典型双甲板远洋拖网渔船轮机系统设计

中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所 朱陈程

青岛海洋科学与技术试点国家试验室 赵新颖

深蓝渔业工程联合试验室 黄文超

与大洋性作业渔船相比，过洋性作业渔船一般尺度较小，但船员人数多，鱼、油、水舱容需求高，轮机系统设计难度大。主机、齿轮箱及前端动力输出等设备选型的优化，可提高系统的稳定性及可靠性，减少后期维修成本。改进通风管道、设置独立的配电间可以提高适居性。增设海底阀箱、对加工区排污系统进行分类处置，可以解决该类型船舶存在的一些共性问题。33.2m远洋双甲板拖网渔船是我国过洋性作业渔船的代表性船型之一，主要在摩洛哥和毛里塔尼亚海域从事底拖网作业，该船虽然主尺度较小，但拖力要求较高，且具有满足欧盟卫生标准要求的渔获物处理和冷冻冷藏系统，船员人数通常为26～29人，这些配置对该船的轮机系统设计提出了较高的要求。

基本情况

该船型可用于摩洛哥、毛里塔尼亚、安哥拉和塞拉利昂等西非国家近海单船拖网作业，多为水深100米以内的底拖网作业，鱼货经冻结室冷冻后储藏于冷藏鱼舱中保鲜，该船在国内建造，赴非洲时自航过洋，因此满足无限航区要求。该船为钢质、双底（机舱除外）、双甲板、前驾驶楼、艉机型、后舷侧机棚、单机、大直径导管桨、单舵、配艉门架和龙门架的艉滑道拖网渔船。尾部线型采用适配艉滑道的宽整甲板面、圆角直艉封板；首部线型采用大外飘、前倾艏柱、SV型球艏。主要技术参数如表所示。

主要机电设备

根据船东的实际使用需求，该船建造完成将立即开往非洲投产，之后在整个船舶运营期间内都不再返回国内。因此，主要设备除需满足各项技术指标外，设备及相应系统的可靠性和售后服务保障能力也是设备选型时的重点。同时，考虑到外方船员层次差异较大，设备及系统也应尽可能简单，以便于船员操作。

1、主机

该船捕捞作业方式为艉滑道拖网作业，起放网通过液压绞纲机实现，而液压绞纲机动力由主机自由端通过PTO形式提供，因此主机除能提供足够动力满足航行要求外，还要求主机具有飞轮端和自由端同时协同工作的能力，对主机的选型提出了较高要求。

考虑到工况复杂，而拖网/起网工况需要在低转速下运行，在主机选型时，同等功率应选用较低转速的主机。经综合对比论证，该船选用的机型其持续功率为882kW，持续转速650rpm，与同档功率机型比较，其低转速下能提供的扭矩更大。

表 主要技术参数

2、齿轮箱

该船主要有两种运行工况：航行工况和拖网工况。拖网工况要求螺旋桨转速低而拖力大，如采用固定速比的齿轮箱，则主机需要在低转速下提供较大扭矩，使得主机工作的可靠性降低。如选用可调螺距桨，亦可解决该问题。但可调桨成本较高，操作相对复杂，后期维护也难以满足船东要求，因此，该船选用双速比齿轮箱与固定螺距桨，在保证可用的同时，降低整船制造成本，也便于海外船员操作。

齿轮箱速比的选择需要考虑多方面的因素，包括：主机推进特性曲线、螺旋桨设计点选取、拖网工况需要的拖力及齿轮箱的设计要求。该船选用的速比分别为3.8：1（正常航行）与4.27：1（拖网工况）。

3、前端输出动力装置

前端液压泵站的选型主要取决于起网作业的要求，如起网速度及网具渔获物重量。该船起网作业时，船舶处于低速缓行状态，短时内主机需要同时承担前端起网负载及后端螺旋桨负载，动力分配如果不恰当，可能造成主机过载。为解决该问题，该船液压泵站采用2+2的配置方式，即每2个液压泵为一组，在主机负荷不足时，自动卸载一组的负荷，当主机负荷足够时，可两组同时运转，提高起网效率。

主机的动力经过弹性元件传递给PTO驱动轴以此驱动液压泵输出液动力。弹性联轴器将主机和PTO之间的硬连接变成了弹性连接，不仅可以补偿轴向、径向偏斜，同时缓冲了主机的扭震，改善了动力性能。启闭离合器电磁阀方便切换主机动力，离合闭合后，主机动力驱动油泵工作，保证甲板作业装备起放网作业；当需要航行动力时，切断离合器，主机动力全部用于航行，这样保证了主机长期处于经济转速工作区间，达到了节能的目的。

