摘要：本文着重介绍了一艘海洋科考船的改装工程，通过改装之后使得老龄的科考船焕发出新的能力，在短时间内提质增效，满足当前国家加快建设海洋强国的策略，为海洋地质勘探事业增添光彩。
关键词：科考船 调查设备 改装
1.前言
该轮是一艘海洋石油综合物探科学调查船，无限航区，双机双桨，单个舵叶操控，主机舱位于船体中间，首尾线型狭长尖廋，满载排水量3362吨,续航力6000海里，入级CCS，船龄35年，主要航行于国内的南海、东海、黄海海域，可进行远洋航行，曾到过南极地区，经过多次改装，目前船上配置有多种海洋地质勘探设备和仪器，配置各类分析和化验功能舱室，可进行海底地形测绘、地质环境、海底资源、能源综合探测等多种海洋综合调查工作。
2.总体改装方案
本次项目改装主要内容是将FR29-200往后的整个尾总段割除，重新设计和建造一个新的尾总段与主船体合拢，拆除和更换新尾部各类设备，拆除和更换新的2根尾轴，螺旋桨不变，单舵改双襟翼舵，更换新的集控台，更换新的配电板并设计单独房间，将首部的4个燃油舱改为压载舱，在船中FR92-FR95右舷设计水下定位仪舱，将首部底下的多波束导流罩改装增加浅层剖面仪，设计和更新相关的管路系统和电气系统等。
3.具体改装内容
3.1 整船拉移上岸
拉移船舶上岸是拉移船舶下水的逆反过程，其道理和布置方式在总体上类似，拉移上岸修理的方式多见于小型船和内河船，但是在实际中极少有大型船舶拉移上岸修理，这是在经济上不划算，由于本项目修理周期长，切割旧的尾总段切割和安装新的尾总段要求定位精度比较高，不同于哪些中间加平行中体的改装项目要求不高。
整个船舶上岸过程中，最关键的还是船舶坐落坞墩定位的时候，要求船舶尽量少发生横倾，同时由于本船的外底板是倾斜的，因此在抬船过程中控制船舶的定位需要更加稳妥和精准。我司借鉴现有的“轨道+小车+液压推移系统+船务驳1 ”的船舶下水模式，所用设备和路轨都是一样，在科考船进厂靠泊后，在“船务驳1”上的轨道上设置抬船小车和横挑梁，在横挑梁上布置好垫木、斜墩木并固定，大量的斜墩木需要经过线型放样，这样才能精确保证斜的船底板恰好坐落受力而不会发生倾斜。在半潜驳上前后定好2根标杆，这是粗定位；在抬升过程中需要随时校对好船舶中心线，慢慢调压载和拖轮在2边推移船舶，使得船头船尾能尽可能地落在预设置的中心定位之上（图2、图3）。
3.2 模块化整体割旧换新尾部船体
尾部船体结构从FR29-200往后整体割除，制作新的船体结构，主要的设计是将肋骨线型增肥胖，将原来尾部上翘、狭窄的尾部主甲板降低和加宽。增宽肋骨线型能增大排水量，因为改装后船舶搭载的设备增多、增重，设计增大100吨排水量；加宽尾部主甲板能布置更多的科考设备和方便人员走动和操作，降低恶劣天气作业的危险性。
3.3 轴系换新的工艺难点
本船的推进系统为双低速主机、双调距桨、双轴系配置、单舵。二根尾轴各由三道水润滑轴承支承，每套轴系配三根中间轴、三只中间轴承以及一根配油轴、一个配油器。轴系由主机向后低处、向外、向斜伸出，如图6 所示。本次改装，主机位置不作改变，尾轴支承方式也不改变，但是前、中两个尾轴承的支架位置发生了改变；单个舵叶改为双襟翼舵。
轴系的改装需要对轴系进行强度计算、校中计算、回旋计算、扭振计算等，由于该船的主机资料缺乏，难以找到原来的厂家获取资料—前南斯拉夫生产的柴油机，B&W 6K45GF, 2 X 3880kw，220rpm，所以，对强度计算、扭振计算难以完成，但是也不会变化很大，另外，由于在轴系数据没变化，从理论上讲可以仅算是换了新尾轴，但轴系没变。
