徐志堅

(浙江方圓造船有限公司，浙江 臺州 317000)

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節(jié)能措施在10 m3抓斗挖泥船上的應(yīng)用

徐志堅

(浙江方圓造船有限公司，浙江 臺州 317000)

摘要：由于抓斗船具有技術(shù)含量高，機(jī)械設(shè)備復(fù)雜，自動化要求高，單位排水量裝機(jī)功率高于普通運(yùn)輸船等特點(diǎn)，且節(jié)能減排的作用將更為明顯，研究設(shè)計了10 m3抓斗挖泥船。介紹了10 m3抓斗挖泥船的工作方式和良好性能，通過在該船實(shí)施6條節(jié)能減排措施，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保、綠色的目的。

關(guān)鍵詞：抓斗挖泥船；優(yōu)化設(shè)計；節(jié)能

0引言

節(jié)能減排、綠色低碳已成為技術(shù)發(fā)展、創(chuàng)新的一項(xiàng)主要任務(wù)。抓斗式挖泥船(以下簡稱“抓斗船”)作為一種特殊的海洋工程船舶，由于具有技術(shù)含量高，機(jī)械設(shè)備復(fù)雜，自動化要求高，單位排水量裝機(jī)功率高于普通運(yùn)輸船，節(jié)能減排的作用明顯等特點(diǎn)，目前已從傳統(tǒng)簡單的疏浚土挖掘轉(zhuǎn)移延伸到了岸灘養(yǎng)護(hù)、水利防洪和庫區(qū)清淤、江河湖海等水環(huán)境的改善和生態(tài)恢復(fù)、水下采礦等諸多領(lǐng)域。

本文以10 m3抓斗挖泥船為研究對象，采用多項(xiàng)節(jié)能技術(shù)，達(dá)到節(jié)能環(huán)保、降本增效目的。

1抓斗船挖泥方式及性能

1.1抓斗船挖泥方式

本船工作原理主要為：首先，利用全回轉(zhuǎn)式挖泥機(jī)的吊桿及鋼索來懸掛泥斗，在抓斗本身重量的作用下放入海底抓取泥土；然后，通過絞車鋼絲繩的配合，在重力作用下關(guān)閉抓斗，并通過另一個卷筒及鋼絲繩升起泥斗；最后，再回轉(zhuǎn)到預(yù)定點(diǎn)開斗將泥卸掉，一般是卸到泥駁上。抓斗機(jī)又轉(zhuǎn)回挖掘地點(diǎn)，進(jìn)行挖泥，如此循環(huán)作業(yè)。一般情況下，10 m3抓斗式挖泥船每小時產(chǎn)量不小于450 m3。

抓斗式挖泥船的定位移船原理類似于絞吸挖泥船，在艏、艉拋設(shè)大約100 m長的八字錨，用來固定抓斗挖泥船，并靠收放錨繩的方式來實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展挖泥面積。

1.2抓斗船性能

抓斗式挖泥船具有作業(yè)吃水淺，挖掘土質(zhì)范圍寬(有淤泥、粘土、礫石、沙土、垃圾等)，挖掘效率高(挖掘物含水量少)，挖掘費(fèi)用低，與泥駁配合排距遠(yuǎn)等特點(diǎn)，在土質(zhì)復(fù)雜、垃圾較多、排泥距離較遠(yuǎn)等區(qū)域作業(yè)時優(yōu)勢更為明顯。

2主要量度

本船為非自航抓斗挖泥船，主要用于廈門海域的疏浚、碼頭港池的清淤維護(hù)等，可對泥駁船進(jìn)行裝駁作業(yè)。航區(qū)為遮蔽航區(qū)施工作業(yè)，在封艙的條件下可在沿海航區(qū)拖航調(diào)遣。

本船配有7 m3和10 m3兩種不同容量、重量的抓斗，適應(yīng)于挖掘不同的土質(zhì)。7 m3抓斗適應(yīng)于挖掘一般粘土、松散的沙質(zhì)土及N值(疏浚土層軟硬指標(biāo))1～25的中等沙土，10 m3抓斗適用于挖掘水下N值小于10的淤泥。

其主要量度如下：

總長

43.8 m

型寬

16.8 m

型深

3.4 m

設(shè)計吃水

2.4 m

限高

水線以上14 m

配員

12人

3節(jié)能減排措施

能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗越來越大，且消耗的能源大部分是不可再生資源，因此，有必要降低能耗，提高資源利用率，控制和減少污染物的排放。本文以10 m3抓斗船為例，介紹多項(xiàng)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。

3.1優(yōu)化船型提高船舶穩(wěn)定性并減少拖航阻力

本船為鋼質(zhì)全焊接結(jié)構(gòu)。全船采用箱形船體，圓舭，艏部船底為雪橇型，艉部船底采用切角型。

抓斗船船體呈箱型，寬度較大。抓斗側(cè)轉(zhuǎn)拋泥時，往往會產(chǎn)生較大的船舶橫傾力，而箱型船體則可保證船舶施工作業(yè)時的穩(wěn)定性,產(chǎn)生的橫傾角最小，使船體不至于有太大的傾斜。鑒于本船施工作業(yè)水域的特殊性,在流速高達(dá)3.0 m/s、風(fēng)速16 m/s的海域進(jìn)行作業(yè)時箱型船體產(chǎn)生的興波阻力是很大的，為減小調(diào)遣時的阻力，將船體尾部設(shè)計為箱型,首部設(shè)計為雪橇型,并采用圓舭。10 m3抓斗挖泥船船型優(yōu)化設(shè)計后減小了船舶航行阻力，節(jié)省了拖航時間，同時也減小了幫拖拖船的功率。

