配備情況表

加裝減搖鰭冷卻水流量3m3/h×2=6m3/h根據(jù)表4情況，該公務(wù)船冷卻水流量留有儲備，可以用于減搖鰭的加裝。

為保證減搖鰭冷卻水壓力，建議加裝一套裝用冷卻水泵。

2.1.5 加裝船信號源接口情況

該型船均配備GPS，可作為加裝減搖鰭的信號接口。

2.2 減搖鰭加裝技術(shù)方案

2.2.1 技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)減搖效果計算，加裝的減搖鰭參數(shù)要求如下：

性能要求：在1/3浪高2.5 m，航速18kn，減搖后的平均剩余橫搖角≤3.50；靜水航行時，航速18kn，生搖幅度不小于10°（單幅值）；在低航速（4kn+2）以下和倒車時，鰭可自動歸零，并鎖緊。

鰭翼型：NACA-0015

單鰭有效面積：A=2.0 m2

鰭展長：l=1183mm

鰭平均弦長：bm=1690mm

鰭展弦比： λ=0.7

鰭工作轉(zhuǎn)角：≤±28°

鰭機械限位角： ±32°

單鰭最大升力：87.9 kN

裝置航速調(diào)節(jié)信號源：提供200脈沖/海里信號/GPS

裝置裝機功率：31kW

裝置動力電源： 一路三相380V、50Hz

裝置總質(zhì)量（凈重）：～5.0 t

需冷卻海水量、水壓：2×3t/h、0.2 ～0.4 MPa

液壓系統(tǒng)工作壓力：P=12.5 MPa

液壓泵最大流量：Qmax=90L/min

液壓系統(tǒng)推薦工作油液：L-HM32抗磨液壓油（約600L）

2.2.2 減搖鰭加裝方案

供貨到廠的減搖鰭主要分為鰭、鰭座、執(zhí)行機構(gòu)、操縱箱、控制箱、操作面板幾大部件，需要與船體安裝的有鰭座、操縱箱、控制箱、操作面板，鰭和執(zhí)行機構(gòu)安裝在鰭座上，這些部件的安裝要求和安裝形式見表4。

表4 減搖鰭主要部件及安裝要求

（1）減搖鰭的布置方案。根據(jù)減搖效果最佳和影響最小的原則，減搖鰭裝置安裝在前機艙內(nèi)首部區(qū)域，鰭座安裝在前機艙#55～#56兩舷。鰭和執(zhí)行機構(gòu)安裝在鰭座上，操縱箱和控制箱安裝在#57橫艙壁上，操作面板（或操縱箱）安裝在駕控臺上或掛于駕駛室兩側(cè)，方案布置平面圖和剖面圖見圖2和圖3。

圖3 剖面圖

（2）減搖鰭的配電方案。加裝減搖鰭后將增加31kW的用電負荷。減搖鰭離主配電板不遠，可以直接從主配電板引出一路電力供應(yīng)減搖鰭。

（3）減搖鰭的冷卻方案。對于加裝的減搖鰭，需要供應(yīng)流量為2×3t/h的冷卻海水，可以借用加裝船現(xiàn)有的冷卻系統(tǒng)。優(yōu)先選擇從專用海水系統(tǒng)中取用冷卻水，具體分析如下：該型公務(wù)船配有三套冷卻水系統(tǒng)，分別為主輔機冷卻水系統(tǒng)、空調(diào)冷卻水系統(tǒng)、專用海水系統(tǒng)。其中主輔機冷卻水系統(tǒng)采用的主機自帶泵，是主推進的重要組成部分，對可靠性要求較高，加裝可能會影響到該系統(tǒng)的管系、接口，不建議從此處取水。空調(diào)冷卻水系統(tǒng)，只在空調(diào)使用時開啟，且流量較大，從此系統(tǒng)取水從技術(shù)上來講是可行的，但是匹配性不好。專用海水系統(tǒng)為冷藏裝置、立柜式空調(diào)器、衛(wèi)生間及生活污水處理裝置供水，日常是常開的，從流量上來講也可以滿足減搖鰭冷卻水的需求量，作為首選方案。

（4）機艙布置局部調(diào)整方案。減搖鰭的加裝占用了前機艙首部區(qū)域內(nèi)左右舷的兩塊位置，該位置的設(shè)備需要移到機艙其他地方去，需要移動的設(shè)備資料見表5。

表5 需要移動的設(shè)備資料

在完工圖紙基礎(chǔ)上，根據(jù)就近移動的原則，將設(shè)備進行了初步挪移。機艙布置調(diào)整方案僅供參考，每一條船的具體調(diào)整方案需要現(xiàn)場勘測后，根據(jù)設(shè)備、管路、電纜鋪設(shè)實際情況現(xiàn)場確定。

2.3 加裝影響分析

加裝減搖鰭會增加船體重量，航行時附體阻力也會增加，最大航速會受到影響；減搖鰭安裝位置的結(jié)構(gòu)構(gòu)件（包含舭龍骨）需要進行調(diào)整；加裝減搖鰭還需要將現(xiàn)有前機艙局部區(qū)域內(nèi)的設(shè)備和管路移開，對機艙局部位置的布置會有影響；同時減搖鰭的用電和冷卻水需要占用相關(guān)資源，會對相關(guān)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，這些影響分項分析如下：

