典型雙甲板遠洋拖網漁船輪機系統設計

中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所 朱陳程

青島海洋科學與技術試點國家試驗室 趙新穎

深藍漁業工程聯合試驗室 黃文超

與大洋性作業漁船相比，過洋性作業漁船一般尺度較小，但船員人數多，魚、油、水艙容需求高，輪機系統設計難度大。主機、齒輪箱及前端動力輸出等設備選型的優化，可提高系統的穩定性及可靠性，減少后期維修成本。改進通風管道、設置獨立的配電間可以提高適居性。增設海底閥箱、對加工區排污系統進行分類處置，可以解決該類型船舶存在的一些共性問題。33.2m遠洋雙甲板拖網漁船是我國過洋性作業漁船的代表性船型之一，主要在摩洛哥和毛里塔尼亞海域從事底拖網作業，該船雖然主尺度較小，但拖力要求較高，且具有滿足歐盟衛生標準要求的漁獲物處理和冷凍冷藏系統，船員人數通常為26～29人，這些配置對該船的輪機系統設計提出了較高的要求。

基本情況

該船型可用于摩洛哥、毛里塔尼亞、安哥拉和塞拉利昂等西非國家近海單船拖網作業，多為水深100米以內的底拖網作業，魚貨經凍結室冷凍后儲藏于冷藏魚艙中保鮮，該船在國內建造，赴非洲時自航過洋，因此滿足無限航區要求。該船為鋼質、雙底（機艙除外）、雙甲板、前駕駛樓、艉機型、后舷側機棚、單機、大直徑導管槳、單舵、配艉門架和龍門架的艉滑道拖網漁船。尾部線型采用適配艉滑道的寬整甲板面、圓角直艉封板；首部線型采用大外飄、前傾艏柱、SV型球艏。主要技術參數如表所示。

主要機電設備

根據船東的實際使用需求，該船建造完成將立即開往非洲投產，之后在整個船舶運營期間內都不再返回國內。因此，主要設備除需滿足各項技術指標外，設備及相應系統的可靠性和售后服務保障能力也是設備選型時的重點。同時，考慮到外方船員層次差異較大，設備及系統也應盡可能簡單，以便于船員操作。

1、主機

該船捕撈作業方式為艉滑道拖網作業，起放網通過液壓絞綱機實現，而液壓絞綱機動力由主機自由端通過PTO形式提供，因此主機除能提供足夠動力滿足航行要求外，還要求主機具有飛輪端和自由端同時協同工作的能力，對主機的選型提出了較高要求。

考慮到工況復雜，而拖網/起網工況需要在低轉速下運行，在主機選型時，同等功率應選用較低轉速的主機。經綜合對比論證，該船選用的機型其持續功率為882kW，持續轉速650rpm，與同檔功率機型比較，其低轉速下能提供的扭矩更大。

表 主要技術參數

2、齒輪箱

該船主要有兩種運行工況：航行工況和拖網工況。拖網工況要求螺旋槳轉速低而拖力大，如采用固定速比的齒輪箱，則主機需要在低轉速下提供較大扭矩，使得主機工作的可靠性降低。如選用可調螺距槳，亦可解決該問題。但可調槳成本較高，操作相對復雜，后期維護也難以滿足船東要求，因此，該船選用雙速比齒輪箱與固定螺距槳，在保證可用的同時，降低整船制造成本，也便于海外船員操作。

齒輪箱速比的選擇需要考慮多方面的因素，包括：主機推進特性曲線、螺旋槳設計點選取、拖網工況需要的拖力及齒輪箱的設計要求。該船選用的速比分別為3.8：1（正常航行）與4.27：1（拖網工況）。

3、前端輸出動力裝置

前端液壓泵站的選型主要取決于起網作業的要求，如起網速度及網具漁獲物重量。該船起網作業時，船舶處于低速緩行狀態，短時內主機需要同時承擔前端起網負載及后端螺旋槳負載，動力分配如果不恰當，可能造成主機過載。為解決該問題，該船液壓泵站采用2+2的配置方式，即每2個液壓泵為一組，在主機負荷不足時，自動卸載一組的負荷，當主機負荷足夠時，可兩組同時運轉，提高起網效率。

主機的動力經過彈性元件傳遞給PTO驅動軸以此驅動液壓泵輸出液動力。彈性聯軸器將主機和PTO之間的硬連接變成了彈性連接，不僅可以補償軸向、徑向偏斜，同時緩沖了主機的扭震，改善了動力性能。啟閉離合器電磁閥方便切換主機動力，離合閉合后，主機動力驅動油泵工作，保證甲板作業裝備起放網作業；當需要航行動力時，切斷離合器，主機動力全部用于航行，這樣保證了主機長期處于經濟轉速工作區間，達到了節能的目的。