由于船体结构在FR29-200处往尾部整体割除换新，所以尾轴支承座（每根轴各配铸钢件三道）需重新配制、重新定位、重新膛孔，整个轴系也要重新校中、安装，由此引起尾轴支承铸件的更换，尾轴承内衬（高分子材料）、尾轴铜轴套、尾轴承铜套、首密封装置需更换。原轴系零部件尽量不作改动，但在拆除过程中难以保留的部件除外。
3.4 单舵系换双襟翼舵
原船为双机双桨单舵，舵为流线型平衡舵，舵面积约9.765 m2，舵面积比为2.14％，平衡比为0.302，展弦比为1.083，厚度比为0.18。舵机采用液压舵机，最大扭矩为16t.m。根据船长反馈，原船在低速（1~5节）操纵时舵效很差，难以满足当前科考任务定位需求，因此需要对舵进行改造，该船双主机功率较大，机动性较高，低速作业任务较多，因此，按照规范提高舵效就要增加舵面积，很明显采用双舵对本船是最佳选择，双舵型式有流线舵襟翼舵，参考现阶段的海洋工程船多选择双襟翼舵，同时襟翼舵的成本相对低些，另外由于螺旋桨端部与舵叶前缘距离较远，为确保舵效减少艉部重量，综合考虑本船选用双襟翼舵是最佳方案。
采用了新的双襟翼舵之后，操作系统需要在驾驶台配置新的操舵装置，由于是老龄船，从船尾到船头驾驶楼超过80米的距离
3.5 机舱区域总纵强度加强
原船是机舱布置在船中，使得主甲板在中间有大开口，船舶经过34年的航行已经使得结构材料有所疲劳，改装多次和加装设备使得船舶吃水达接近到了设计富裕度的限制值；同时舱室的变更，首部的4个燃油舱将改到尾部区域，原燃油舱变成压载舱；尾部FR29往后的船体结构切割换新线型和结构图；部分区域由于强度问题，钢板发生较大变形，具体位置位于烟囱两侧的驾驶甲板、位于FR55-57的主甲板，这两处区域对总纵强度影响较大，另外根据测厚报告，最大腐蚀量达到2.3mm（原板厚18mm），很显然已经不能满足要求，综上所述，因此按照目前的规范要求对船舶的总纵强度进行一次校核，经过计算，为增大中剖面处的模数，同时考虑施工的便捷性和改装费用，将会在FR40-FR100范围内，在舷侧3根纵骨、机舱舱口甲板纵桁的腹板贴装复板，加厚厚度，设计方案见图7。
3.6 集控台整体换新改装
原船机舱检测报警系统，多个报警点有误，并有部分探头不能正常工作，有极大安全隐患，并对主机的监测不全面，另外设备年龄老化严重，有近三十年，在当前科考任务繁重，作业时间超长，经过多年多次改装和增加了很多各类新设备，经过勘验发现原船集控台一次、二次仪表老旧，台面布置陈旧，综合功能不全，无可视化操作，内部接线混乱，电缆标示缺失，端子排老化综合考虑后，对全船机舱检测报警系统，主机遥控系统换新，集控室彻底更换集控台。
3.7 主配电板整体换新
原船配电板安装在付机舱内，完全裸露，辅机舱温度高，离辅机约1.7米，设备老旧，功能单一，并经检测绝缘，发现由于电缆老化严重，部分电缆绝缘低，影响配电电网安全，船员反馈配电板不时会发生问题和跳闸断电。经过和船东沟通，旧配电板全部换新，原来的位置不变，可在配电房周边加装5面围壁，单独从辅机舱隔离出一个房间来，并配以空调冷却；船东有计划更换艇甲板的空调，采用大功率的，可从该处引风管下来接到信的配电板室和集控室。
3.8 新增光电复合缆绞车及系统
光电复合缆绞车系统包括一套动力单元，一套滑轮组，一套升沉补偿器，一套牵引装置，一套储缆绞车和排缆器，还需用到万米绞车、倒L架和尾部A架。新的尾总段将会设计一个舱室来布置光复合缆绞车的牵引装置、储缆绞车和排缆器，光电缆将会从主甲板的滑轮组穿出，一个方向导向尾部的A架，一个方向导向右舷的倒L架。整套光电缆复合缆绞车系统是一个比较复杂的系统，还需考虑到光缆的更换，不同的科考任务对光缆的性能有不同的需求，在船舶基地码头还配有专门的上缆及排缆器。光缆和普通钢丝绳缆绳不一样，为了防止光缆在绞动过程中受到磨损，因此各处的滑轮组需要使用高分子材料。
