62m DCM打樁船動力機械開發研究

徐鐵

摘 要：隨著中國香港機場填海工程的展開，DCM打樁船被日本、韓國壟斷的局面必須打破。為此開發研究DCM打樁船迫在眉睫。本文論述了打樁船的動力和機械部分的功能系統配置、原理和性能。

關鍵詞：DCM打樁船 動力機械 開發研究

1.前言

隨著中國香港機場填海工程進度的不斷展開，以往DCM打樁船一直被日本、韓國壟斷，我國在這方面處于被動局面，工程項目的造價成本顯而易見的。為此，我單位受中國施工方的委托，對DCM打樁船進行了系列的開發研究。

2.總體性能參數

2.1概述

本船為非自航水泥攪拌樁工程船，無限航區調遣，沿海航區作業，本船穩性按無限航區船舶設計，船體結構按遠海航區船舶設計，其余按沿海航區配置。

用途：主要用于水下水泥攪拌樁施工。

船型：為單底、單甲板，全鋼質焊接結構方駁。

本船按中國船級社CCS《鋼質海船入級規范》2015，中華人民共和國海事局《國內航行海船法定檢驗技術規范》及香港《商船（本地船只）安全及檢驗

規例》。并滿足IMO A.749（18）決議《關于IMO文件包括的所有船舶的完整穩性規則》對無限航區的有關穩性要求。

2.2主要尺度及要素（見圖1）

3.主要動力機械設備概述

本打樁船主動力電站設備采用淄博柴油機廠的LB6250系列的柴油機作為原動機拖動發電機。主要設備布置見圖2。

3.1主柴油發電機組

CCFJ800J-W主柴油發電機組4臺，配置發電機為無錫西門子1FC5 562-8 TA42。

主柴油發電機組4臺為全船提供電源，作業時，需并車使用。

3.2停泊柴油發電機組

CCFJ120J-W停泊柴油發電機組1臺。

3.3甲板機械

150kN電動定位絞車5臺。該絞車作為打樁作業時的錨泊使用。

250kN電動起升絞車3臺。該絞車作為打樁作業時起樁使用。

50kN電動輔助絞車3臺。

3.4打樁機

本船打樁機是船東及設計方聯合開發的非標設備。樁機共分3組樁柱，樁柱動力頭功率為132kW。

樁架高度47.5m，樁架孔尺寸2400mm×4400mm，最大處理樁柱深度39m。打樁鉆桿總長41.6m，分為6節結構（1組打樁鉆頭+5組直桿），直桿部分通過法蘭連接而成，打樁鉆頭由4根直徑1320mm的螺旋頭疊加組成，螺旋頭中心距1000mm，打樁鉆頭長度3600mm。打樁機和打樁鉆頭的結構見圖3。

4.壓載與中央控制系統

本系統設壓載泵2臺，流量：160m3/h，揚程：20m，功率：18.5kW。可對全船壓載艙進行抽、注及調駁，閥件均可在機艙內操作。

除正常的船舶壓載系統功能外，本系統對于主甲板上施工作業的機械設備還要實現中央控制功能：

（1）在自動控制的配漿與儲漿的環節中，船體重心逐漸前移（水泥耗材逐漸前移）；通過重復以上操作工藝，壓載泵以合適的排量，將艏部壓載艙的壓載水向尾部壓載艙進行調配，以保證船舶的重心平衡。

（2）完成提鉆噴漿過程，將移船進行下1次DCM施工作業；船舶在進行散料加注、配漿、儲漿工藝時， 壓載泵以合適的排量，將艏部壓載艙的壓載水向尾部壓載艙進行調配，以保證船舶的重心平衡。

5.錨泊與樁控系統

DCM打樁船的定位技術與樁柱控制是通過在中央控制室操縱定制具特殊功能的電動絞車實現的。該系統是DCM打樁船的核心技術之一。設計采用了當前多種新技術與性能優化、功能與布置優化。

