用于長(zhǎng)江中游航道維護(hù)的2 000 m3/h自航吸盤挖泥船研制及應(yīng)用

(長(zhǎng)江航道局,武漢430010)

長(zhǎng)江中游航道維護(hù)2 000 m3/h自航吸盤挖泥船是長(zhǎng)江航道局按照交通部交規(guī)劃發(fā)【2009】553號(hào)文件，為提高長(zhǎng)江航道應(yīng)急搶通能力，改善枯水期航道條件，保障長(zhǎng)江中游黃金水道的暢通，由國(guó)內(nèi)自行開(kāi)發(fā)建造的一艘新型吸盤挖泥船。

吸盤挖泥船是挖泥船種類中較為特殊的一種船型，適用于大江河道的清淤疏浚及枯水期重要通航段的突擊搶修，其效能遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過(guò)其它類型的挖泥船。

長(zhǎng)江航道現(xiàn)階段疏浚工作存在的問(wèn)題[1]如下。

1)現(xiàn)有的航道維護(hù)疏浚船舶難以適應(yīng)航運(yùn)發(fā)展的需要。

長(zhǎng)江航運(yùn)具有運(yùn)能大、成本低、能耗小、吸納性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，是沿江廠礦企業(yè)大宗物資的首選運(yùn)輸方式。隨著上海航運(yùn)中心的形成、武漢城市圈建設(shè)加快推進(jìn)、西部開(kāi)發(fā)步伐加快，中下游航運(yùn)市場(chǎng)將更加活躍。目前，長(zhǎng)江航道現(xiàn)有的航道維護(hù)疏浚船舶大多數(shù)年代久遠(yuǎn)，設(shè)備的先進(jìn)性和工作效率難以適應(yīng)當(dāng)前航運(yùn)發(fā)展的需要。

2)長(zhǎng)江中下游航道維護(hù)性疏浚船舶難以滿足應(yīng)急疏浚的需要。

三峽庫(kù)區(qū)蓄水后，長(zhǎng)江中下游河段航道也出現(xiàn)較大的變化，無(wú)形中增加了航道維護(hù)的工作量，使得原本維護(hù)困難的局面更加嚴(yán)峻。

長(zhǎng)江中下游航道維護(hù)疏浚船舶主要有絞吸挖泥船、耙吸挖泥船等，由于部分挖泥船是非自航作業(yè)，快速反應(yīng)性能較差，施工展布礙航，不能滿足超淺、超窄航道應(yīng)急作業(yè)要求。因此，單靠原有的長(zhǎng)江中下游航道維護(hù)性疏浚船舶，難以滿足應(yīng)急疏浚的需要。

3)現(xiàn)有疏浚船舶難以滿足中下游航道枯水期維護(hù)疏浚強(qiáng)度大、時(shí)間緊的要求。

長(zhǎng)江中下游由于礙航淺水道眾多，以沙質(zhì)河床為主，每年的淤積量大，航道維護(hù)的工作量也相當(dāng)?shù)拇蟆Ｄ壳埃L(zhǎng)江中下游航道維護(hù)已經(jīng)不僅僅局限于枯水期，在汛期也出現(xiàn)過(guò)由于上游來(lái)水較少，水位較低而出現(xiàn)維護(hù)性疏浚的情況。因此，長(zhǎng)江中下游航道維護(hù)是整個(gè)長(zhǎng)江干線維護(hù)的重點(diǎn)，疏浚工作量大，船舶調(diào)遣里程長(zhǎng)，調(diào)遣難度大。

為解決上述難題，長(zhǎng)江航道局根據(jù)批示委托708所開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了新型吸盤挖泥船(以下簡(jiǎn)稱吸盤2號(hào))。708所設(shè)計(jì)項(xiàng)目組通過(guò)搜集、整理、消化國(guó)際上技術(shù)形態(tài)、設(shè)計(jì)理念較為先進(jìn)的吸盤挖泥船技術(shù)，并總結(jié)原有挖泥船成功設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，打造出具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、具有自己特色和技術(shù)特點(diǎn)的新型吸盤挖泥船。

