仲偉東，費(fèi) 龍

（708研究所，上海 200011）

0 引 言

多年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)沿河、沿海大型港口、臨港工業(yè)區(qū)的深水航道，大型深水港口建設(shè)以及圍海造田、跨海大橋等工程基礎(chǔ)建設(shè)的投資，國(guó)內(nèi)在自行設(shè)計(jì)和建造大型耙吸挖泥船方面積累了很多的經(jīng)驗(yàn)。708研究所在國(guó)內(nèi)大型耙吸挖泥船的設(shè)計(jì)方面一直處于領(lǐng)先地位，先后為國(guó)內(nèi)各大航道局設(shè)計(jì)了多艘8000m3以上的大型耙吸挖泥船。在此背景下，天津航道局根據(jù)需要提出了開發(fā)設(shè)計(jì)和建造一型國(guó)內(nèi)艙容量最大、技術(shù)水平更先進(jìn)、功能更符合中國(guó)疏浚市場(chǎng)特點(diǎn)的超大型耙吸挖泥船。該船已于2009年6月開工建造，2010年6月試航，2010年7月交船。

1 船舶概況

“通程”號(hào)是我國(guó)自行設(shè)計(jì)和建造的艙容量最大、挖掘水深最深、技術(shù)水平先進(jìn)，功能齊全的超大型耙吸挖泥船。該船泥艙艙容為18374m3，為一艘雙槳、雙機(jī)復(fù)合驅(qū)動(dòng)、雙耙?guī)卤?、單甲板、艉樓、鋼質(zhì)焊接、流線型、帶球鼻艏的自航耙吸挖泥船，主要用于沿海港口的航道疏浚和吹填作業(yè)，并兼作海岸維護(hù)工程，可于無(wú)限航區(qū)進(jìn)行調(diào)遣。

圖1 試航中的“通程”號(hào)

1.1 基本設(shè)置及功能

該船的基本設(shè)置和功能如下：

1)可使用左右2臺(tái)艙內(nèi)泵或左舷艙內(nèi)泵和右舷水下泵進(jìn)行雙耙挖泥作業(yè)，單獨(dú)使用水下泵或右舷水下泵和右舷艙內(nèi)泵串聯(lián)進(jìn)行單耙挖泥作業(yè)；將耙吸的泥漿裝艙及低濃度自動(dòng)排放，并通過(guò)船底兩列箱形泥門拋泥；設(shè)有抽艙系統(tǒng)、吹泥浮管、艏吹接頭或艏部噴嘴，通過(guò)左右2臺(tái)艙內(nèi)泵單獨(dú)抽艙或雙泵串聯(lián)抽艙后，進(jìn)行艏吹排岸或艏噴作業(yè)；采用配有高壓沖水、可卸式耙齒的主動(dòng)耙頭來(lái)疏松密實(shí)土；通過(guò)2臺(tái)高壓沖水泵進(jìn)行沖艙，稀釋和松散泥艙內(nèi)的泥沙，有助于拋泥和抽艙作業(yè)。

2)在駕駛室遙控操作2只液壓溢流筒，可調(diào)節(jié)艙容從10000～18374m3；2臺(tái)泥泵均由變頻電機(jī)通過(guò)齒輪箱驅(qū)動(dòng)。

3)機(jī)艙內(nèi)設(shè)置2臺(tái)主柴油機(jī)，每臺(tái)主柴油機(jī)的飛輪端通過(guò)減速齒輪箱驅(qū)動(dòng)一只導(dǎo)管可調(diào)螺距螺旋槳，自由端驅(qū)動(dòng)一臺(tái)交流軸帶發(fā)電機(jī)；設(shè)置3臺(tái)主發(fā)電機(jī)（兩用一備），向除疏浚之外的全船設(shè)備供電。

4)在駕駛室可遙控操縱一臺(tái)電動(dòng)艏側(cè)推裝置；可單人遙控推進(jìn)控制系統(tǒng)；單人遙控耙管/泥泵疏?？刂葡到y(tǒng)；艏部還配有一套通過(guò)泥泵噴水的側(cè)推裝置。

5)設(shè)置艉樓甲板室，定員40人，設(shè)有中央空調(diào)；在艉部靠近居住艙室處還配備一艘尾拋艇。

6)主甲板上設(shè)一臺(tái)跨距26m、吊重30t的行走式液壓甲板吊車，用于設(shè)備維修和起吊重物。

7)重油艙、船用柴油艙位于泥艙兩側(cè)的浮力艙內(nèi)，燃油艙采用雙殼保護(hù)；淡水艙位于機(jī)艙后部；艏尖艙作為縱傾調(diào)節(jié)艙，能夠迅速地壓排水，以減少船舶在空船或輕載時(shí)的縱傾。該艙由一臺(tái)高壓沖水泵壓排水，也可由艙底排水管重力排水。