2.3.1 排水量增加，航速略降

減搖鰭的加裝排水量將增加5700kg，船的吃水會增加大約15mm，對本船的載重線勘劃及結(jié)構(gòu)強度無影響。其中減搖鰭裝置重量約5000kg，結(jié)構(gòu)加強約增加300kg，管路、電纜等附件約140kg，海水冷卻泵60kg，設(shè)備移動初估增加管路、基座重量約200kg。

加裝減搖鰭后，船的阻力增大，靜水航速會降低。重量增加將導(dǎo)致吃水增加，濕表面會隨著加大，船的摩擦阻力提升；同時加裝減搖鰭后，附體阻力將加大，船的航速將會降低。根據(jù)該型船相關(guān)數(shù)據(jù)估算，加裝減搖鰭后，船的阻力大約增加2.5%，加裝前后的靜水中最大航速會降低約0.5 kn。

2.3.2 電力負荷增加

加裝減搖鰭后將增加31kW的用電負荷，在海上作業(yè)時，水炮不使用工況，一臺發(fā)電機組就能工作的。水炮使用時，需兩臺發(fā)電機組同時工作。

表6 加裝前后發(fā)電機組負荷情況對比表

2.3.3 結(jié)構(gòu)調(diào)整

減搖鰭受力位置局部加強。首先，加強結(jié)構(gòu)往前連接機艙前橫艙壁，往后連接后端強肋骨，往舷側(cè)連接舷側(cè)縱桁，往船舯連接旁內(nèi)龍骨。減搖鰭前后舭龍骨取消。加裝船在#50與#81之間設(shè)有舭龍骨，安裝減搖鰭后的，割掉#50～#61之間的舭龍骨。

2.3.4 減搖鰭安裝技術(shù)要求及注意事項

2.3.4.1 控制箱裝在船腫附近，操縱箱、控制箱的面板朝向船尾，便于觀察左右機組的運行情況；操作面板安裝在駕駛室；

2.3.4.2 測量船橫搖角參量的敏感元件（陀螺儀）應(yīng)布置在靠近船縱中剖面處，其高度應(yīng)盡量接近船中心的高度，橫搖角參量的敏感元件與其在船上的安裝基座不得加裝任何非剛性襯墊；

2.3.4.3 鰭軸線通過船殼外緣A點，并與該點外法線方向一致，鰭軸線的空間位置應(yīng)在放樣時校正確定，鰭的弦長方向與該處的船體流線角方向一致；2.3.4.4 左、右執(zhí)行機構(gòu)呈對稱布置，要求在同一肋骨面內(nèi)，執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)以鰭軸中心線垂直于該處船殼板為原則安裝，左右鰭對稱安裝，鰭的導(dǎo)邊朝艏，窗口朝上，同時應(yīng)注意執(zhí)行機構(gòu)的上方應(yīng)預(yù)留吊裝的空間；2.3.4.5 在安裝執(zhí)行機構(gòu)前需檢查鰭座內(nèi)孔的尺寸在焊接后是否改變，并按本舷執(zhí)行機構(gòu)大軸承座外徑進行修整，保證間隙在0.1 ～0.3 mm之間，執(zhí)行機構(gòu)和鰭座之間安裝后應(yīng)有良好的水密性，密性試驗按船體水密性試驗要求進行；2.3.4.6 船殼板上，距A點周圍約兩倍鰭平均弦長(3.4 m)范圍內(nèi)不允許設(shè)置進出水口；2.3.4.7 距鰭的導(dǎo)邊一倍平均弦長內(nèi)(1.7 m)不許設(shè)置舭龍骨，距鰭的隨邊兩倍平均弦長內(nèi)(3.4 m)不許設(shè)置舭龍骨；2.3.4.8 鰭安裝完畢后，鰭尾軸端拉緊的螺栓頭部與鰭體之間的防松塊要焊牢，窗口內(nèi)部充滿牛油，焊牢窗口蓋板，保證窗口水密性，焊縫打磨光順，噴漆；

2.3.4.9 液壓機組安裝在鋪設(shè)減震墊或40mm硬木板的基座上，基座不平度≤2mm，基座由總體所設(shè)繪，船廠敷設(shè)；往液壓機組油箱加油應(yīng)經(jīng)過10μm的濾芯過濾（可用濾油車）,液壓機組上的蓄能器要充氮氣，充氣壓力為5MPa；2.3.4.10 減搖鰭裝置在船上安裝完畢后，鰭、鰭箱和鰭座露在船外的表面在船下水前應(yīng)按船體水下部分的涂覆要求涂覆；鰭箱和鰭座在艙內(nèi)的表面按機艙內(nèi)部要求統(tǒng)一涂覆。2.3.4.11 本裝置所有分設(shè)備周圍都應(yīng)留有足夠的維修、操作空間，設(shè)備上方應(yīng)有足夠的照明設(shè)施。安裝完成后按照減搖鰭操作說明書完成調(diào)備調(diào)試工作，按照航行試驗大綱完成海試，驗收交付。

3 結(jié)論

減搖鰭是使用最多、效果良好的減搖裝置，其構(gòu)造主要包括機翼型的鰭(至少一對)、轉(zhuǎn)鰭的液壓傳動裝置和電氣控制系統(tǒng)。隨著海事事業(yè)的發(fā)展,以及人們對船舶的航行安全性,可操作性等要求的提高,減搖鰭進入民用船舶的條件已基本具備。