1 吸盤2號(hào)性能分析

由于吸盤挖泥船的船型特點(diǎn)和適用范圍，使得其建造數(shù)量相對(duì)較少，自1993年美國(guó)建造Hurley以后，近20年來(lái)國(guó)內(nèi)外基本上沒(méi)有再行建造。表1為本船與目前國(guó)外吸盤挖泥船主要技術(shù)參數(shù)和性能比較。

表1 吸盤2號(hào)同國(guó)外吸盤船型比較

從表1可以看出，本船多項(xiàng)性能指標(biāo)先進(jìn)，采用了全電力驅(qū)動(dòng)、電子、自動(dòng)化等新技術(shù)，排泥方式多樣化，并且在施工方式上進(jìn)行了大膽創(chuàng)新。

2 總體設(shè)計(jì)思路及技術(shù)指標(biāo)

吸盤2號(hào)是708所完全自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的船型，見(jiàn)圖1。該船型既能體現(xiàn)當(dāng)今世界挖泥船發(fā)展趨勢(shì)和先進(jìn)技術(shù)，又具有自己技術(shù)形態(tài)特點(diǎn)，并充分考慮我國(guó)用戶的特性和需求，其主要技術(shù)指標(biāo)分析如下。

2.1 船型及用途

本船為全電動(dòng)自航吸盤挖泥船，采用鋼質(zhì)、單甲板、全電焊結(jié)構(gòu)、雙全回轉(zhuǎn)舵槳、方艉淺吃水肥大船型。本船主要用于長(zhǎng)江中游航道的應(yīng)急維護(hù)疏浚任務(wù)，作業(yè)區(qū)域?yàn)锳、B級(jí)航區(qū)。

圖1 吸盤2號(hào)總布置示意

2.2 作業(yè)方式

本船針對(duì)不同水域條件具有靈活的作業(yè)方式[2]。

1)直線絞進(jìn)疏浚。疏浚作業(yè)時(shí)采用首部?jī)膳_(tái)大功率的雙滾筒液壓摩擦式絞車，借助錨索及縱前八字拋設(shè)的大抓力工作錨，收緊錨索牽引船舶縱前移動(dòng)，使吸盤在高壓水的沖擊下做直線絞進(jìn)疏浚作業(yè)，同時(shí)可利用Z型舵槳起到側(cè)推作用，以克服橫流和風(fēng)力產(chǎn)生的橫向力，使船具有穩(wěn)定的方位。

2)自航頂推疏浚。為滿足不礙航應(yīng)急快速搶通施工的要求，本船設(shè)置有功率分配管理系統(tǒng)，控制全變頻電力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)泥泵和推進(jìn)電機(jī)，使兩臺(tái)舵槳裝置進(jìn)行推疏浚作業(yè)。

2.3 施工特點(diǎn)

1)采用首部開(kāi)挖方式開(kāi)槽作業(yè)，開(kāi)槽寬度大，施工效率高，功率儲(chǔ)備合適，調(diào)遣方便，應(yīng)急搶通能力強(qiáng)。

2)設(shè)有邊拋排泥及艉管排泥兩種排泥功能，邊拋排泥作業(yè)時(shí)不礙航，加之吃水較淺，對(duì)疏浚水域的適應(yīng)范圍較廣。

3)枯水期實(shí)施航道應(yīng)急疏浚時(shí)，還可以采用變吃水(半裝載狀態(tài)下)進(jìn)行突擊搶通，進(jìn)一步增強(qiáng)本船的維護(hù)功能。

2.4 主要參數(shù)

2.4.1 主要技術(shù)參數(shù)

總 長(zhǎng)88.60 m水線長(zhǎng)75.00 m型 寬15.00 m型 深4.80 m設(shè)計(jì)吃水2.50 m排水量(設(shè)計(jì)吃水/半載吃水)2 253/2 093 t總噸位(GT)2 169 t主發(fā)電機(jī)組(功率/轉(zhuǎn)速)1 600 kW/1 500 r/min停泊發(fā)電機(jī)組(功率/轉(zhuǎn)速)200 kW/1 500 r/min

2.4.2 疏浚作業(yè)參數(shù)

