新長(zhǎng)公司火車渡輪電氣設(shè)計(jì)特點(diǎn)

陸奕清

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海 201203）

0 前言

“新長(zhǎng)號(hào)”是一艘航行于長(zhǎng)江A、B航區(qū)（即吳淞口——宜昌段）的火車渡輪。其母型船為目前正在服役的“蕪湖號(hào)”和“北京號(hào)”，于1989年由上海中華造船廠（目前已與滬東船廠合并為滬東中華造船集團(tuán)）設(shè)計(jì)建造。2008年，為了替代上述服役20年的舊船，應(yīng)船東（江陰鐵路輪渡所）的委托，由我院承擔(dān)設(shè)計(jì)了新長(zhǎng)公司火車渡輪“新長(zhǎng)號(hào)”。該船已于2011年完成試航，并交付船東使用。船長(zhǎng)135.3m，型寬17.2m，設(shè)計(jì)軌長(zhǎng)129.5m，最大載車量2 808 t，采用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，單向推進(jìn)的方式。

船的尾部為方尾型，采用雙機(jī)雙槳雙襟翼舵，首部為方首型，并設(shè)單機(jī)單槳的縱向助推設(shè)備和單襟翼舵。為保障火車安全上船，在控制方面，本船設(shè)有1套縱傾調(diào)整控制系統(tǒng)和1套橫傾調(diào)整控制系統(tǒng)。在通信方面，配有1套鐵路取車信號(hào)系統(tǒng)。與常規(guī)鋼質(zhì)海船不同，該船因航區(qū)要求，需要滿足的規(guī)范是《內(nèi)河船舶檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》及《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》，所以在通導(dǎo)設(shè)備等配置及控制上有較為特殊的要求。下面詳細(xì)介紹該船電氣設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。

1 保障火車安全上船的控制系統(tǒng)

為了確?；疖嚢踩洗?，該船是通過(guò)設(shè)置縱、橫傾控制及取車信號(hào)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

正常營(yíng)運(yùn)狀態(tài)下，該船需要24 h不間斷地往返于靖江和江陰兩岸來(lái)運(yùn)輸各種貨運(yùn)列車，單程約為30min。

在單次運(yùn)輸過(guò)程中，首先要完成的是船舶與鐵路棧橋的對(duì)接。在船舶靠近棧橋后，需要使用縱傾調(diào)整控制系統(tǒng)。該船的縱傾控制系統(tǒng)由駕控臺(tái)上的遙控單元完成，由2臺(tái)縱傾調(diào)整水泵承擔(dān)。此首、尾2臺(tái)縱傾調(diào)整泵各自將首、尾縱傾調(diào)整艙的壓載水吸入和排出，自成獨(dú)立的管路，管系采用電動(dòng)遙控蝶閥，也可就地應(yīng)急操縱。這樣通過(guò)調(diào)節(jié)首尾吃水，控制船首傾斜角度，就能安全完成與引橋上的鐵軌平穩(wěn)對(duì)接，以達(dá)到火車通行的標(biāo)準(zhǔn)。此功能在潮汛期使用更為頻繁，作用更為重要。

在對(duì)接完成后，就要進(jìn)行上下火車的工作。上下車的順序由1套鐵路取車信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行通信和控制。該船一共設(shè)有三股各130m的有效軌道，相鄰兩股道中心距3.66m。每次只能允許一列火車上下船。三股鐵軌上下列車的順序由岸橋上的工作人員控制，并以信號(hào)燈板的形式將取車順序顯示在引橋上。由于只有位于駕駛室的船員才能清晰地讀出該信號(hào)，因此需要設(shè)置一套鐵路取車信號(hào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由駕駛員操作，將信號(hào)燈板顯示的取車順序信號(hào)發(fā)送至位于主甲板的水手工作間，以便于水手們提前進(jìn)行準(zhǔn)備工作。

火車渡船取車現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖1。

通常情況下，火車會(huì)首先從中間的軌道上船，然后在船舶的一側(cè)上火車時(shí)，勢(shì)必造成船舶橫傾，在極端情況下，還可能造成船舶的傾覆。橫傾調(diào)整控制系統(tǒng)就是為了平衡上、下火車時(shí)產(chǎn)生的橫傾力矩而專門設(shè)置的。本系統(tǒng)由專用的左右橫傾平衡水艙、兩組橫傾平衡水泵（每組3臺(tái)泵組，其中1臺(tái)備用，任何1臺(tái)泵檢修不影響其他泵的工作，每組泵只能單向打水，泵進(jìn)口設(shè)置手動(dòng)蝶閥，平時(shí)常開(kāi)，只在檢修泵時(shí)關(guān)閉），以及位于駕控臺(tái)上的水泵遙控起停、運(yùn)行指示按鈕組成，同樣由駕駛室船員手動(dòng)控制。該系統(tǒng)能滿足一列不大于1 000 t重的均勻列車以15 km/h速度上船逐步減速至3 km/h接近船尾掛鉤（或下船）渡輪橫傾不超過(guò)3.5°，3°時(shí)內(nèi)部報(bào)警，橫傾超過(guò)3.5°則應(yīng)對(duì)外報(bào)警，并對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)列車顯示停車信號(hào)。