3.2采用先進(jìn)的“一拖三”復(fù)合動力驅(qū)動形式

本船由1臺895 kW柴油機(jī)提供主動力，柴油機(jī)飛輪端經(jīng)過奧米茄變矩器、主減速齒輪箱驅(qū)動起升、開閉轉(zhuǎn)筒組，實(shí)現(xiàn)抓斗的上升、開閉；柴油機(jī)自由端通過分動箱，驅(qū)動液壓泵和150 kW軸帶同步發(fā)電機(jī)；液壓泵驅(qū)動回轉(zhuǎn)馬達(dá)、變幅機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)抓機(jī)的回轉(zhuǎn)、變幅；發(fā)電機(jī)給抓機(jī)和船舶供電。這種“一拖三”的配置形式可提高傳動效率，減少柴油機(jī)的配置數(shù)量，提高設(shè)備管理水平，減輕工人勞動強(qiáng)度，降低投資成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到節(jié)能、降耗的效果。另外，該抓斗機(jī)還配有抓斗的開度、挖深等狀態(tài)和位置指示設(shè)備、相關(guān)的安全報警及顯示儀表。驅(qū)動形式如圖1所示。

圖1　驅(qū)動形式

3.3采用淡水循環(huán)冷卻

本船在挖泥作業(yè)時，需要外界提供冷卻水對柴油機(jī)、變矩器進(jìn)行冷卻。考慮到本船是挖泥工程船，工作水域水質(zhì)惡劣、渾濁，泥沙含量較高，且海水對機(jī)器設(shè)備腐蝕性強(qiáng)，為了提高挖泥設(shè)備的可靠性、延長壽命周期，本船采用非海水冷卻系統(tǒng)，即用淡水冷卻泵將淡水循環(huán)艙的冷卻水供給挖泥船相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行冷卻。由于本船作業(yè)時需與泥駁配合，因而作業(yè)時間是否連續(xù)與航道水深有關(guān)，即有些工地可以全天候作業(yè)，有些工地如灘涂只有在漲潮時作業(yè)。當(dāng)抓機(jī)連續(xù)長時間工作，產(chǎn)生的熱負(fù)荷大時，可以利用海淡水冷卻器、海水冷卻泵對循環(huán)的淡水進(jìn)行冷卻，從而滿足淡水再循環(huán)的要求，實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作?？紤]到本船主要在灘涂、岸邊等工地施工，每天連續(xù)工作時間短，熱負(fù)荷低，利用淡水循環(huán)艙的艙壁與外界海水的接觸，對淡水進(jìn)行降溫，從而滿足淡水再循環(huán)冷卻的要求，不用開啟海水冷卻泵從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

3.4采用具有被動放纜功能的4錨定位方式

本船主要應(yīng)用于近岸沿海水域。考慮到該水域施工存在船多、流急、障礙物多的特點(diǎn)，擬采用4錨定位作業(yè)，船前后各拋2個八字錨，可以牢牢地固定船身。根據(jù)需要，通過4纜收放的配合，可以實(shí)現(xiàn)船舶前后左右的位移，從而擴(kuò)展挖泥工作面。本系統(tǒng)設(shè)計成2臺移船絞車以額定負(fù)載收纜，而另外2臺移船絞車被動放纜的形式實(shí)現(xiàn)移船；即2臺收纜，2臺被動放纜，兩兩聯(lián)動操作。采用這種具有被動放纜功能的4錨定位方式，可減輕船員操作強(qiáng)度，并節(jié)省能耗。

3.5采用外界吸氣的渦輪增壓供氣方式

本船抓機(jī)柴油機(jī)布置在回轉(zhuǎn)支承上的抓機(jī)機(jī)艙內(nèi)，此處高于主甲板。如果柴油機(jī)直接在機(jī)艙內(nèi)吸氣，為了提高吸氣質(zhì)量，需要通過機(jī)械通風(fēng)機(jī)從外界送風(fēng)到柴油機(jī)附近?？紤]到本柴油機(jī)機(jī)艙外部比較開闊，外界自然通風(fēng)條件較好，因此，本船將柴油機(jī)吸氣濾器布置在機(jī)艙頂棚，采用外界自然吸氣的渦輪增壓方式，并用管道與柴油機(jī)連接。這樣既可以為柴油機(jī)提供高品質(zhì)的足夠的新鮮空氣，又減少了輔助設(shè)備，具有提高柴油機(jī)運(yùn)行條件和節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。

3.6上層建筑采用蓄電池供電的24 V低壓照明

本船在海岸邊作業(yè)，潮位低時泥駁無法進(jìn)出，抓斗船需停工。由于停工時間短，船舶只需很少的照明電進(jìn)行維持，因此上層建筑可采用蓄電池供電的24 V低壓用于照明，不用啟動發(fā)電機(jī)組，減少了發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行時間。

4結(jié)語

隨著港口建設(shè)的規(guī)模擴(kuò)大和海洋資源的開發(fā)利用，挖泥船的使用越來越重要，功能越來越強(qiáng)大，種類也越來越多。抓斗船作為挖泥船的一種，因其節(jié)能減排效果明顯，越來越受到用戶歡迎。10 m3抓斗式挖泥船不僅具備高技術(shù)、高效率，而且是節(jié)能環(huán)保的新型、綠色、經(jīng)濟(jì)性好的海洋工程船。經(jīng)實(shí)船運(yùn)用，該船各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]李鎮(zhèn)宇，周烈，范慶，等.2 m3抓斗挖泥船的改型設(shè)計[J].江蘇船舶，2010，27(6)：5-9.

中圖分類號：U674.31

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡介：徐志堅(1981—),男，工程師，從事輪機(jī)設(shè)計工作。

收稿日期：2015-08-27