節能措施在10 m3抓斗挖泥船上的應用

徐志堅

(浙江方圓造船有限公司，浙江 臺州 317000)

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節能措施在10 m3抓斗挖泥船上的應用

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含量高，機械設備復雜，自動化要求高，單位排水量裝機功率高于普通運輸船等特點，且節能減排的作用將更為明顯，研究設計了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，通過在該船實施6條節能減排措施，從而達到節能環保、綠色的目的。

關鍵詞：抓斗挖泥船；優化設計；節能

0引言

節能減排、綠色低碳已成為技術發展、創新的一項主要任務。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，由于具有技術含量高，機械設備復雜，自動化要求高，單位排水量裝機功率高于普通運輸船，節能減排的作用明顯等特點，目前已從傳統簡單的疏浚土挖掘轉移延伸到了岸灘養護、水利防洪和庫區清淤、江河湖海等水環境的改善和生態恢復、水下采礦等諸多領域。

本文以10 m3抓斗挖泥船為研究對象，采用多項節能技術，達到節能環保、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，利用全回轉式挖泥機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，在重力作用下關閉抓斗，并通過另一個卷筒及鋼絲繩升起泥斗；最后，再回轉到預定點開斗將泥卸掉，一般是卸到泥駁上。抓斗機又轉回挖掘地點，進行挖泥，如此循環作業。一般情況下，10 m3抓斗式挖泥船每小時產量不小于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現擴展挖泥面積。

1.2抓斗船性能

抓斗式挖泥船具有作業吃水淺，挖掘土質范圍寬(有淤泥、粘土、礫石、沙土、垃圾等)，挖掘效率高(挖掘物含水量少)，挖掘費用低，與泥駁配合排距遠等特點，在土質復雜、垃圾較多、排泥距離較遠等區域作業時優勢更為明顯。

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等，可對泥駁船進行裝駁作業。航區為遮蔽航區施工作業，在封艙的條件下可在沿海航區拖航調遣。

本船配有7 m3和10 m3兩種不同容量、重量的抓斗，適應于挖掘不同的土質。7 m3抓斗適應于挖掘一般粘土、松散的沙質土及N值(疏浚土層軟硬指標)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

設計吃水

2.4 m

限高

水線以上14 m

配員

12人

3節能減排措施

能源是經濟發展的基本。隨著經濟的快速發展，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，介紹多項節能技術的應用。

3.1優化船型提高船舶穩定性并減少拖航阻力

本船為鋼質全焊接結構。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。抓斗側轉拋泥時，往往會產生較大的船舶橫傾力，而箱型船體則可保證船舶施工作業時的穩定性,產生的橫傾角最小，使船體不至于有太大的傾斜。鑒于本船施工作業水域的特殊性,在流速高達3.0 m/s、風速16 m/s的海域進行作業時箱型船體產生的興波阻力是很大的，為減小調遣時的阻力，將船體尾部設計為箱型,首部設計為雪橇型,并采用圓舭。10 m3抓斗挖泥船船型優化設計后減小了船舶航行阻力，節省了拖航時間，同時也減小了幫拖拖船的功率。

3.2采用先進的“一拖三”復合動力驅動形式

本船由1臺895 kW柴油機提供主動力，柴油機飛輪端經過奧米茄變矩器、主減速齒輪箱驅動起升、開閉轉筒組，實現抓斗的上升、開閉；柴油機自由端通過分動箱，驅動液壓泵和150 kW軸帶同步發電機；液壓泵驅動回轉馬達、變幅機構，實現抓機的回轉、變幅；發電機給抓機和船舶供電。這種“一拖三”的配置形式可提高傳動效率，減少柴油機的配置數量，提高設備管理水平，減輕工人勞動強度，降低投資成本，提高經濟效益，達到節能、降耗的效果。另外，該抓斗機還配有抓斗的開度、挖深等狀態和位置指示設備、相關的安全報警及顯示儀表。驅動形式如圖1所示。

圖1　驅動形式

3.3采用淡水循環冷卻

本船在挖泥作業時，需要外界提供冷卻水對柴油機、變矩器進行冷卻?？紤]到本船是挖泥工程船，工作水域水質惡劣、渾濁，泥沙含量較高，且海水對機器設備腐蝕性強，為了提高挖泥設備的可靠性、延長壽命周期，本船采用非海水冷卻系統，即用淡水冷卻泵將淡水循環艙的冷卻水供給挖泥船相應設備進行冷卻。由于本船作業時需與泥駁配合，因而作業時間是否連續與航道水深有關，即有些工地可以全天候作業，有些工地如灘涂只有在漲潮時作業。當抓機連續長時間工作，產生的熱負荷大時，可以利用海淡水冷卻器、海水冷卻泵對循環的淡水進行冷卻，從而滿足淡水再循環的要求，實現連續工作?？紤]到本船主要在灘涂、岸邊等工地施工，每天連續工作時間短，熱負荷低，利用淡水循環艙的艙壁與外界海水的接觸，對淡水進行降溫，從而滿足淡水再循環冷卻的要求，不用開啟海水冷卻泵從而實現節能。

3.4采用具有被動放纜功能的4錨定位方式

本船主要應用于近岸沿海水域?？紤]到該水域施工存在船多、流急、障礙物多的特點，擬采用4錨定位作業，船前后各拋2個八字錨，可以牢牢地固定船身。根據需要，通過4纜收放的配合，可以實現船舶前后左右的位移，從而擴展挖泥工作面。本系統設計成2臺移船絞車以額定負載收纜，而另外2臺移船絞車被動放纜的形式實現移船；即2臺收纜，2臺被動放纜，兩兩聯動操作。采用這種具有被動放纜功能的4錨定位方式，可減輕船員操作強度，并節省能耗。

3.5采用外界吸氣的渦輪增壓供氣方式

本船抓機柴油機布置在回轉支承上的抓機機艙內，此處高于主甲板。如果柴油機直接在機艙內吸氣，為了提高吸氣質量，需要通過機械通風機從外界送風到柴油機附近。考慮到本柴油機機艙外部比較開闊，外界自然通風條件較好，因此，本船將柴油機吸氣濾器布置在機艙頂棚，采用外界自然吸氣的渦輪增壓方式，并用管道與柴油機連接。這樣既可以為柴油機提供高品質的足夠的新鮮空氣，又減少了輔助設備，具有提高柴油機運行條件和節能的優點。

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，潮位低時泥駁無法進出，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，不用啟動發電機組，減少了發電機組的運行時間。

4結語

隨著港口建設的規模擴大和海洋資源的開發利用，挖泥船的使用越來越重要，功能越來越強大，種類也越來越多。抓斗船作為挖泥船的一種，因其節能減排效果明顯，越來越受到用戶歡迎。10 m3抓斗式挖泥船不僅具備高技術、高效率，而且是節能環保的新型、綠色、經濟性好的海洋工程船。經實船運用，該船各項技術指標達到設計要求。

參考文獻：

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

中圖分類號：U674.31

文獻標志碼：A

作者簡介：徐志堅(1981—),男，工程師，從事輪機設計工作。

收稿日期：2015-08-27