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海洋工程船舶技术发展新趋势

新闻来源:中国船检    浏览量:1924 赵宇欣 2015-12-08
        2015年上半年,以挪威Ulstein公司、芬兰瓦锡兰公司为代表的具备较强研发实力的设计公司和船厂纷纷发布了新型海洋工程船舶设计,除了具备更高作业性能外,大部分新型装备都聚焦在节能减排、提升效率等方面。
        Ulstein是一家设计、制造能力兼备的造船集团,它设计的X-STERN型船在今年的挪威海事展上获奖,该设计采用弓形船身,有效保护工作甲板、减少运输途中的震动、提高船员的舒适性,降低了油耗,并极大地提高了操纵性、灵活性。另外,Ulstein还在OTC展会上发布了两型起重船、一型完井修井船和一型钻井船设计。芬兰瓦锡兰公司也发布了新型平台供应船和三用工作船设计,两款产品的最大特色是较其他产品可以大幅降低能耗;荷兰Royal IHC船厂推出新型混合动力三用工作船,配置了先进的混合动力系统,通过一个智能的PMS网络,不断优化推进系统,始终能够以最节省燃料的方式管理所有动力需求,显著节省燃料;西班牙Sener公司开发了新型多用途水下支持船,采用柴电混合推进系统,提升效率。
图1  “X-STER”船型和瓦锡兰推出的新型平台供应船
        新型船舶设计聚焦节能减排,其主要原因是环境保护问题刻不容缓,许多国家和国际非政府组织都提高了对船舶气体污染物排放控制的要求,且在未来几年将日益严格,而对于研发公司来说这既是挑战又是机遇,早一步攻破技术堡垒就可能早一步占领市场先机。另外,在海工行业低迷的情况下,船东和运营商也希望通过优化船型设计,减少油耗的方式来节约成本,力争在运营市场占据一席之地。
        2014年,国际海事组织海事安全委员会通过了《极地规则》,将于2017年1月1日生效,届时航行在极地区域的大多数船舶需要通过获取证书来获得在极地航行的资格。北极海域存储着世界上30%的海洋石油资源,吸引着各国争相研发适用于极地作业的海洋工程装备,《极地规则》的生效也让船厂和研究机构看到了市场机遇,今年上半年成交了4艘A1冰级多功能支持船和2艘B2冰级三用工作船,并有多型极地船舶和配套设备发布。
        破冰船的研发方面,芬兰AkerArctic公司开发了具有革命意义的破冰救援与应急船。该船首次采用不对称的船体结构,不仅可以前后破冰,还可以以一定的倾角进行破冰,克服了船宽尺寸相对较小的不足。该船型宽为20.5米,船上的3台全回转推进器也呈不对称排布,在斜角模式时能破出50米宽的航道。上半年该公司与俄罗斯Vyborg造船厂、三星重工等签订合同,在现有船型的基础上提供破冰船和破冰穿梭油轮的设计方案。
图2  AkerARC 130 A破冰船
        2015年以来海工船舶配套产品不断更新,向着高效率、高可靠性、高操纵性等方面发展。许多公司和研究机构发布了其优势领域中的新型设备,扩大其产品系列的范围。
        1. 推进系统
        ABB和Rolls-Royce掌握着船舶电力推进系统的先进技术,上半年两家公司均推出了新型推进系统产品。ABB推出了吊舱推进系列的新成员——Azipod® D型推进器,提升了操纵性,能够将电机性能提升高达45%,从而降低最高可达25%的装机功率,将为近海钻探船、工程船、支援船和渡轮等船运市场提供更多选择;Rolls-Royce也推出了新型永磁技术全回转推进器,经过在挪威科技大学“Gunnerus”号研究船上进行的海试,与使用柴电混合技术的全方位推进器相比,这对推进器在不同船速下可以节约7—13%的功率。另外,Rolls-Royce上半年交付了它的第1000套推进器产品,其业务能力可见一斑。两家公司均在原有的系列推进产品基础上发布了更高端、更先进的推进装备,为巩固市场地位加强技术储备。
图3  Azipod® D型推进器和Rolls-Royce新型永磁全回转推进器
        我国上半年在推进系统方面也多有建树,相关领域技术研发虽然起步较晚,但已经取得了长足进步,目前国内走在技术前沿的机构包括中船重工第712研究所和中国南车株洲研究所。712所推出了低压2800kW电力推进系统及关键设备,基本可以覆盖未来我国大多数海工船舶的动力需求;4月,南车株洲研究所自主研制的船舶电力推进变频驱动系统成功应用在烟台中集来福士海洋工程有限公司建造的一艘5万吨半潜船上,已经通过美国船级社的认证。两家研究所再次打破国外垄断,为我国实现海工船舶高端配套设备自主化再进一步。
        2. 发动机设备
        为应对越来越严格的排放控制法规,各个发动机厂商纷纷推出不同渠道的解决方案,例如采用气体燃料达到减排目的的燃气轮机和双燃料发动机,以及采用尾气处理方式的SCR(催化还原法)技术、乳化油处理技术、废气再循环技术等。
        瓦锡兰、德国MAN和日本新泻电力系统公司分别推出了新型双燃料发动机,均满足IMO排放控制区最严格的Tier III氮氧化物排放法规。瓦锡兰50DF双燃料发动机能实现在LNG、乙烷、液化燃油或重油之间无缝转换,而不需要对硬件进行任何修改并可以不中断运行,为使用燃油的灵活性建立了一个新的标准;MAN公司的L35/44DF中速发动机在今年五月获得型式批复证书,在气体模式时满足Tier III排放标准,能在100%全负荷运行时快速从气体模式切换至柴油模式;新泻28AHX-DF双燃料发动机可同时减少柴油和LNG燃料消耗,额定功率320kW,转速800转/分,已通过日本船级社的全型号认证,即将用于日本首艘LNG燃料拖曳船。
图4  50DF发动机和L35/44DF发动机
        3. 甲板机械
        海工船舶对甲板机械的性能要求是非常高的,除了需要在有限空间发挥较强的工作能力,还要在复杂海况下保证高可靠性、操作性,以及尽量减小振动、噪音,保护船员安全。
        荷兰HUISMAN公司作为一流的老牌起重机企业,今年上半年成功完成第一台绳索变幅折臂起重机,起重能力900吨,完全采用电气驱动,能在噪音低、维护少且无溢油风险的情况下,精准控制起重机及负载运动。此款起重机融合了普通基座式起重机和传统折臂式起重机的优点,其主臂和折臂结构重量较轻,由而展现的负载曲线不亚于有固定起重臂的基座式起重机;并且它的可伸展折臂使其能在满载时实现通常只有固定大臂才特有的起重高度。这款起重机在设计、制造、运作方面的突出创新而获得2015海上支持期刊奖活动中的“年度创新奖”,未来有望广泛应用于海工支持船舶领域。
图5  HUISMAN公司绳索变幅折臂起重机
        油价低迷影响着海工市场,但油价不可能一直在低位徘徊,因此全球针对海洋工程的技术革新从未停下,更加严格的强制性公约、规范也起到推波助澜的作用,复杂的市场环境将淘汰一批落后技术和产能,海工产业面临洗牌。虽然短期内难以复苏,但海工市场被全球企业普遍看好,而稳住脚跟的最好途径就是在相关领域拥有垄断性技术,由此可见,市场是引领技术发展趋势的重要因素,没有市场需求的技术无法得到发展,市场是新技术的试金石。

 
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