圖1 火車渡船取車現(xiàn)場(chǎng)圖

火車渡船橫傾控制原理及示意見(jiàn)圖2～圖3。

圖2 橫傾控制原理圖

圖3 橫傾調(diào)整示意圖

2 機(jī)艙布置特點(diǎn)及功能

由于船尾部為方尾型，為了提高操舵的靈活性，特選用雙機(jī)雙槳及雙襟翼舵。

又因?yàn)槎纱c鐵路棧橋的對(duì)接方式為船首直接對(duì)接，在離開(kāi)碼頭時(shí)需要縱向推進(jìn)力，因此在首部設(shè)單機(jī)單槳的縱向助推設(shè)備和單襟翼舵。

根據(jù)上述首尾的機(jī)槳匹配特點(diǎn)，該船一共設(shè)置了3個(gè)機(jī)艙，見(jiàn)示意圖4。尾機(jī)艙主要布置尾主機(jī)和尾機(jī)艙監(jiān)視室，首機(jī)艙布置首主機(jī)和首機(jī)艙監(jiān)視室。為便于監(jiān)視3臺(tái)主機(jī)的工作，在首、尾機(jī)艙監(jiān)視室內(nèi)各設(shè)主機(jī)監(jiān)視臺(tái)1座。監(jiān)視臺(tái)上設(shè)有主機(jī)操縱手柄，主機(jī)轉(zhuǎn)速表、計(jì)時(shí)器及壓力、溫度等儀表。另有3臺(tái)主機(jī)和為主機(jī)服務(wù)的泵組等設(shè)備的監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，以及聲力電話和自動(dòng)電話分機(jī)等。

中部設(shè)有輔機(jī)艙，放置發(fā)電機(jī)、輔機(jī)艙監(jiān)視室和橫傾水泵。在輔機(jī)艙監(jiān)視室內(nèi)設(shè)集中監(jiān)視臺(tái)1座，以監(jiān)視2臺(tái)主發(fā)電機(jī)和1臺(tái)停泊發(fā)電機(jī)的工作。

圖4 機(jī)艙示意圖

3 電站配置

本船為24 h不間斷地往返于長(zhǎng)江兩岸，單程僅用時(shí)30min左右，也就是要在30min內(nèi)經(jīng)歷航行工況、裝卸貨工況和進(jìn)出港工況，每晝夜約為40渡次。通過(guò)研究電力負(fù)荷計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，在航行工況下，該船負(fù)荷約為300 kW，而最大負(fù)荷工況出現(xiàn)在進(jìn)出港時(shí)，此時(shí)的負(fù)荷約為430 kW。如果設(shè)置3臺(tái)較小的發(fā)電機(jī)，在進(jìn)出港時(shí)使用2臺(tái)發(fā)電機(jī)、航行工況使用1臺(tái)發(fā)電機(jī)，雖然從負(fù)荷率來(lái)分析顯得更為經(jīng)濟(jì)，但是會(huì)造成1臺(tái)發(fā)電機(jī)處于頻繁的起、停狀態(tài)中，不僅對(duì)發(fā)電機(jī)的使用壽命不利，而且由于在發(fā)電機(jī)起動(dòng)時(shí)往往震動(dòng)要比正常工作時(shí)大得多，因此對(duì)管路連接也提出了很高的要求。

該船的主電源配置為2臺(tái)520 kW的發(fā)電機(jī)，全部工況下只開(kāi)1臺(tái)發(fā)電機(jī)，另1臺(tái)為備用。另外還配有1臺(tái)150 kW的停泊發(fā)電機(jī)。在與船員的交流中也了解到，采用520 kW的發(fā)電機(jī)也能獲得更低的噪音，受到了船員的青睞。

4 內(nèi)河規(guī)范的特殊性

4.1 危險(xiǎn)區(qū)域的劃分

對(duì)于在開(kāi)敞甲板上運(yùn)輸火車的渡船如何劃分危險(xiǎn)區(qū)域，內(nèi)河船規(guī)范沒(méi)有明確定義。設(shè)計(jì)中通過(guò)與規(guī)范所的多次交流，考慮到該船可能裝載油罐車，最后確定采取類似油船的危險(xiǎn)區(qū)劃分方式，即將三列火車的3m范圍內(nèi)均劃分為危險(xiǎn)區(qū)域，其中電氣設(shè)備的防爆等級(jí)為IIC、溫升等級(jí)為T4、外殼防護(hù)等級(jí)為IP56。這個(gè)劃分方式幾乎覆蓋了船首的全部區(qū)域，主要受到影響的電氣設(shè)備為首部的對(duì)講分站和廣播遙控臺(tái)。根據(jù)船檢要求，對(duì)受影響的設(shè)備采取管理措施：在裝載危險(xiǎn)品的列車上船前，在相應(yīng)的電源上拆除設(shè)備的電纜接線，待裝載危險(xiǎn)品的列車下船后，再恢復(fù)原電纜接線。此管理措施屬于內(nèi)河船舶的特殊要求，常規(guī)鋼質(zhì)海船僅靠切斷危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備的電路就可以滿足要求。

