18 m航道快艇設(shè)計(jì)

(江蘇海藝船舶科技有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

長江航道運(yùn)輸日益繁忙，深水航道建設(shè)速度加快，河床變遷，導(dǎo)致長江航道航標(biāo)維修和遷移工作量逐年加大。為了保證對長江航道通行的監(jiān)控和疏導(dǎo)，江蘇海藝船舶科技有限公司受長江航道局委托，研發(fā)用于長江航道巡查、航標(biāo)巡檢并兼顧河床測量的航道快艇。

1 設(shè)計(jì)理念

在滿足航道巡查、航標(biāo)巡檢并兼顧河床測量功能的基礎(chǔ)上，體現(xiàn)以人為本，創(chuàng)造方便、舒適、優(yōu)

良的工作和生活環(huán)境；內(nèi)部艙室劃分簡潔合理，功能齊全，艙室空間利用率高；機(jī)電設(shè)備配套先進(jìn)合理，船舶的技術(shù)性能優(yōu)良。

2 總體布置

通過對長江航道各站點(diǎn)的調(diào)研，認(rèn)為該船舶的快速性和靈活性非常重要，由此確定其主要參數(shù)為LWL=17.50 m、B=4.00 m、D=1.60 m、v=30.0 km/h、上層建筑物距滿載水面高度≤3.2 m。總體布置見圖1，外形效果見圖2。

圖1 航道快艇總布置

2.1 全船艙室劃分

主甲板以下從艏至艉依次為艏尖艙、會議室、空艙、機(jī)艙、舵機(jī)艙。主甲板兩舷設(shè)500 mm寬的外走道通往艏、艉甲板區(qū)，甲板室區(qū)域設(shè)風(fēng)暴扶手。駕駛室內(nèi)左側(cè)后部放置測量設(shè)備。主甲板以上設(shè)單層甲板室，機(jī)艙及會議室采用半升高甲板室形式，降低上層建筑高度和改善駕駛室的后視效果，便于駕駛?cè)藛T安全駕駛。

圖2 外形效果

2.2 主要參數(shù)選擇

2)船寬B。主要考慮穩(wěn)性、艙室布置以及風(fēng)浪中的適航性能要求進(jìn)行確定。實(shí)際選擇B=

4.0 m，B/T=4.44，在保持美觀協(xié)調(diào)的同時(shí)艏部適當(dāng)外飄，增加甲板面積。

3)主機(jī)。本艇以選擇技術(shù)性能先進(jìn)、重量輕、使用穩(wěn)定可靠的進(jìn)口高速柴油機(jī)為基本原則，經(jīng)過多種機(jī)型比對，最終選取IVECO N67MNTM28或VOLVO D7AT機(jī)型。

2.3 船舶性能

1)型線。為提高全天候性能，改善高速航行狀態(tài)的適航性，艏部采用圓舭線型，艉部采用折角線型，減小船舶的搖擺；同時(shí)考慮吃水淺和螺旋槳直徑等因素，艉部線型為隧道線型，見圖3。

圖3 橫剖型線

2)靜力學(xué)性能。滿載出航狀態(tài)，船舶基本平浮，吃水0.9 m，排水量23.31 t。

3)快速性。該船為雙機(jī)、雙槳、雙舵，配備2只5葉外旋螺旋槳，使伴流更均勻，減小船體艉部振動。

為提高船舶的推進(jìn)性能和改善高速時(shí)的快速性，艉部設(shè)有長度800 mm壓浪板。艏部水線上方設(shè)置防濺條，減少甲板上浪和飛濺，降低船舶的阻力。

4)操縱性。設(shè)兩只流線型平衡舵，配1臺液壓舵機(jī)，船舶的操縱性能良好。

5)船模試驗(yàn)、航速預(yù)報(bào)。為優(yōu)化船體型線設(shè)計(jì)、精確設(shè)計(jì)螺旋槳和準(zhǔn)確預(yù)報(bào)航速，對該船進(jìn)行了船模水池試驗(yàn)。采用環(huán)流理論設(shè)計(jì)螺旋槳，預(yù)報(bào)航速為30.65 km/h。

2.4 重量控制措施

1)船體采用鋼鋁混合結(jié)構(gòu)。即主船體采用鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)，上層建筑為鋁合金結(jié)構(gòu)，減輕船舶重量，降低船舶的重心高度，既有利于提高航速，又有利于減小船舶的橫搖，提高了船舶的適航性和舒適性；