圖2 總布置圖

1.2 主要參數(shù)

總 長(zhǎng) 162.30m

垂線間長(zhǎng) 149.80m

型 寬 28.50m

型 深 15.00m

設(shè)計(jì)吃水 9.50m

挖泥吃水 11.00m

載泥量 28388t

泥艙艙容 18374m3

吸泥管內(nèi)徑 1200mm

挖深-耙管與船基線為45°夾角 35m

挖深-耙管接長(zhǎng)并與船基線為45°夾角 45m

挖深-采用水下泵、耙管接長(zhǎng)與船基線為49°夾角 85m

推進(jìn)柴油機(jī)2臺(tái) 2×8700kW

軸帶發(fā)電機(jī)2臺(tái) 2×7500kW

發(fā)電機(jī)組3臺(tái) 3×750kW

應(yīng)急發(fā)電機(jī)組1臺(tái) 210kW

電動(dòng)艏側(cè)推1臺(tái) 700kW

艙內(nèi)泥泵2臺(tái) 挖泥2355kW排岸4380kW

水下泵1臺(tái) 3200kW

試航航速(在吃水11m，100%MCR時(shí))15.04kn

總裝機(jī)功率 19650kW

功率因數(shù) 1.069

航行比功率 0.0394

2 關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)配置

2.1 最大艙容和主尺度

泥艙的設(shè)置與全船的尺度、主要設(shè)備的配置緊密相關(guān)。該船在設(shè)計(jì)伊始，已先行確定了主機(jī)設(shè)備，為 2臺(tái)600r/min×8700kW的主柴油機(jī)。約定航速為14.5kn，然后對(duì)尺度、型線、功率分配等主要參數(shù)進(jìn)行分析和優(yōu)化，最后確定本船最大的泥艙容積為18000m3，見表1。分析國(guó)內(nèi)外同類型船舶的主尺度，決定該船的長(zhǎng)寬比略大于 5。以適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)寬比達(dá)到優(yōu)化線型，提高航速。經(jīng)過(guò)實(shí)船試航航速達(dá)到了15.04kn。航行比功率最終鎖定在0.0394，遠(yuǎn)低于國(guó)內(nèi)以往的大型耙吸挖泥船，表明該船的節(jié)能環(huán)保技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

對(duì)方形系數(shù)的選擇則結(jié)合了線型優(yōu)化的手段。通常理論認(rèn)為，較大的方形系數(shù)對(duì)應(yīng)較慢的航速，而目前大型耙吸挖泥船的方形系數(shù)普遍都達(dá)到了0.85以上，該船采用的挖泥干舷吃水下的方形系數(shù)更是達(dá)到了 0.879，為國(guó)內(nèi)目前設(shè)計(jì)和建造同類船型中的最大。這樣若要滿足航速的要求，則必須在線型上采取嚴(yán)格措施，通過(guò)水池試驗(yàn)和線型優(yōu)化軟件進(jìn)行深入分析，優(yōu)化全船各主要部位的線型。艉部在導(dǎo)管螺旋槳附近采用獨(dú)特的附體形式，針對(duì)艉部流場(chǎng)情況進(jìn)行多次調(diào)整，經(jīng)試驗(yàn)取得較滿意的結(jié)果。

2.2 全通甲板

目前，大型耙吸挖泥船設(shè)計(jì)上多采用1/3干舷或1/2干舷（折減干舷）的方法，主甲板之上再通過(guò)設(shè)置較高的泥艙圍板（一般高達(dá)3～5m），以能在近海（作業(yè)環(huán)境條件一般較好）疏浚作業(yè)過(guò)程中提高裝載量。但這種做法，往往對(duì)應(yīng)較好的作業(yè)海況；一旦條件稍差，船舶搖擺加大，泥漿很容易溢、濺出，造成主甲板上泥漿四溢，不利于船舶的清潔保養(yǎng)同時(shí)也存在一定的安全隱患。而且大量地折減干舷還易引起甲板上浪、冬季結(jié)冰等惡劣情況。