机舱布置

西非国家为了保护自己国家的渔业资源，对入渔船舶的总吨位、船长及船宽等有严格的限制，其中吨位要求最为严格。以摩洛哥为例，其要求在该国专属经济区从事拖网作业的渔船总吨位不能超过320。为了保证渔船作业的经济性和适居性，在优先考虑加工作业区域、鱼舱舱容及船员居住舱室的情况下，该船机舱空间受到较大限制。

该船机舱总长10米，需要设置主机、齿轮箱、发电机组、制冷机组及相关附件。为了便于船员集中监控机舱主要设备，同时隔绝机舱内可能存在的油雾、污水等对主要电气设备的影响，机舱内还设置有一个独立配电间。因此，该船机舱布置较为困难（如图1所示）。在与轮机长进行了充分的交流沟通，了解船员的操作习惯后，该船采用了功能分区的总体布置思路，在左舷设置配电间，将右舷空间设置为制冷装置及阀组操作区，保证主要通道及操作空间的同时，通过设备布置优化管路安排。

图1 机舱布置

主要管路设计

1、机舱通风管路

该船机舱层高受双甲板船的船型限制，扣除花钢板及结构后仅有2.35m，机舱通风管路的布置难度非常大。如按照通常的布置，机舱甲板反面依次设置电缆、管路及独立风管，则风管距离花钢板的高度可能不足1.9m，人员通行困难。

为解决该问题，经与船体结构专业工程师讨论，该船机舱内纵向及横向的通风管路均采用结构风管（如图2所示）。同时为了保障风管内不会因为结构件而产生涡流，所有加强结构均设置在风管外侧，保证通风效果。根据实船建造情况，结构风管的使用使得机舱净空达到了2.1m，满足正常的使用需求。

图2 结构风管的典型横截面图

2、排污管路

在拖网起网作业时，渔网会将大量的海洋杂物一同带进船上，因此该船除按规则及规范要求设置常规的舱底水处理系统和生活污水处理排放系统外，还需要增设加工区排污系统。

该排污系统设置在渔获物加工处理区，分为两套系统。一套主要处理固体废物，通过连接鱼池的排污槽及通往舷侧的排污门将原来从海洋中带上来的固体废物排放回海洋中。排污槽截面为边长600mm的正方形，舷侧排污口面积较大，而受限于总吨及层高，排舷外出口高出水线仅650mm。根据规范要求，此处排舷外口必须保证非作业排放情况下的水密性。由于排放物可能为体积较大的海洋杂物，如采用普通管道阀件，则非常容易引起堵塞，损坏阀件的密封性能。经与船东、供应商多次沟通，该船在排污口上设置有一道手动开启的方形刀闸阀，直径600mm，使用蜗轮蜗杆装置开启阀门，在非作业状况下，关闭该阀，防止海水进入。

另一套排污系统主要处理渔获物清洗过程中外溢的冲洗水。加工处理区前后左右4个角各设置一个深度约为300mm的污水井，外溢的冲洗水汇集至此后，通过喷射泵将污水排出舷外。考虑到污水中可能夹杂的少部分固体垃圾，为避免管路经常堵塞，该系统的管路及喷射泵排量的实际取用值均较常规计算值偏大。

3、海水管路

该船轮机设备，包括主机及制冷机组等所需的冷却水量较大，同时还需满足渔获物加工冲洗的要求，因此整船海水使用量非常大。而受限于机舱尺度，该船海水总管长度较短，实际可用长度不足5米，水泵布置非常集中，极易造成海水总管抢水现象，进一步形成汽蚀，大大降低了设备的使用寿命。

为解决该问题，该船较常规船舶增设1个海底阀箱。两舷侧各设置一个高位海底阀箱，另在船中处设置一个低位海底阀箱，全船共设3个海底阀箱。在增加海水供给的同时，增加了海水管路的长度，水泵也可根据使用情况分散布置，降低了管路的布置难度，也有利于后期对管路及系统的维护。

渔获物冷冻冷藏系统

该船的渔获除满足国内需求外，一部分渔获销往欧洲和日本，这些区域的卫生标准要求较高，该船为渔获配置了冷藏冷冻功能，渔获物经简单分级整理后，立即进行速冻，由于渔获体形较小，该船采用液压式平板速冻机，渔获出冻时间为4～6小时，可以提高渔获处理线的流转速度，冷藏舱的冷藏温度设置为-25℃，侧壁和顶面使用冷藏盘管。考虑到船员操作水平和使用习惯，该船采用活塞式制冷压缩机。该船的制冷系统原理图如图3所示。

图3 该船制冷系统原理图