疏浚土質(zhì)中細(xì)沙、細(xì)沙及淤泥最大挖深16.0 m最小挖深2.6 m設(shè)計(jì)生產(chǎn)量(挖深12 m、排距600 m時(shí))2 000 m3/h泥泵參數(shù)(Q×H×N)13 200 m3/h×33 m×1 700 kW排水量(設(shè)計(jì)吃水/半載吃水)2 253/2 093 t吸/排管徑0.85/0.85 m高壓沖水泵2×1 600 m3/h×80 m×500 kW邊拋排距 60 m艉管排距600 m

3 吸盤2號(hào)的技術(shù)特點(diǎn)

3.1 采用自航吸盤挖泥技術(shù)

長(zhǎng)江航道局用于長(zhǎng)江中下游航道維護(hù)疏浚的現(xiàn)有船舶主要為耙吸、絞吸挖泥船。耙吸挖泥船不適于開(kāi)槽作業(yè)，邊拋距離短，受吃水限制，效率較低；絞吸挖泥船由于非自航，快速反應(yīng)能力不足，施工展布礙航，應(yīng)急性能低。

吸盤2號(hào)采用自航吸盤挖泥技術(shù)，應(yīng)急疏浚時(shí)能首部開(kāi)槽作業(yè)，適用于超淺航道施工和解決“超吃水”船舶擱淺破壞航道的情況，適合長(zhǎng)江中游航道大面積的平淤形態(tài)。能自航施工，具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性，作業(yè)效率高，施工不礙航。與耙吸、絞吸挖泥船配合作業(yè)，能夠適用于長(zhǎng)江中下游航道不同工況的疏浚。

3.2 采用全電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)

本船采用全電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)，總投資相比柴油機(jī)直接推進(jìn)船型雖有一定程度的增加，但設(shè)備布置緊湊，節(jié)省了空間，使船舶總體布置更合理，節(jié)能效果較好。這一措施的運(yùn)用不僅可以大幅降低建造、運(yùn)行、維修成本，而且運(yùn)行靈活、節(jié)能環(huán)保。

3.3 開(kāi)發(fā)了自航推進(jìn)作業(yè)模式

本船建設(shè)結(jié)合長(zhǎng)江航道局多年來(lái)的疏浚經(jīng)驗(yàn)，對(duì)吸盤的受力、高壓沖水產(chǎn)生的阻力、作業(yè)航行的速度、舵槳裝置的選型、功率管理系統(tǒng)的配置等多方面進(jìn)行了論證，針對(duì)吸盤挖泥船在世界上首次提出了自航推進(jìn)的疏浚作業(yè)模式，實(shí)船挖泥試驗(yàn)表明該作業(yè)模式疏浚效果顯著，為長(zhǎng)江航道的應(yīng)急快速搶通開(kāi)發(fā)了新的、高效的作業(yè)方式。

3.4 改進(jìn)吸盤頭高壓沖水裝置

目前國(guó)內(nèi)尚缺乏吸盤設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本船吸盤建造是在參考國(guó)外的有關(guān)資料基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

吸盤頭高壓沖水裝置由連接高壓沖水泵的高壓管路和吸盤頭部布置的噴嘴組成，本船采用兩臺(tái)高壓沖水泵。高壓管路設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)沖水泵并聯(lián)或串聯(lián)兩種工作形式，可根據(jù)不同施工工況靈活調(diào)整，兼顧了節(jié)能和最大工作能力；兩排噴嘴布置采用角度不同的布置型式，能分別工作或同時(shí)工作，隨吸盤俯仰角度不同，兩排噴嘴沖水能分別控制，提升了破土效率，節(jié)省了能源。[3]

以前的吸盤頭材料采用進(jìn)口的不銹鋼，工作中發(fā)現(xiàn)其耐腐蝕但不耐磨，本次建造中吸盤頭采用超高分子聚乙烯材料，可延長(zhǎng)使用壽命。

4 實(shí)施效果和經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益分析

4.1 吸盤2號(hào)實(shí)船使用情況

吸盤2號(hào)2012年5月31號(hào)竣工交付使用，主要用于長(zhǎng)江中游航道疏浚維護(hù)工作，并于2012年7月1日至2012年8月1日在常熟港專用航道C3#至C6#段進(jìn)行適應(yīng)性挖泥作業(yè)。2012年9月至2013年4月調(diào)遣至沙市進(jìn)行長(zhǎng)江中游河段枯水期的維護(hù)疏浚工作。

