邮船电力推进系统安全返港评估.pdf

第52 卷第1期2024年2 月文章编号：10 0 0-38 7 8(2 0 2 4)0 1-0 0 55-0 5造船技术Zaochuan JishuDOl:10.12225/j.issn.1000-3878.2024.01.20240110邮船电力推进系统安全返港评估Vol.52 No.1Feb.,2024董良志，曹亚冬（中船邮轮科技发展有限公司，上海2 0 0 137)摘要：以某邮船为例，采用系统总体评估和事故界限区域详细评估的方法，对电力推进系统的配置方案、设备布置、电缆选型和走向、系统关联等进行分析，评估电力推进系统设计方案是否满足安全返港规范要求，为邮船其他系统的安全返港评估提供指导。关键词：邮船；安全返港评估；电力推进系统；事故界限区域中图分类号：U676.1文献标志码：ASafe Return to Port Assessmentof Electric Propulsion System of Cruise ShipDONG Liangzhi,CAO Yadong(CSSC Cruise Technology Development Co.,Ltd.,Shanghai 200137,China)Abstract:Taken a cruise ship as an example,the configuration scheme,equipment layout,cable selectionand direction,and system correlation of electric propulsion system are analyzed with the methods of overallsystem assessment and detailed accident limit area assessment,so as to assess whether the design scheme ofelectric propulsion system meets the requirements of safe return to port specification,which can provideguidance for the safe return to port assessment of other systems of cruise ship.Key words:cruise ship;safe return to port assessment;electric propulsion system;accident limit area本设计、详细设计、生产设计到建造、调试、试航0 引言和运营。对邮船相关系统的供电、控制、布置和电邮船在发生不超过事故界限区域的火灾或进水缆等进行分析和评估，确保在发生界限区域内的事事故后应具备安全返港的能力，电力推进系统作为故时该系统可正常运行。安全返港设计具有目标导邮船安全返港的重要系统，可为邮船提供安全返港向和手段多样化的特点，通过对电力推进系统进行的动力。该系统关系船舶、船员和乘客的安全，其评估，采用系统总体评估和事故界限区域详细评估安全返港设计评估格外重要。的方法，验证设计方案的可靠性和经济性，优化设国外先进的邮船建造公司或设计公司具备安全计方案。返港系统评估能力，具备标准的评估流程、评估方1评估原理法和评估软件。我国在邮船安全返港系统评估方面尚处于起步阶段，国内邮船建造船厂和设计公司安全返港系统评估主要委托国外设计公司完成。目前国内的研究学者1-5将重点放在安全返港设计阶段，未对安全返港具体评估原理和方法进行深人研究。安全返港贯穿客船整个生命周期，从概念设计、基按照国际海上人命安全公约（SOLAS）第-2/2 1.4条和第I-2/2 2.3条要求，在发生火灾或进水事故后，在不直接受到事故影响的处所中需要保持运行的所有系统和系统所属部分称为重要系统。对规范进行总结，重要系统共分14类，在安作者简介：董良志（19 8 4一），男，高级工程师，研究方向为豪华邮轮电气系统56全返港过程中发挥不可或缺的作用，其中，更为重要的是关键系统，其有可能因1个或多个火灾或因1个或多个进水情况不能适当运行（事故均不超过临界）。围绕重要系统和关键系统，国际海事组织（I M O）海上安全委员会（MSC）的MSC.1Circ.1369通函给出大致的评估方案。每次评估应分为两步：系统整体评估，涉及重要系统和功能要求，对发生规定的火灾或进水事故后的重要系统进行结构化评估；关键系统的详细评估，即基于事故界限区域对设备和电缆的选型与走向等进行详细评估。基于上述评估，可找出导致重要系统不能正常运行的潜在风险，并适当采取措施（如分隔、双套、余和加强保护等），形成满足安全返港要求的设计方案。整个评估流程如图1所示。