本刊記者 李儼兒

國家需求引領為長江航道保障自主開發(fā)設計挖泥船
——訪中船集團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，設計出更高效、實用、靈活的挖泥船，國產挖泥船有新看頭。

沈志平

4月27日，中國船舶工業(yè)集團公司第七〇八研究所中標長江航道局13800立方米耙吸式挖泥船設計項目，這是近期國內較大的挖泥船新建項目，也是長江水域內最大一型耙吸式挖泥船。同期，七〇八所為長江航道局設計的6000立方米耙吸式挖泥船項目也在扎實推進。這兩艘船都將用于長江下游12.5米深水航道的維護疏浚。

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現自主研發(fā)設計建造的參與者。這回，他再次帶隊，承擔6000立方米和13800立方米耙吸式挖泥船設計工作。他說，雖然現在并非大型挖泥船的建造高峰期，但國內相關技術、理念的發(fā)展并沒有停止步伐。七〇八所設計團隊將針對長江中、下游特殊的作業(yè)環(huán)境和作業(yè)需求，開發(fā)設計出更高效、高適應性的挖泥船，國產挖泥船有新看頭。

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)展趨勢進行設計開發(fā)，引領性技術創(chuàng)新缺乏，設計中也偏重于經驗性，對系統(tǒng)設計的深入設計研究不夠。”沈志平表示。上世紀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)的經濟復蘇 ，大型交通基礎設施的建設以及陸地吹填工程的實施，促使疏浚理念接連發(fā)生重大變化，一大批更加現代化、技術形態(tài)更先進的挖泥船應運而生。同時，也催生了中國疏浚裝備設計建造的“黃金年代”。2005年開始，國內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土、淤泥等較為疏散的土質環(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)得到廣泛應用。2006年，七〇八所為長江航道局開發(fā)設計了8000立方米耙吸式挖泥船“長鯨2”號，為中交集團上海航道局有限公司開發(fā)設計了13500立方米大型耙吸式挖泥船“新海虎”號，開啟了我國挖泥船自主研制的征程。此后，七〇八所集中設計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20000立方米。

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

把握作業(yè)特點，創(chuàng)新實踐新型動力裝置配置

13800立方米耙吸挖泥船設計效果圖

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

復合驅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，減少了全船的動力裝置配置數量和裝機功率。沈志平介紹，剛中標的13800立方米耙吸式挖泥船將采用“一拖二”的復合驅動方式。相對“一拖三”驅動方式，主機除驅動推進器外，還驅動軸帶發(fā)電機，由軸帶發(fā)電機滿足包括泥泵在內的疏浚裝置的電力需求，泥泵、高壓沖水泵由變頻電機驅動。這種方式將泥泵從主機直接驅動分離出來而由變頻電機驅動，可根據不同的疏浚工況需要，調節(jié)泥泵的運行速度。如果按照傳統(tǒng)的“一拖三”的復合傳動方式，泥泵運行工況點會受限，主機由于驅動泥泵，在泥泵的運行過程中也容易出現轉速波動，會影響整船電網的穩(wěn)定性?！鞍殡S變頻技術的成熟，‘一拖二’的方式已經成為目前業(yè)內普遍采用的挖泥船驅動方式，并成為趨勢。在此基礎上，船舶推進器也可進一步考慮由電機驅動，成為全電力動力驅動形式，能夠進一步提升挖泥船的復雜作業(yè)工況的適應性和靈活性?！鄙蛑酒浇榻B。

值得一提的是，七〇八所為長江航道局設計的6000立方米耙吸式挖泥船即嘗試采用了設計理念更為先進的全電力驅動方案。“這是國內耙吸式挖泥船首次嘗試，在國外案例也很少?！鄙蛑酒奖硎?，由于用于長江作業(yè)的耙吸式挖泥船的作業(yè)環(huán)境條件、作業(yè)要求多變，在動力驅動配置上需兼顧更多方面來論證考慮。

“全電驅動可根據各種不同的作業(yè)條件和作業(yè)要求配置相應的動力需求，能充分滿足不同的工況要求。”沈志平指出。一般而言，以往在設計階段制定一艘船的設計指標，往往是根據極端的作業(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)境條件也不是設計極端條件。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行，這使得動力裝置可能常常會在一種不利的負荷狀態(tài)下運行，不利于動力裝置的高效運行，也不利于節(jié)能環(huán)保。

通過對以往的設計經驗進行總結，以及國內上一波挖泥船建造熱潮期訂造新船的用戶的反饋，雖然目前全電力驅動的6000立方米耙吸式挖泥船還處在設計階段，還需要通過建成實船并營運來進行驗證和比較，但考慮到全球船舶動力技術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，七〇八所進行這樣的創(chuàng)新開發(fā)實踐是值得的。★