3.9 新增加水下定位系统
在机舱前壁增加水下定位装置，水下定位系统实际是超短基线定位系统（USBL - Ultra Short Baseline）。新加的水下定位设备的形状想一个打针筒，当需要工作的时候把探测杆伸出船底浸入水中约2.8米，端部的收/发换能器然后发射超短声波到海底，目标回收。系统的基本原理是收发换能器向水下目标发送询问信号，水下目标上安装有声学应答器，应答器收到USBL收发换能器的信号后发送应答信号，见下图所示。收发换能器通过测量声学信号的来回时间来测定目标离收发换能器的距离。由于收发机上安装有多个（3个以上）水听器，通过交汇测量，可以确定水下目标相对于收发换能器的位置。主要是用于水下机器人的定位和跟踪。（图8）
3.10 新增浅地层剖面仪
在机舱前壁下面的船底板处增加，浅地层剖面仪（Sub-Bottom Profiler ）是利用声波探测浅底地层的剖面结构的仪器，其组成包括水下单元（湿端）、甲板单元（干端）和系统软件。科考船在航行过程中，设置在船上或其拖曳体上的换能器向水下垂直发射大功率低频脉冲的声波，抵达水底时，部分反射，部分向地层深处传播，由于地层结构复杂，在不同界面上又都有部分声波被反射，这样，依这些反射界面的特性和深度不同，在船上接收到回波信号的时间和强度也不同，通过对回波信号的放大和滤波等处理后，送入记录器，就可以在移动的干式记录纸上显现不同灰度的点组成的线条，清晰地描绘出地层的剖面结构（图9）。
3.11 物探室更新网络系统
由于很多网络系统老旧，同时计算机网络信息的发展日新月异，原有的网络系统已经难以满足新设备和船上信息传输通讯的需求，船上的物探室是集合了各类电脑和计算机设备，因此将该区域的电缆、电线、网络线全部拆除换新，进一步提升计算机网络速度，实现系统软硬件资源共享、数据库资料共享和调查数据交换，把导航仪器和实验仪器连接起来，将船舶的导航数据（如船位、航速、航向等）提供给各实验室，并以图形、表格的显示方式供观察使用，实现数据资源的共享；船舶实验室和作业甲板安装摄像头和显示屏等视频互动设备，能把海上获取的调查数据迅速地传输到陆地研究，更方便实施互动和指导勘察调研。
4.结束语
通过本船改造升级之后，总结发现很多问题和缺点，最主要的是缺乏资料，但是在船厂、设计院和船级的多方努力之下都得到了解决，科考船的改装并不是简单地换一些新设备那么简单，实际在改造过程中需要提前花费大量的时间摸索清楚船舶各个状况，发现并预测问题，然后多次召集专家讨论和分析，得出正确的方向和结论，降低施工难度和减少拖延时间，最终才能顺利的完成老龄科考船的改造工程。该轮改装成功，为我国加快海洋经济发展提供了强有力的地质服务和技术支撑。
参考文献
[1]国外海洋调查船发展历史和趋势以及对我国的启示[J].孟庆龙,杨维维,孙雅哲,李尉尉.海洋开发与管理.2016(11).
[2]国外海洋科考船现状及总体设计技术发展方向[J].刘松,左文锵,隋智享.舰船科学技术.2014(06) .
[3]中国远洋调查船发展现状及未来设想[J].周宁.舰船科学技术.2014(S1) .
[4]国内外海洋调查船发展对比分析[J].陈练,苏强,董亮,左艳军,葛宋.舰船科学技术.2014(S1) .
[5]我国海洋调查船的现状与未来[J].张炳炎.世界科技研究与发展.1998(04) .
论文作者:王志峰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/10
标签：船舶论文; 襟翼论文; 尾部论文; 水下论文; 甲板论文; 绞车论文; 设备论文; 《基层建设》2017年第16期论文;