船舶描述立重要系统的总体评估支任何重要系统确定为设计可接受关键系统是文关键系统设计原则可接受是工关键系统的详细评估文所有重要系统的性能可接受是工最终设计立文件资料和认可图1评估流程2电力推进系统安全返港设计方案根据安全返港规范对电力推进系统的设计要求 6 ，电力推进系统采用双套结构和独立布置。以某一中型邮船为例，该船参数如表1所示。配置2个机舱，机舱壁采用A60级水密分隔，发电机和配电板分别布置在对应机舱内。配置左右舫2个推进机舱，推进机舱壁采用A60级水密分隔。为便于设计评估，将机舱发配电系统和左推进舱推进系统划分为A区，将舰机舱发配电系统和右推进舱推进系统划分为B区。左右舫推进变压器、推造船技术第52 卷第1期进变频器、推进电机和就地控制系统分别布置在对应推进舱内。推进系统的电缆走向应远离失火区域和易产生机械损耗的区域，服务于2 套推进系统的电力电缆应避免布置于同一事故界限区域内。同样，推进系统的控制电缆需要参照电力电缆的走向原则设计，实际的电缆托架应在水平和垂直2 个维度上尽可能远离，最终确保推进系统的余设计。电力系统单线图如图2 所示，其中，PMS（Po w e rManagement System）为电力管理系统，I/O（I n p u t/O u tp u t）为输/输出，MVZ（M a inVertical Zone）为主竖区。表1邮船主要参数项目参数总长/m229（全船设置4个主竖区）型宽/m29总质量/t49800乘客/名980船员/名450发电机容量/kVA6500X2，8 50 0 X2推进功率/kW7500X2是3基于系统的评估方法完整重新设计是否必要否基于系统的评估和基于舱室的评估是评估的两个基本过程，先进行系统的总体评估，再进行区域的详细评估。在评估电力推进系统事故的可能性时，应从供电系统和控制系统两方面进行考虑：损失1个供电线路或控制单元；损失某一事故界限区域。评估流程如图3所示。3.1控制系统对控制系统进行评估，除事故界限区域评估外，控制单元的评估均为概述性。原因在于在设计初期，考虑安全返港可靠性要求，控制单元配置布置均采用穴余设计方式，余可大幅提高系统的可靠性。该船2 套推进系统的控制系统相互独立。每套推进系统均包含1个独立的就地控制站，并包含位于集控室和驾驶室的遥控控制站。就地控制站和遥控控制站之间具有通信联系，但损失任何遥控控制站均不会影响推进系统的功能。安全返港对遥控控制站无强制要求，仅要求就地控制站应在安全返港时正常运行。董良志，等：邮船电力推进系统安全返港评估尾部机舱4号发电机组3号发电机组6500kVA8500kVA657尾部机舱尾部机舱2号发电机组6.500kVA6尾部机舱1号发电机组8500kVA后机舱主配电板A142A16A17MSVOA15右推进变压器右能推进变频器右航Azipod推进电机7.5MW14类重要系统（如推进系统）3.2供电系统供电系统与控制系统类似，同样可分为发电系统和事故界限区域进行考虑。事故界限区域评估同样放在基于舱室的评估中进行。发电系统采用穴余原则，左航推进系统由部发配电系统供电，右舫推进系统由部发配电系统供电。除机舱2 套供配电系统外，配备1套应急发配电系统。在发生不超过事故界限区域的事故时，应保证上述3套发配电系统中的2 套正常供电；在超过事故界限区域时，应至少保证上述3套发配电系统中的1套正常供电。1套发电系统损失，不会影响左航或右的推进系统正常运行，满足安全返港规范要求。4基于舱室的评估方法基于舱室的评估方法是对系统总体评估的完善和细化。若穴余系统的电缆穿过同一区域，则穴余性削弱，甚至导致无法满足安全返港要求。基于系统的总体评估不能检验该类问题，而基于舱室的评前机舱主配电板A19A20/A21A22A23A24A18机舱配也M变蓝器1号侧1号机舱配电口推进电动机变压器岸电1号空调变压器1号空调压缩机MVZ1丰坚区1往舱用电变压器690V220V基于系统的总体评估A253书机舱配电变压器岸电主坚区2往舱用电变压器690V220V图2电力系统单线图损失一个控制单元控制系统事故类型损失某个事故界限区域分为多个子系统损失某个发电系统供电系统事故类型损失某个事故界限区域图3评估流程估则可逐个区域进行检验，对事故影响进行详细分析评估，确保系统可保证满足安全返港要求。4.1评估文件准备4.1.1事故界限区域编号为便于对火灾和进水事故界限区域进行评估，需要对事故界限区域进行编号，编号规则如图4所示。水密线以下的甲板一般习惯性地以单一英文字母命名，依次为A甲板、B甲板、C甲板等，但由于邮船上层建筑的甲板较多，可能超过10 层，因此在邮船的火灾事故界限区域编码规则中，前两位为甲板编号。具体来说，水密线以下的甲板，其编号的前两位为“0 十字母”，例如“0 C”；上层建筑的甲板，其编号的前两位为2 个数字，以“0 1”开始。根据上述编号规则，可绘制该船推进系统事故界限区域分割图。