5.1 250kN電動起升絞車

5.1.1主要技術參數

額定拉力（第3層額定拉力）：250kN（最外層）

公稱速度：0-15m/min（第1層）

鋼索直徑：φ3 6 m m（鍍鋅不防扭鋼絲繩6×36WS+IWR-36×400m，抗拉強度1870MPa，破斷拉力8800kN）

容繩量：450m（共3層）制動負載（第3層靜制力）：375kN

制動方式：變頻電機帶制動器+變頻器能耗制動單元+手動帶式制動器。

帶盤式制動器的變頻電機

電制：380V，50HZ

帶冷卻風扇

功率：110kW

頻率變化范圍： 5 -100Hz，5-50HZ：恒扭矩控制，50-100HZ，恒功率控制

工作制：S1

防護等級：IP56

絕緣等級：F級

5.1.2結構簡介：

250kN電動起升絞車主要由帶制動的變頻電機、變頻器、能耗電阻單元、減速裝置、卷筒、手動帶式制動器、機架等組成。

變頻電機具有低速時恒扭矩輸出，高速時恒功率輸出的特點，并滿足鋼質海船建造規范要求。適用于船舶工作環境，結構簡單，操作方便。

變頻器帶扭矩讀取參數

減速裝置采用行星減速器+開式齒輪傳動

卷筒為刻槽卷筒。

剎車裝置：高速端：變頻電機帶常閉盤式制動、能耗制動單元，低速端：手動帶式制動器。

主要鋼結構材料為Q345D，主軸用40Cr。

設備用型鋼焊接成一個整體，直接安裝在公共基座上。

5.1.3起升絞車的控制

起升絞車控制為：機旁控制和遠程控制

C-1.機旁控制臺（防護等級IP56）

電機控制手柄（4 -20mA）

手動剎車松開顯示

電源開關

電源指示

急停按鈕

控制位置選擇開關（遠程控制和機旁控制）

C-2遠程控制信號

賣方提供信號，所有信號（遠程電機控制信號除外）通過RS485通信方式，提供的信號有：

繩長、繩速、拉力（處理后的信號）

買方提供遠程集中控制臺，遠程電機控制信號（4-20mA），收放纜的方向標志位（開關量）及

c-3升沉補償自動控制信號

急停控制信號（開關量、斷開急停）

控制位置選擇信號（開關量）

手動剎車松開顯示信號（開關量）

5.2 150kN電動定位絞車

5.2.1主要技術參數

額定拉力（第5層重載低速）：150kN（最外層）

公稱速度：0-4m/min（第1層）

輕載拉力（第5層輕載高速）：75kN（最外層）

輕載速度：0-8m/min（第1層）

重載低速：0-4m/min（第1層）

鋼索直徑：φ50mm（鍍鋅防扭鋼絲繩35W×7-50×450m，抗拉強度1870MPa，破斷拉力17100kN）

容繩量：450m（共5層）

支持負載：900kN

制動器：電機帶制動、能耗制動單元、手動離合器、手動帶式制動器

帶制動的變頻電機

功率：37kW

頻率變化范圍： 5 -100Hz，5-50HZ：恒扭矩控制，50-100HZ，恒功率控制

工作制：S1

防護等級：IP56

絕緣等級：F級

5.2.2結構簡介：

150kN電動定位絞車主要由帶制動的變頻電機、變頻器、減速裝置、主卷筒、排繩裝置、制動裝置、手動離合裝置、機架等組成。

變頻電機具有低速時恒扭矩輸出，高速時恒功率輸出的特點，并滿足鋼質海船入級規范要求。適用于船舶工作環境，結構簡單，操作方便。

變頻器帶扭矩讀取參數

減速裝置采用行星減速器+開式齒輪傳動

離合器：手動牙嵌離合器卷筒：光筒。

剎車裝置：變頻電機帶制動、變頻器、能耗制動單元、手動帶式制動器。

主要鋼結構材料為Q345D，主軸用40Cr。

排繩裝置能很好的幫助鋼絲繩在卷筒上排列整齊。為機械自動排繩裝置。

設備用型鋼焊接成一個整體，直接安裝在公共基座上。

5.2.3定位絞車的控制

起升絞車控制為：機旁控制和遠程控制

C-1.機旁控制臺（防護等級IP56）

電機控制手柄（4 - 20mA）

剎車狀態顯示

離合狀態顯示

電源開關

電源指示

急停按鈕（手動復位，帶保護蓋）

控制位置選擇開關（遠程控制和機旁控制）

C-2.遠程控制信號

賣方提供信號，所有信號（遠程電機控制信號除外）通過RS485通信方式，提供的信號有：

繩長、繩速、拉力（處理后的信號）

買方提供遠程集中控制臺，遠程電機控制信號（4-20mA），并提供收放纜的方向標志位（開關量）及恒張力自動控制指令信號。

急停控制信號（開關量、斷開急停）

控制位置選擇信號（開關量）

制動器工況顯示信號（開關量）

離合器工況顯示信號（開關量）

6.結論

DCM打樁船經過1年多的研發，在此過程中也遇到了不少的技術難題，但經過技術人員的努力都得以解決。開創了我國擁有該類船舶的新局面，為我國家的經濟建設作出了應有的貢獻。使該類主要技術性能和功能達到國內先進水平。