2)避免冗余結(jié)構(gòu)，合理利用材料。在板材、構(gòu)件的選取上，盡量將板材、構(gòu)件優(yōu)化到最合理尺寸，同時(shí)合理分配骨架間距，以合理減重。

3)優(yōu)化機(jī)電設(shè)備。在滿足規(guī)范和使用要求的前提下，盡可能選用輕型設(shè)備。

4)選用輕型的舾裝件。該船門、窗、孔、蓋、梯架、欄桿、扶手等均選用鋁合金材質(zhì)的，錨機(jī)選用超輕型。

5)艙室內(nèi)裝飾及設(shè)施的選擇。所有生活設(shè)施均盡可能選擇輕型、輕質(zhì)的設(shè)施和材料。例如采用不銹鋼整體衛(wèi)生單元；合理使用裝飾材料，如用鋁型材代替木楞作裝潢襯料，且將鋁型材的規(guī)格控制到較小，裝飾面板也采用輕型鋁塑板等。

這些都在一定程度上有效控制了空船重量。

2.5 艙室的隔音、隔熱及減振降噪

在艙室的隔音、隔熱及減振降噪方面，除了從機(jī)電設(shè)備的選型、安裝方面考慮外，艙室圍壁及頂棚內(nèi)用玻璃棉隔熱。機(jī)艙四周及頂棚內(nèi)襯用吸音巖棉，外貼鋁質(zhì)多孔吸音板。采用適當(dāng)?shù)臉~葉梢安裝間隙及艉部流線形狀，以減小螺旋槳處水流在尾部引起的振動。

3 輪機(jī)部分

3.1 機(jī)艙布置

機(jī)艙布置見圖4。

圖4 機(jī)艙布置

機(jī)艙總長6.0 m、寬4.0 m。在后部、船舯位置設(shè)斜梯可進(jìn)出機(jī)艙。艙內(nèi)布置力求完美、大方、整潔，留有足夠的通道和檢修空間。

2臺推進(jìn)主機(jī)組，配用ZF220型船用齒輪箱，分別距舯800 mm。左舷主機(jī)機(jī)帶1臺舵機(jī)恒流油泵和1臺軸帶發(fā)電機(jī)，右舷主機(jī)帶1臺消防泵。機(jī)艙內(nèi)還設(shè)有船用柴油發(fā)電機(jī)組、總用艙底消防泵、主配電板、艉軸承滑油柜及泵、江水箱、舵機(jī)動力源組件、主、輔機(jī)啟動蓄電池、污油水分離裝置、污油箱、污油手搖泵、清水泵及壓力水柜、搗碎泵、污水箱等。

主、輔機(jī)均采用濕式排氣，降低艙內(nèi)溫度，改善工作環(huán)境。

3.2 軸系布置

軸線與基線成一定夾角，艉軸管裝置設(shè)有2道油潤滑白合金軸承，艉管與軸轂用環(huán)氧樹脂定位粘接。在齒輪箱后設(shè)推力聯(lián)軸器，減少軸系振動。

3.3 設(shè)備選型原則

設(shè)備選型遵循滿足使用要求，操作方便，外形美觀，體積小，重量輕的原則。

1)主機(jī)、齒輪箱。選定主機(jī)功率范圍，用國產(chǎn)機(jī)型及齒輪箱同進(jìn)口機(jī)型、齒輪箱比較，進(jìn)口機(jī)型及齒輪箱比國產(chǎn)機(jī)型和齒輪箱體積小，重量輕約1/3，確定選用進(jìn)口高速柴油機(jī)和齒輪箱。

2)發(fā)電機(jī)組及機(jī)艙設(shè)備。首先將380 V/50 Hz與220 V/50 Hz進(jìn)行比較。220 V的設(shè)備比380 V的設(shè)備體積小、重量輕，選用220 V的發(fā)電機(jī)組和機(jī)艙設(shè)備。再將國產(chǎn)設(shè)備同進(jìn)口設(shè)備比較，進(jìn)口設(shè)備又比國產(chǎn)設(shè)備重量輕、體積小，這樣大部分設(shè)備選用進(jìn)口設(shè)備。選用靜音帶隔音罩發(fā)電機(jī)組，其它設(shè)備亦選用低噪聲產(chǎn)品，降低了機(jī)艙噪聲。

