本刊記者 李儼兒

國家需求引領(lǐng)為長江航道保障自主開發(fā)設(shè)計(jì)挖泥船
——訪中船集團(tuán)第七〇八所海洋工程部資深專家沈志平

本刊記者 李儼兒

針對長江下游特殊的作業(yè)環(huán)境和作業(yè)需求，設(shè)計(jì)出更高效、實(shí)用、靈活的挖泥船，國產(chǎn)挖泥船有新看頭。

沈志平

4月27日，中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司第七〇八研究所中標(biāo)長江航道局13800立方米耙吸式挖泥船設(shè)計(jì)項(xiàng)目，這是近期國內(nèi)較大的挖泥船新建項(xiàng)目，也是長江水域內(nèi)最大一型耙吸式挖泥船。同期，七〇八所為長江航道局設(shè)計(jì)的6000立方米耙吸式挖泥船項(xiàng)目也在扎實(shí)推進(jìn)。這兩艘船都將用于長江下游12.5米深水航道的維護(hù)疏浚。

沈志平，七〇八所海洋工程部資深專家，我國高性能全過程大型挖泥船實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)設(shè)計(jì)建造的參與者。這回，他再次帶隊(duì)，承擔(dān)6000立方米和13800立方米耙吸式挖泥船設(shè)計(jì)工作。他說，雖然現(xiàn)在并非大型挖泥船的建造高峰期，但國內(nèi)相關(guān)技術(shù)、理念的發(fā)展并沒有停止步伐。七〇八所設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將針對長江中、下游特殊的作業(yè)環(huán)境和作業(yè)需求，開發(fā)設(shè)計(jì)出更高效、高適應(yīng)性的挖泥船，國產(chǎn)挖泥船有新看頭。

針對長江航道需求，開發(fā)特定船型

“長期以來，我國主要跟隨國外挖泥船的發(fā)展趨勢進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，引領(lǐng)性技術(shù)創(chuàng)新缺乏，設(shè)計(jì)中也偏重于經(jīng)驗(yàn)性，對系統(tǒng)設(shè)計(jì)的深入設(shè)計(jì)研究不夠。”沈志平表示。上世紀(jì)90年代后期，國際疏浚業(yè)迎來了“黃金10年”。隨著亞洲地區(qū)的經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇 ，大型交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)以及陸地吹填工程的實(shí)施，促使疏浚理念接連發(fā)生重大變化，一大批更加現(xiàn)代化、技術(shù)形態(tài)更先進(jìn)的挖泥船應(yīng)運(yùn)而生。同時，也催生了中國疏浚裝備設(shè)計(jì)建造的“黃金年代”。2005年開始，國內(nèi)各大航道局都需要更新挖泥裝備，由此掀起了一波大型耙吸式挖泥船的建造高潮。

主流挖泥船主要包括耙吸式挖泥船和絞吸挖泥船。其中，耙吸式挖泥船適合在如沙質(zhì)土、淤泥等較為疏散的土質(zhì)環(huán)境下作業(yè)，因此，在長江和沿海水域和航道的疏浚作業(yè)得到廣泛應(yīng)用。2006年，七〇八所為長江航道局開發(fā)設(shè)計(jì)了8000立方米耙吸式挖泥船“長鯨2”號，為中交集團(tuán)上海航道局有限公司開發(fā)設(shè)計(jì)了13500立方米大型耙吸式挖泥船“新?；ⅰ碧枺_啟了我國挖泥船自主研制的征程。此后，七〇八所集中設(shè)計(jì)了多型大型耙吸式挖泥船，形成了系列船型，其中最大的耙吸式挖泥船泥艙容積達(dá)20000立方米。

“長江流域從上游到下游，泥沙沉積總體呈逐步細(xì)化演變，長江下游和長江口水域沉積的泥沙更細(xì)，板結(jié)后挖掘較難，但其被挖泥船挖掘進(jìn)泥艙后卻又很難沉淀。針對這種土質(zhì)的高效疏浚，和以往常規(guī)的挖泥船疏浚設(shè)計(jì)理念將有所不同?！鄙蛑酒浇榻B。因此，針對長江口的特殊土質(zhì)，七〇八所項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開始進(jìn)行專題論證，根據(jù)長江航道的特殊需求，研發(fā)適應(yīng)長江中下游疏浚作業(yè)環(huán)境和條件，更具適應(yīng)性、更具高效率和更具環(huán)保性的挖泥船。據(jù)了解，前述6000立方米和13800立方米耙吸式挖泥船技術(shù)方案就分別采用了全電力驅(qū)動和“一拖二”的驅(qū)動方式，并配備水下泵提高吸入性能。