4.2 應(yīng)急電源的設(shè)置

圖5 主配電板單線圖

根據(jù)《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》和《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》，該船不需要設(shè)置應(yīng)急電源，而只設(shè)置了3組蓄電池作為臨時(shí)應(yīng)急電源。其中2組蓄電池依據(jù)臨時(shí)應(yīng)急電源的要求供電時(shí)間為0.5 h；另一組給無(wú)線電供電的蓄電池根據(jù)法規(guī)要求供電時(shí)間為1 h。

通過(guò)計(jì)算，本船的＃1蓄電池組所需容量為314.2 Ah，配置容量為400 Ah；＃2蓄電池組所需容量為182.3 Ah，配置容量為200 Ah；無(wú)線電蓄電池所需容量為49.5 Ah，配置容量為200 Ah。

4.3 航行、無(wú)線電設(shè)備配置

相比于國(guó)際航行海船，內(nèi)河船舶在航行、無(wú)線電設(shè)備的配置上無(wú)疑是簡(jiǎn)化最多的部分。根據(jù)《內(nèi)河船舶檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》，航行設(shè)備僅需要配置磁羅經(jīng)、測(cè)深儀、雷達(dá)、GPS各1臺(tái)即可。其中較為特殊的是，雷達(dá)要求從主配電板直接供電，若配有2臺(tái)或2臺(tái)以上的雷達(dá)，則至少應(yīng)有1臺(tái)雷達(dá)從主配電板供電。

無(wú)線電設(shè)備的配置依據(jù)也是《內(nèi)河船舶檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》。該船根據(jù)要求需要配置的設(shè)備為：甚高頻無(wú)限電話、中/高頻無(wú)限電話裝置、可攜式甚高頻無(wú)線電話（3部）、對(duì)外擴(kuò)音裝置、航行安全信息接收裝置。其中“對(duì)外擴(kuò)音裝置”即指廣播系統(tǒng)中的“喊話”功能，但是在大多數(shù)設(shè)備商的產(chǎn)品中，廣播系統(tǒng)不會(huì)將喊話和艙內(nèi)呼叫等功能分開(kāi)，因此內(nèi)河船舶的廣播系統(tǒng)屬于無(wú)線電設(shè)備，需要從無(wú)線電分電箱、無(wú)線電蓄電池供電，并且參與無(wú)線電蓄電池容量計(jì)算。另外，根據(jù)海事局的要求，總共需要設(shè)置3套VHF電話。

4.4 內(nèi)部通信和報(bào)警

除了配置從無(wú)線電系統(tǒng)供電的廣播外，還需要配置1套傳令鐘和2套聲力電話。

2套聲力電話中，1套為駕駛室至舵機(jī)艙的直通型聲力電話；另1套為駕駛室至機(jī)艙、機(jī)艙監(jiān)視室、消防控制室的聲力電話的具有忙線插入功能的選通型聲力電話系統(tǒng)。值得注意的是，駕駛室至舵機(jī)艙必須要設(shè)置直通電話，此要求是高于鋼制海船的，海船中可以將其并入具有忙線插入功能的選通聲力電話系統(tǒng)中。

內(nèi)部報(bào)警部分中的通用報(bào)警，在內(nèi)河規(guī)范中稱為“緊急集合報(bào)警”。由于緊急集合報(bào)警并不屬于無(wú)線電系統(tǒng)，不適合從無(wú)線電系統(tǒng)取電源，因此，分別設(shè)置了獨(dú)立的廣播和緊急集合報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)然，廣播系統(tǒng)也就沒(méi)有了雙功放的配置要求。

5 結(jié)語(yǔ)

“新長(zhǎng)號(hào)”火車渡輪由于其獨(dú)特的工作方式和運(yùn)營(yíng)環(huán)境造就了它許多獨(dú)一無(wú)二的特質(zhì)，特別是設(shè)計(jì)中有許多不同于常規(guī)海船的要求，因此提供給了我們一個(gè)很好的學(xué)習(xí)內(nèi)河規(guī)范、法規(guī)的契機(jī)，擴(kuò)充了我們的理論知識(shí)，為我們將來(lái)更好地把握規(guī)范、服務(wù)船東打下了基礎(chǔ)，也為設(shè)計(jì)同類型船舶的人員提供參考。