4 電氣部分

4.1 電力系統(tǒng)

1)電制?？紤]整船電氣設(shè)備布置，采用AC220 V單相絕緣制及DC24 V雙線絕緣制，電氣設(shè)備體積小，重量輕，便于安裝布置。

2)電源。該船設(shè)發(fā)電機(jī)1臺供全船動力照明通信、生活用電及充電之用。安裝主機(jī)軸帶硅整流軸帶發(fā)電機(jī)對蓄電池組充電或?qū)C24 V用電設(shè)備浮充式供電。設(shè)少維護(hù)型蓄電池1組，作為本船DC24 V臨時(shí)應(yīng)急電源，向低壓照明、航行信號、廣播、通信等設(shè)備提供電力。

3)配電設(shè)備。設(shè)掛壁式小型主配電板1副，板上設(shè)有監(jiān)測發(fā)電機(jī)電壓、頻率、電流的系列電表。設(shè)小型充放電板1副，對電瓶進(jìn)行充放電控制。

4.2 駕控臺

駕控臺臺體上部儀表板采用嵌裝板面。包括下列項(xiàng)目：航行燈信號燈控制單元 、DC24 V配電單元、AC220 V助航分電單元 、傳令鐘、主機(jī)遙控、警燈控制系統(tǒng)、VHF、雷達(dá)、主輔機(jī)報(bào)警復(fù)示、機(jī)艙報(bào)警復(fù)示、攝像監(jiān)視器、泵遙控、空調(diào)切斷及其它銨鈕開關(guān)等。

4.3 通信及報(bào)警系統(tǒng)

設(shè)警燈、警報(bào)器控制盒1臺，駕駛室頂棚設(shè)高音揚(yáng)聲器1只，安裝在長排警燈內(nèi)，另設(shè)廣播擴(kuò)音機(jī)1臺，高音揚(yáng)聲器2只，機(jī)艙設(shè)號筒揚(yáng)聲器1只，會議室設(shè)嵌入式揚(yáng)聲器1只。

駕駛室與機(jī)艙設(shè)HSC系列直通聲力電話、雙主機(jī)型傳令鐘、甚高頻無線電裝置及手持雙向甚高頻電話各1套。

配多功能顯示器，雷達(dá)天線、GPS天線、測深傳感器，可在顯示器上切換或同時(shí)顯示雷達(dá)、GPS和測深信息。

主機(jī)、發(fā)電機(jī)的監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的延伸板設(shè)于駕控臺上，延伸功能有：轉(zhuǎn)速、滑油壓力、冷卻水溫度顯示；滑油壓力低、冷卻水溫度高的聲光報(bào)警；啟動電瓶電壓的顯示；機(jī)組的啟動與停車控制等功能。

機(jī)艙另配報(bào)警箱一只，主要監(jiān)測與報(bào)警齒輪箱滑油失壓、電網(wǎng)絕緣降低、艙底水高位、舵機(jī)失電、舵機(jī)液壓油位低、燃油艙低位等。相關(guān)報(bào)警信息延伸至駕控臺。

4.4 巡航攝像監(jiān)視系統(tǒng)

該船設(shè)有巡航攝像監(jiān)視系統(tǒng)一套，對巡航過程中的突發(fā)事件進(jìn)行跟蹤攝錄。采用最新數(shù)字監(jiān)控及數(shù)字硬盤錄像，記錄攝像頭的圖象，錄像、錄音(語音現(xiàn)場同步說明)。

5 實(shí)船測試結(jié)果及分析

船舶建造完工先后進(jìn)行了傾斜試驗(yàn)、系泊試驗(yàn)及航行試驗(yàn)，船舶浮態(tài)良好。試驗(yàn)結(jié)果表明實(shí)船技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到或超過最初設(shè)計(jì)要求。船體制作、機(jī)電設(shè)備、內(nèi)部裝飾的安裝均達(dá)到預(yù)期效果，得到用戶充分肯定，主要性能指標(biāo)見表1、2。

表1 船舶浮態(tài)測試結(jié)果 m

表2 航速、噪音及重量測試結(jié)果

系泊試驗(yàn)和航行試驗(yàn)表明主要機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常、可靠。