把握作業(yè)特點(diǎn)，創(chuàng)新實(shí)踐新型動力裝置配置

13800立方米耙吸挖泥船設(shè)計(jì)效果圖

就動力驅(qū)動型式而言，早期的中小型耙吸式挖泥船主要為獨(dú)立驅(qū)動，挖泥船的推進(jìn)裝置、泥泵裝置以及高壓沖水泵裝置分別由獨(dú)立的柴油機(jī)驅(qū)動。隨著耙吸式挖泥船朝大型化發(fā)展，其動力驅(qū)動方式也向復(fù)合驅(qū)動型式發(fā)展，復(fù)合驅(qū)動型式主要有“一拖三”和”一拖二”，即主機(jī)除驅(qū)動推進(jìn)裝置外，還同時驅(qū)動泥泵和軸帶發(fā)電機(jī)，軸帶發(fā)電機(jī)提供高壓沖水泵等疏浚作業(yè)裝置和全船的電力需求。

復(fù)合驅(qū)動方式兼顧了耙吸式挖泥船航行和各種疏浚作業(yè)工況的動力分配特點(diǎn)，減少了全船的動力裝置配置數(shù)量和裝機(jī)功率。沈志平介紹，剛中標(biāo)的13800立方米耙吸式挖泥船將采用“一拖二”的復(fù)合驅(qū)動方式。相對“一拖三”驅(qū)動方式，主機(jī)除驅(qū)動推進(jìn)器外，還驅(qū)動軸帶發(fā)電機(jī)，由軸帶發(fā)電機(jī)滿足包括泥泵在內(nèi)的疏浚裝置的電力需求，泥泵、高壓沖水泵由變頻電機(jī)驅(qū)動。這種方式將泥泵從主機(jī)直接驅(qū)動分離出來而由變頻電機(jī)驅(qū)動，可根據(jù)不同的疏浚工況需要，調(diào)節(jié)泥泵的運(yùn)行速度。如果按照傳統(tǒng)的“一拖三”的復(fù)合傳動方式，泥泵運(yùn)行工況點(diǎn)會受限，主機(jī)由于驅(qū)動泥泵，在泥泵的運(yùn)行過程中也容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動，會影響整船電網(wǎng)的穩(wěn)定性。“伴隨變頻技術(shù)的成熟，‘一拖二’的方式已經(jīng)成為目前業(yè)內(nèi)普遍采用的挖泥船驅(qū)動方式，并成為趨勢。在此基礎(chǔ)上，船舶推進(jìn)器也可進(jìn)一步考慮由電機(jī)驅(qū)動，成為全電力動力驅(qū)動形式，能夠進(jìn)一步提升挖泥船的復(fù)雜作業(yè)工況的適應(yīng)性和靈活性?！鄙蛑酒浇榻B。

值得一提的是，七〇八所為長江航道局設(shè)計(jì)的6000立方米耙吸式挖泥船即嘗試采用了設(shè)計(jì)理念更為先進(jìn)的全電力驅(qū)動方案?！斑@是國內(nèi)耙吸式挖泥船首次嘗試，在國外案例也很少?！鄙蛑酒奖硎荆捎谟糜陂L江作業(yè)的耙吸式挖泥船的作業(yè)環(huán)境條件、作業(yè)要求多變，在動力驅(qū)動配置上需兼顧更多方面來論證考慮。

“全電驅(qū)動可根據(jù)各種不同的作業(yè)條件和作業(yè)要求配置相應(yīng)的動力需求，能充分滿足不同的工況要求?！鄙蛑酒街赋?。一般而言，以往在設(shè)計(jì)階段制定一艘船的設(shè)計(jì)指標(biāo)，往往是根據(jù)極端的作業(yè)條件和最大的作業(yè)要求，而對挖泥船的平常作業(yè)條件工況關(guān)注不足。比如，一艘挖泥船的最大挖泥深度是30米，但很多情況下可能只需要挖十幾米，且作業(yè)環(huán)境條件也不是設(shè)計(jì)極端條件。在此情況下，船上原本配置的動力裝置并不需要在額定工況下運(yùn)行，這使得動力裝置可能常常會在一種不利的負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，不利于動力裝置的高效運(yùn)行，也不利于節(jié)能環(huán)保。

通過對以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，以及國內(nèi)上一波挖泥船建造熱潮期訂造新船的用戶的反饋，雖然目前全電力驅(qū)動的6000立方米耙吸式挖泥船還處在設(shè)計(jì)階段，還需要通過建成實(shí)船并營運(yùn)來進(jìn)行驗(yàn)證和比較，但考慮到全球船舶動力技術(shù)向綜合電力集成方向發(fā)展的趨勢越來越明顯，用戶對挖泥船提升作業(yè)能力、優(yōu)化作業(yè)系統(tǒng)以及全船布置和注重節(jié)能環(huán)保等要求的不斷提高，七〇八所進(jìn)行這樣的創(chuàng)新開發(fā)實(shí)踐是值得的?！?/p>