機艙布置

西非國家為了保護自己國家的漁業資源，對入漁船舶的總噸位、船長及船寬等有嚴格的限制，其中噸位要求最為嚴格。以摩洛哥為例，其要求在該國專屬經濟區從事拖網作業的漁船總噸位不能超過320。為了保證漁船作業的經濟性和適居性，在優先考慮加工作業區域、魚艙艙容及船員居住艙室的情況下，該船機艙空間受到較大限制。

該船機艙總長10米，需要設置主機、齒輪箱、發電機組、制冷機組及相關附件。為了便于船員集中監控機艙主要設備，同時隔絕機艙內可能存在的油霧、污水等對主要電氣設備的影響，機艙內還設置有一個獨立配電間。因此，該船機艙布置較為困難（如圖1所示）。在與輪機長進行了充分的交流溝通，了解船員的操作習慣后，該船采用了功能分區的總體布置思路，在左舷設置配電間，將右舷空間設置為制冷裝置及閥組操作區，保證主要通道及操作空間的同時，通過設備布置優化管路安排。

圖1 機艙布置

主要管路設計

1、機艙通風管路

該船機艙層高受雙甲板船的船型限制，扣除花鋼板及結構后僅有2.35m，機艙通風管路的布置難度非常大。如按照通常的布置，機艙甲板反面依次設置電纜、管路及獨立風管，則風管距離花鋼板的高度可能不足1.9m，人員通行困難。

為解決該問題，經與船體結構專業工程師討論，該船機艙內縱向及橫向的通風管路均采用結構風管（如圖2所示）。同時為了保障風管內不會因為結構件而產生渦流，所有加強結構均設置在風管外側，保證通風效果。根據實船建造情況，結構風管的使用使得機艙凈空達到了2.1m，滿足正常的使用需求。

圖2 結構風管的典型橫截面圖

2、排污管路

在拖網起網作業時，漁網會將大量的海洋雜物一同帶進船上，因此該船除按規則及規范要求設置常規的艙底水處理系統和生活污水處理排放系統外，還需要增設加工區排污系統。

該排污系統設置在漁獲物加工處理區，分為兩套系統。一套主要處理固體廢物，通過連接魚池的排污槽及通往舷側的排污門將原來從海洋中帶上來的固體廢物排放回海洋中。排污槽截面為邊長600mm的正方形，舷側排污口面積較大，而受限于總噸及層高，排舷外出口高出水線僅650mm。根據規范要求，此處排舷外口必須保證非作業排放情況下的水密性。由于排放物可能為體積較大的海洋雜物，如采用普通管道閥件，則非常容易引起堵塞，損壞閥件的密封性能。經與船東、供應商多次溝通，該船在排污口上設置有一道手動開啟的方形刀閘閥，直徑600mm，使用蝸輪蝸桿裝置開啟閥門，在非作業狀況下，關閉該閥，防止海水進入。

另一套排污系統主要處理漁獲物清洗過程中外溢的沖洗水。加工處理區前后左右4個角各設置一個深度約為300mm的污水井，外溢的沖洗水匯集至此后，通過噴射泵將污水排出舷外。考慮到污水中可能夾雜的少部分固體垃圾，為避免管路經常堵塞，該系統的管路及噴射泵排量的實際取用值均較常規計算值偏大。

3、海水管路

該船輪機設備，包括主機及制冷機組等所需的冷卻水量較大，同時還需滿足漁獲物加工沖洗的要求，因此整船海水使用量非常大。而受限于機艙尺度，該船海水總管長度較短，實際可用長度不足5米，水泵布置非常集中，極易造成海水總管搶水現象，進一步形成汽蝕，大大降低了設備的使用壽命。

為解決該問題，該船較常規船舶增設1個海底閥箱。兩舷側各設置一個高位海底閥箱，另在船中處設置一個低位海底閥箱，全船共設3個海底閥箱。在增加海水供給的同時，增加了海水管路的長度，水泵也可根據使用情況分散布置，降低了管路的布置難度，也有利于后期對管路及系統的維護。

漁獲物冷凍冷藏系統

該船的漁獲除滿足國內需求外，一部分漁獲銷往歐洲和日本，這些區域的衛生標準要求較高，該船為漁獲配置了冷藏冷凍功能，漁獲物經簡單分級整理后，立即進行速凍，由于漁獲體形較小，該船采用液壓式平板速凍機，漁獲出凍時間為4～6小時，可以提高漁獲處理線的流轉速度，冷藏艙的冷藏溫度設置為-25℃，側壁和頂面使用冷藏盤管。考慮到船員操作水平和使用習慣，該船采用活塞式制冷壓縮機。該船的制冷系統原理圖如圖3所示。

圖3 該船制冷系統原理圖