截至2013年4月底，船舶運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)1 513 h ；挖泥工況雙車運(yùn)行303 h，泥泵運(yùn)轉(zhuǎn)247 h，完成土方量約73.3萬(wàn)方，燃油消耗217 t。施工工況萬(wàn)方油耗為2.96 t/萬(wàn)m3。調(diào)遣航行工況雙車運(yùn)行176 h，航行162 h，燃油消耗92 t。錨泊工況單車運(yùn)行460 h，燃油消耗48 t；錨泊停泊發(fā)電機(jī)工況394 h，燃油消耗18 t。

4.2 經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益分析

吸盤2號(hào)的經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在以下幾方面[4-5]。

1)節(jié)約運(yùn)輸費(fèi)用。按長(zhǎng)江航運(yùn)運(yùn)輸量，測(cè)算出“有或者無(wú)”項(xiàng)目情況下運(yùn)輸費(fèi)用的節(jié)約為900萬(wàn)元/年。

2)節(jié)約企業(yè)時(shí)間。由于維護(hù)水平提高，船舶通過(guò)能力增強(qiáng)，可以有效地節(jié)約運(yùn)輸時(shí)間，減低成本，減少生產(chǎn)、管理等開(kāi)支，測(cè)算出“有或者無(wú)”項(xiàng)目情況下企業(yè)時(shí)間節(jié)約的費(fèi)用為1 300萬(wàn)元/年。

3)減少交通事故。由于維護(hù)水平提高，船舶交通事故減少，測(cè)算出“有或者無(wú)”項(xiàng)目情況下交通事故減少的費(fèi)用為410萬(wàn)元/年。

4)增加交通量。由于航運(yùn)能力提升，船舶通過(guò)能力增強(qiáng)，可以有效地增加交通運(yùn)輸量，測(cè)算出“有或者無(wú)”項(xiàng)目情況下增加交通量效益的費(fèi)用為540萬(wàn)元/年。

吸盤2號(hào)2 000 m3/h自航吸盤挖泥船應(yīng)用于長(zhǎng)江中游航道的應(yīng)急維護(hù)疏浚，充分發(fā)揮其疏浚不占用航道的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提高了應(yīng)急疏浚能力，有效緩解了長(zhǎng)江中游航道“瓶頸”效應(yīng)，對(duì)于保障中游航道的暢通，加快黃金水道的建設(shè)進(jìn)程，提升航運(yùn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)長(zhǎng)江流域經(jīng)濟(jì)、航運(yùn)的可持續(xù)發(fā)展，改善沿江的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)環(huán)境具有重要意義。同時(shí)吸盤2號(hào)建設(shè)期間采用的先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)船舶動(dòng)力裝置等設(shè)備，給國(guó)內(nèi)的造船市場(chǎng)注入了活力，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)造船技術(shù)的提升。

5 結(jié)束語(yǔ)

吸盤2號(hào)船型、主尺度等主要技術(shù)參數(shù)選取和主要機(jī)電設(shè)備配置及選型合理，船舶各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足交通運(yùn)輸部對(duì)可研報(bào)告的批復(fù)和長(zhǎng)江中游航道維護(hù)疏浚工況條件的要求，具有安全、高效、可靠，能耗低等特點(diǎn)，已成為長(zhǎng)江中游航道維護(hù)疏浚的關(guān)鍵設(shè)備。

[1] 長(zhǎng)江航道局.長(zhǎng)江中游航道維護(hù)2 000 m3/h自航吸盤挖泥船建造項(xiàng)目后評(píng)價(jià)報(bào)告[R].2013.5.

[2] 長(zhǎng)江航道局.2 000 m3/h自航吸盤挖泥船開(kāi)發(fā)技術(shù)總結(jié)報(bào)告[R].2013.5.

[3] 韓 龍，張海榮，邰能靈. 吸盤挖泥船采用全電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論證[J].船舶,2013,24(2)60-64.

[4] 馮 峰，孫 雪. 吸盤挖泥船吸盤試驗(yàn)研究[J].船舶，2012,23(4)7-11.

[5] 長(zhǎng)江航道局.長(zhǎng)江中游航道維護(hù)2 000 m3/h自航吸盤挖泥船研制及應(yīng)用報(bào)告[R].2013.7.