某区域的事故界限区域划分如图5所示，每个区域均标出事故界限区域编号，便于后续评估。以“0 13A03”为例，该编号表示1甲A262号空调压缩机2号空调变压器M3号空调压缩机4号空调压缩机MVZ2MVZ3主聚区3往舱用电变压器690V220VA27?A01A02A03A04?5号空调2号侧推进电机3号侧压缩机推进电机3号空调变压器4号机舱配电变库器M5号机舱配电变压器440V岸电MVZ4主坚区4在舱用电变压器690V220VA05A06A07A086号机舱配电变压器左航Azipod推进电机7.5MW基于舱室的详细评估A09A10A11A120东盤推进变压器左脑推进变频器A1358固定式防火系统（A=覆盖，P=未覆盖）区域数字编号（a）火灾事故界限区域编号规则示例RxxxXNAPA软件区域编号（b）进水事故界限区域编号规则示例图4事故界限区域编号规则示例板、第3主竖区、固定式防火系统覆盖、第3区域的事故界限区域。012P12012A09012A08012A10012A07LO12AFEMVZ2图5某区域的事故界限区域划分4.1.2绘制推进系统评估原理图安全返港电缆分为4类，分别为防火电缆、路径检查电缆、区域内电缆和不重要电缆。根据MSC.1/Circ.1369通函第13条解释，由于在发生火灾时满足一定条件的防火电缆仍视为可用，因此防火电缆不需要进行评估。路径检查电缆和区域内电缆均非防火类型，区域内电缆的起点和终点位于同一区域，路径检查电缆的起点和终点不在同一区域。电缆的起点和终点位于同一区域，即电缆连接的2 个电气设备位于同一区域，若该区域损失，电缆存在与否并不重要。路径检查电缆连接的2 个电气设备位于2 个区域，该类型电缆穿过的区域至关重要，对设备是否正常运行具有很大影响，其穿过的每个区域均需要进行评估。不重要电缆与安全返港无关，在评估时不需要考虑。基于安全返港的电缆选型流程如图6 所示。在进行评估前，需要统计推进系统各事故界限区域内布置的设备和穿过的电缆。结合电力推进系统图、电缆类型和电气设备布置图，绘制安全返港造船技术第52 卷第1期06A/P甲板编号主竖区编号12013PQ2013A01013A03-013A0S0BBA04MVZ3电缆选型否不重要电缆是否属于重要系统是连接的用电设备复奢在筒一俊域杏是否为中压等级电缆防火防水雾电缆图6 安全返港的电缆选型流程电力推进系统图。以左推进供电为例，安全返港的推进供电系统如图7 所示，其中，数字19为电缆编号，与表2 相互对应。结合图表进行分析，可评估某事故界限区域发生事故对其他系统和设备的影响。以左航推进供电为例，供电电缆均为中压电缆，没有选用防火防水雾类型，且电缆起点和终点不在同一区域，安全返港电缆标识为路径检查电缆。应急配电麗部配电麗部配电部美配電板20OB2A05左航推进变频器和变压器间7图7 左航推进供电系统4.2基于舱室的详细评估基于舱室的详细评估主要以事故界限区域为中心，以电气设备所在区域的电缆类型和路径进行分析，评估该区域发生不超过事故界限的事故带来的影响和需要采取的操作。在明确评估区域后，从低层甲板开始，对事故界限区域逐个进行评估。以0 A1A42事故界限区域为例，对其进行评估，如表3所示。在0 A1A42区域发生事故损失时，需要考虑区域损失对推进系统的影响、在该区域发生事故后进行必要的手动操作和船舶系统可用性描述。在0 A1A42区域发生损失是是3崩部推进变压器4推进变频器95电阻部推进变压器60C1A05左航推进电机间区域内电缆路径检查电缆制动8推进电机董良志，等：邮船电力推进系统安全返港评估编号型号1XAI-6/10 kV(6/1X120)2XAI-6/10 kV(6/1X120)3XAI-3.6/6kV(6/1X120)4XAI-3.6/6 kV(6/1X120)5XAI-3.6/6kV(6/1X120)6XAI-3.6/6kV(6/1X120)7XAI-6/10 kV(6/1X150)8XAI-6/10kV(6/1X150)9XAI-6/10 kV(2/1X120)后，经过该区域的左航推进中压供电电缆发生损失，左舫推进电机失去动力来源，而B系统的右舫事故界限区域编号0A1A42影响影响区域失去左航推进电机0A1A42供电电缆7 和电缆8失去A系统根据上述步骤，基于舱室的评估方式对每个事故界限区域逐一进行详细评估，每个区域的事故影响可清晰表示。在完成所有的事故界限区域评估后，形成评估结果表，并显示推进系统与其他辅助系统的关系，如表4所示。按MSC.1/Circ.1369设备所在的设备事故界限区域0A1A430A1A280A1A420A2A08 0A2A140A2A16OB1A14辅助系统舰部推进辅助0B1A18是变压器部推进0B2A05变压器舰部主配电板59表2 左航推进电缆路径类型路径检查路径检查路径检查路径检查路径检查路径检查路径检查0B2A05-0C2A04-0B2A05-0A2A14-0A2A16-0A1A42-0C1A08-0C1A05路径检查0B2A05-0C2A04-0B2A05-0A2A14-0A2A16-0A1A42-0C1A08-0C1A05路径检查推进仍正常使用，保证返港动力。