近幾年，隨著大型耙吸挖泥船在深海作業(yè)工程量的逐步增加，為適應(yīng)更嚴(yán)格的海況要求，又不減少裝載量，國(guó)際上已有大型耙吸挖泥船采用了全通甲板的形式，即加大船舶型深，以全通的泥艙甲板取代原來(lái)的主甲板。作為新的主甲板，相應(yīng)地增加了部分結(jié)構(gòu)重量，但這可以通過(guò)適度增加吃水來(lái)彌補(bǔ)，即使這樣，干舷的增加量仍可以大于吃水的增加量，干舷值不必折減到1/3（甚至到1/2），就可達(dá)到既增加載重量又增加干舷的目的。有關(guān)資料表明[1]，采用全通甲板的船舶比甲板帶艙口圍板的船舶重量增加約2%，但最大的載重量卻可以高出20%。顯然，如果吃水沒(méi)有受到特殊限制，全通甲板船舶的經(jīng)濟(jì)性就不言而喻。采用全通甲板設(shè)計(jì)形式也大大地提高了船舶的安全性能，擴(kuò)大了船舶營(yíng)運(yùn)范圍，這樣的船型非常適用于深遠(yuǎn)海作業(yè)。

表1 國(guó)外已建造全通甲板型大型耙吸挖泥船艙容系數(shù)比較

2.3 全電力驅(qū)動(dòng)疏浚設(shè)備

耙吸挖泥船通過(guò)不同的驅(qū)動(dòng)方式為其“心臟”——泥泵提供動(dòng)力。在如今的大型或超大型耙吸挖泥船上都為一機(jī)多帶式（一臺(tái)主機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)多種設(shè)備）。為了更好地利用主機(jī)所產(chǎn)生的功率，經(jīng)常在主機(jī)飛輪端通過(guò)齒輪箱驅(qū)動(dòng)可調(diào)螺距螺旋槳和軸帶發(fā)電機(jī)，自由端通過(guò)減速齒輪箱來(lái)驅(qū)動(dòng)泥泵，或主機(jī)只驅(qū)動(dòng)可調(diào)螺距螺旋槳和軸帶發(fā)電機(jī)，類型有很多種，但基本為這2種。在目前國(guó)內(nèi)的大型耙吸挖泥船上，前一種動(dòng)力配置方案（也稱“一拖三”方案）已在多艘船舶上實(shí)踐成功，有較成熟的經(jīng)驗(yàn)；而后一種，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)軸帶發(fā)電機(jī)，利用軸帶發(fā)電機(jī)供電給泥泵變頻電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)泥泵（以下簡(jiǎn)稱電力驅(qū)動(dòng)方案）的方式則首次在國(guó)內(nèi)的大型耙吸挖泥船上運(yùn)用。

2.4 水下泵

由于泥泵可以設(shè)置到泥艙的前部，耙吸管系的設(shè)置也更加自由了，耙吸管系一般從泥泵的吸口端開始，最長(zhǎng)可以到達(dá)船的艉部。泥泵艙遠(yuǎn)離了船的艉部，則耙吸管系更長(zhǎng)，根據(jù)該船的有效設(shè)置耙管區(qū)域和選用的水下泵配置，確定最大挖深為85m。水下泵的功率為 3200kW，同樣通過(guò)功率管理系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，可采用單個(gè)右舷艙內(nèi)泵和水下泵串聯(lián)或單個(gè)水下泵——右舷單耙作業(yè)進(jìn)行最大挖深 85m的疏浚作業(yè)。這是目前國(guó)內(nèi)耙吸挖泥船中所能達(dá)到的最大挖深。

2.5 箱形泥門

耙吸挖泥船的卸泥作業(yè)多采用泥門拋泥的方案。泥門的形式也是圓錐形和箱形2種并存，這2種泥門形式各有優(yōu)缺點(diǎn)。但在國(guó)內(nèi)的大型耙吸挖泥船上，無(wú)一例外地選用了圓錐形泥門，主要是設(shè)備的成熟度高，相對(duì)安全可靠。而箱形泥門在拋泥方面具有不可替代的優(yōu)勢(shì)，它對(duì)所拋卸泥漿的適用范圍更廣，死角更少，能有效、快速地拋卸更多的黏性土質(zhì)，減少高壓沖水的輔助使用。通過(guò)對(duì)受力情況分析，對(duì)泥門的局部結(jié)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，改善了箱形泥門大型化以后可能出現(xiàn)的密封不嚴(yán)，受力變形的情況。對(duì)泥門的高壓沖水噴嘴進(jìn)行專門針對(duì)性的設(shè)計(jì)，以提高高壓沖水的輔助效力。大型箱形泥門在超大型耙吸挖泥船的首次應(yīng)用，必將給日后的泥門設(shè)計(jì)帶來(lái)更多的選擇。

