陳仲盛 雷 鵬

中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司

1 引言

岸電設(shè)施是指船舶在碼頭?？科陂g，由岸上供電系統(tǒng)向船舶提供電力，用以替代船舶燃油發(fā)電的設(shè)施[1-2]。隨著國(guó)內(nèi)航運(yùn)的快速發(fā)展，船舶排放溫室氣體量日益增多，岸電設(shè)施作為船舶油改電的重要手段，能夠降低船舶污染物的排放量，因此得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用[3]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于岸電設(shè)施的研究與應(yīng)用較多，但主要以海港為主，這是因?yàn)楹８塾秒娦枨蟠?，建設(shè)難度小，能夠取得較好的經(jīng)濟(jì)效益；對(duì)于水位變化幅度較大的內(nèi)河區(qū)域，面臨建設(shè)成本高、難度大等問(wèn)題[4]，如何方便地收放供電電纜，一直沒(méi)有較好的解決辦法。

目前，內(nèi)河碼頭的岸電多采用人力拖纜上岸的方式，這種方式效率低、安全隱患大。徐元潮等設(shè)計(jì)的多級(jí)伸縮裝置的輸纜設(shè)備，能夠向上提升10 m，但不適合水位變化較大的內(nèi)河區(qū)域[5]。

2 工程概述

本工程處于三峽庫(kù)區(qū)長(zhǎng)江右岸的舊州河河口附近，每個(gè)錨泊點(diǎn)由2座系靠船墩組成，可供船舶單艘或者多艘并列?？?。為解決船舶?？繒r(shí)的供電，擬設(shè)置配套的岸電設(shè)施，根據(jù)《碼頭船舶岸電設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)范》(JTS155-2012)要求以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，船舶受電采用400 V/50 Hz等級(jí)，功率按照400 kW設(shè)計(jì)。受三峽庫(kù)區(qū)調(diào)度，錨泊點(diǎn)所在區(qū)域水位變化曲線見(jiàn)圖1。

圖1 三峽庫(kù)區(qū)水位變化示意圖

錨地區(qū)域水位每年6月初到9月底維持在145 m，10月初水庫(kù)開(kāi)始蓄水，11月初水位升至175 m，并維持至翌年12月底，1月初水位開(kāi)始下降，5月底降落至145 m，最高水位與最低水位落差達(dá)30 m。此外，由于錨泊點(diǎn)處于庫(kù)區(qū)水域之中，地處偏僻，要求無(wú)人值守。

3 岸電系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

岸電設(shè)施設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于，在無(wú)人值守的條件下如何適應(yīng)水位的變化，如何準(zhǔn)確收放電纜。針對(duì)上述要求，結(jié)合系靠船墩結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一套浮箱岸電設(shè)施，具體布置見(jiàn)圖2。

圖2 岸電系統(tǒng)平面布置圖

電纜轉(zhuǎn)接箱從陸域變電站接電，輸出至電纜卷筒，電纜卷筒輸出給岸電箱，岸電箱置于浮箱上，浮箱置于導(dǎo)向架內(nèi)，導(dǎo)向架固定于系靠船墩上(見(jiàn)圖3)。浮箱可隨水位沿導(dǎo)向架上下浮動(dòng)，通過(guò)一套鋼絲繩纏繞系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電纜的自動(dòng)收放。

圖3 岸電系統(tǒng)立面視圖

4 鋼絲繩纏繞系統(tǒng)

鋼絲繩纏繞系統(tǒng)主要由滑輪、鋼絲繩、聯(lián)軸板等組成，其原理圖見(jiàn)圖4。

圖4 鋼絲繩纏繞系統(tǒng)原理圖

鋼絲繩分為A、B、C、D、E 5段，兩端分別固定，經(jīng)繞定滑輪滑輪1、2，以及動(dòng)滑輪3、4形成滑輪組，動(dòng)滑輪3和4通過(guò)聯(lián)軸板5相連，固定于浮箱一側(cè)；定滑輪1的轉(zhuǎn)軸與傳動(dòng)裝置6的輸入軸相連，傳動(dòng)裝置6的輸出軸與電纜卷筒軸相連，而電纜卷筒上電纜的輸出端與岸電箱相連。其中傳動(dòng)裝置6實(shí)際為一變速器，具有一定的傳動(dòng)比，使得浮箱上下的位移與同時(shí)間段內(nèi)的電纜收放量保持一致。

本系統(tǒng)的原理為：當(dāng)水面上升時(shí)，浮箱隨水位沿導(dǎo)向架垂直上升，帶動(dòng)聯(lián)軸板5向上運(yùn)動(dòng)，聯(lián)軸板5驅(qū)使動(dòng)滑輪4向上運(yùn)動(dòng)，整個(gè)裝置開(kāi)始運(yùn)行，動(dòng)作順序依次為：浮箱上升→聯(lián)軸板5上行→動(dòng)滑輪4順時(shí)針運(yùn)行→定滑輪2逆時(shí)針運(yùn)行→定滑輪1逆時(shí)針運(yùn)行→傳動(dòng)裝置6同向運(yùn)行→電纜轉(zhuǎn)筒逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)→電纜被卷起收回，從而適應(yīng)水位的上升，與此同時(shí)動(dòng)滑輪3順時(shí)針運(yùn)行。

反之，當(dāng)水位下降時(shí)，浮箱隨水位沿導(dǎo)向架垂直下降，帶動(dòng)聯(lián)軸板5向下運(yùn)動(dòng)，聯(lián)軸板5驅(qū)使動(dòng)滑輪3向下運(yùn)動(dòng)，整個(gè)裝置開(kāi)始運(yùn)行，動(dòng)作順序依次為：浮箱下降→聯(lián)軸板5下行→動(dòng)滑輪3逆時(shí)針運(yùn)行→定滑輪1順時(shí)針運(yùn)行→傳動(dòng)裝置6同向運(yùn)行→電纜轉(zhuǎn)筒順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)→電纜被釋放，從而適應(yīng)水位的下降，與此同時(shí)定滑輪2順時(shí)針運(yùn)行→動(dòng)滑輪4逆時(shí)針運(yùn)行。

鋼絲繩纏繞系統(tǒng)的直接動(dòng)力源自于浮箱所受的浮力，且理論上浮箱只能上下作直線運(yùn)動(dòng)，故方案中設(shè)置有專門的導(dǎo)向架，并配合導(dǎo)軌，用以保證浮箱規(guī)則運(yùn)動(dòng)。

至此，完成了鋼絲繩纏繞系統(tǒng)的在岸電收放電纜的邏輯設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中電纜的收放裝置為機(jī)械式，通過(guò)鋼絲繩纏繞系統(tǒng)的作用即可完成輸電電纜的收放。該系統(tǒng)能夠自適應(yīng)于不同的水位，且無(wú)需人員值守。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)三峽庫(kù)區(qū)錨泊點(diǎn)系靠船墩結(jié)構(gòu)和水位的分析，設(shè)計(jì)了一種浮箱岸電設(shè)施，該設(shè)施中采用特定的鋼絲纏繞系統(tǒng)，利用浮箱浮力驅(qū)動(dòng)其運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)電纜卷筒工作，從而實(shí)現(xiàn)了在不同水位下電纜的準(zhǔn)確收放。本系統(tǒng)工作時(shí)無(wú)需人員值守，綠色安全，為工程的詳細(xì)設(shè)計(jì)從理論上提供了一種新的可行方案。