表3评估表格事故类型火灾手动操作手动操作对象手动操作位置左推进电机失去中压电能供给B系统未受事故影响，使用B系统通函第2.6 条所述，这些辅助系统应为重要系统，同样需要进行安全返港评估。但其评估不应在推进系统的评估中进行，而应在其自身的安全返港评估中完成。表4推进系统评估关系表（火灾事故）设备在推进系统涉及的事故界限区域是否可用是是是是OB1A14是路径区域0B2A01-0B2A050B2A01-0B2A050B2A05-0C2A04-0B2A050B2A05-0C2A04-0B2A050B2A05-0C2A04-0B2A050B2A05-0C2A04-0B2A050B2A05-0C2A04-0B2A05涉及区域是是否是是是0A1A42可用性描述对应的是否否否是是低温系统辅助是低温系统是否配电系统部主配0B2A01电板：上述评估验证该船电力推进系统的设计满足安全返港规范要求，在发生不超过事故界限区域的事是：是：是：是：故时，该系统的设备、电缆及其辅助系统可正常工作。下转第7 5页是：是是配电系统杨卫国：船用基座阻尼板敷设工艺减振降噪效果分析1.00.80.60.40.200.2-0.4-0.6一0.81.0%0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20（a）归一化脉冲响应曲线10(_s:m)/(率f10.10.010.00102.4工艺建议（1）阻尼板贴合率可由不低于90%调整至不低于8 5%，贴合率降低在保证减振降噪效果的前提下可提高阻尼板敷设效率。（2）阻尼板厚度应不低于1.5倍基板厚度，在特殊情况下考虑2.0 倍甚至更大，可节省阻尼材料、减轻基座质量。（3）阻尼板规格与减振降噪效果关系不大，75可依据基板形状对阻尼板进行裁剪，充分利用2片阻尼板组合形式-4片阻尼板组合形式频率/Hz2片阻尼板组合形式4片阻尼板组合形式100频率/Hz（b）原点频域动态响应曲线图6 不同规格试件响应曲线材料。3结语基于目前船厂使用的船用基座阻尼板敷设工艺，选取3组工艺参数，根据模态测试理论得到敷设工艺参数与减振降噪效果之间的关系。通过对测试结果的分析，可对船厂现行的施工工艺提出改进措施，指导船厂提高船用基座阻尼板敷设效率，节省阻尼材料，降低基座质量，并可反向支撑总体设计部门对基座设计进行优化。参考文献1孙宜强，王波，陶江平，等.船舶低噪声建造工艺发展思1000考 J.造船技术，2 0 2 0(6)：54-58.2崔向红，王瑞琨，刘晓东，等.船用聚合物基降噪阻尼材料研究进展 J.应用科技，2 0 2 2，49（6）：12 9-135.3李磊鑫，刘朝骏，陈炉云.船舶基座阻尼材料敷设优化及实验研究 J.中国舰船研究，2 0 17,12（6）：8 6-91.4张智伟，王铁渊.船舶基座阻尼材料敷设优化研究 J.船舶物资与市场，2 0 2 1,2 9（12）：55-56.5焦灵芝.阻尼减振技术在舰船典型设备安装基座中的应用研究 D.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2 0 0 9.6欧书博，宋磊，杨卓懿，等，约束阻尼层对钢板振动影响的试验与仿真 J.造船技术，2 0 2 2,50（4)：19-2 5.上接第59页5结语安全返港评估是邮船的一项系统性工作，贯穿设计、建造和运营各阶段。以电力推进系统为例分析安全返港评估的流程和方法，在完成评估后需要对不合理的设计方案进行修改和重新评估，需要手动操作的系统和设备应形成手动操作手册。通过上述方法编制的邮船电力推进系统安全返港评估报告已通过船级社认可，相关理论和方法可用于其他船型与系统的安全返港评估。参考文献1田正军,吴林，吉春正.客滚船安全返港设计流程与控制要点 J.船舶与海洋工程，2 0 2 0,36（6）：7 2-7 5.2王旭辉,郭佳.基于事故界限的客船安全返港能力评估分析方法 J.船舶，2 0 19,30（2）：6 5-6 9.3李艇，付云鹏，范永鹏，等.安全返港理念下的船舶设计方法分析 J门.中国造船，2 0 2 0，6 1（1）：18 7-193.4周海涛，孙玉娟.满足安全返港要求的推进及辅助系统设计研究 J.船舶标准化与质量，2 0 2 0（2）：2 0-2 3.5袁洋，李凯，董良志.基于安全返港要求的大型客船电力推进系统设计.船舶，2 0 2 1,32(1)：57-6 2.6中国船级社.IMO安全返港及有序撤离要求应用指南2019:GD05-2019S.2019.