2.6 穩(wěn)性和破艙

國(guó)內(nèi)大型耙吸挖泥船在完整穩(wěn)性方面已經(jīng)完全按照中國(guó)船級(jí)社的規(guī)范要求進(jìn)行衡準(zhǔn)，但SOLAS在2009年1月1日強(qiáng)制執(zhí)行了新的公約要求。該公約在破艙穩(wěn)性方面提出了更加嚴(yán)格和細(xì)化的要求，耙吸挖泥船劃歸為貨船類，需滿足最新的SOLAS 2009對(duì)貨船破艙穩(wěn)性的要求，即采用“三吃水”進(jìn)行衡準(zhǔn)。盡管耙吸挖泥船在穩(wěn)性方面往往裕度很大，但新的規(guī)范在衡準(zhǔn)要求上有明顯的提高，且已經(jīng)對(duì)有些類型的貨船設(shè)計(jì)產(chǎn)生了影響。該船在破艙穩(wěn)性校核方面進(jìn)行了大量的分析工作，在設(shè)計(jì)上采用全通甲板方案，對(duì)滿足SOLAS公約中破艙穩(wěn)性的要求非常有利。

2.7 艉樓甲板室

由于采用電力驅(qū)動(dòng)方案，選用艉樓甲板室有比較顯著的優(yōu)點(diǎn)。艉樓甲板室對(duì)于觀察耙吸挖泥作業(yè)工況更加方便，更便于船員對(duì)耙頭、吊架等甲板疏浚設(shè)備的檢查，易于到達(dá)機(jī)艙集控室，甲板行走吊車可以吊至艏吹裝置等設(shè)備。

艉樓甲板室形式類似于常規(guī)貨船，因?yàn)轳{駛區(qū)和挖泥控制區(qū)均需面向船艏工作，與常規(guī)貨船作業(yè)習(xí)慣相同，船航行方向和人員觀察方向相一致。這樣駕控臺(tái)和挖泥控制臺(tái)就同時(shí)需要面向船艏的視線要求和駕駛室前端位置。通過(guò)采用駕駛室前端區(qū)域上下錯(cuò)層的方法解決了這一困難。即駕控臺(tái)位置靠后，設(shè)在高處，挖泥控制臺(tái)位置靠前，設(shè)在低處。通過(guò)視線范圍分析，在舵手和操耙手的正面、前左、前右三個(gè)方向設(shè)置上下兩層的大型落地窗，保證了兩個(gè)控制臺(tái)都有較好的視野。另外由于駕駛室更加靠近艉部耙頭位置，在兩舷相應(yīng)位置也設(shè)置了落地窗，極大地改善了對(duì)耙頭附近設(shè)備觀察的視野。

2.8 電梯等設(shè)施

在人性化設(shè)計(jì)方面有了顯著提高，該船配置了一部從駕駛室經(jīng)過(guò)生活區(qū)到機(jī)艙區(qū)域的電梯。全船定員40人，其中獨(dú)立套間3間，其余為1人室或2人室，其中 2人室的居住面積達(dá)到 13m2。還為船員配備了大型活動(dòng)場(chǎng)所、健身處所等生活?yuàn)蕵?lè)設(shè)施。提高了噪音和振動(dòng)的控制標(biāo)準(zhǔn)，為船員提供更舒適的生活和工作環(huán)境。

3 結(jié) 語(yǔ)

“通程”號(hào)超大型耙吸挖泥船除在功能上完全滿足任務(wù)要求之外，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)船東提出的諸多關(guān)于提高使用便利性和功能全面性的建議，均通過(guò)優(yōu)化調(diào)整得以實(shí)現(xiàn)。如艉部回轉(zhuǎn)吊機(jī)擴(kuò)大吊貨范圍；機(jī)艙備件備品空間的調(diào)整和增加兩舷空艙的維修空間；艏部艏吹裝置的位置調(diào)整和結(jié)構(gòu)加強(qiáng)等等?？偟恼f(shuō)來(lái)，這一型船吸收了以往大型耙吸挖泥船設(shè)計(jì)上的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)應(yīng)用了一些先進(jìn)設(shè)備，擴(kuò)展了應(yīng)用功能，使其具有鮮明的疏浚作業(yè)特色。相信隨著該船的投入運(yùn)營(yíng)，必將成為我國(guó)疏浚行業(yè)中的一艘主力挖泥船。

[1] Andre Kik.Design Optimization of Trailing Suction Hopper Dredgers-How to achieve the maximum result with your investment[C].Proceedings of the First Chinese International Dredging Congress, pp429-442.Shanghai, 2003.