节能措施在10 m3抓斗挖泥船上的应用

徐志坚

(浙江方圆造船有限公司，浙江 台州 317000)



节能措施在10 m3抓斗挖泥船上的应用

徐志坚

(浙江方圆造船有限公司，浙江 台州 317000)

摘要：由于抓斗船具有技术含量高，机械设备复杂，自动化要求高，单位排水量装机功率高于普通运输船等特点，且节能减排的作用将更为明显，研究设计了10 m3抓斗挖泥船。介绍了10 m3抓斗挖泥船的工作方式和良好性能，通过在该船实施6条节能减排措施，从而达到节能环保、绿色的目的。

关键词：抓斗挖泥船；优化设计；节能

0引言

节能减排、绿色低碳已成为技术发展、创新的一项主要任务。抓斗式挖泥船(以下简称“抓斗船”)作为一种特殊的海洋工程船舶，由于具有技术含量高，机械设备复杂，自动化要求高，单位排水量装机功率高于普通运输船，节能减排的作用明显等特点，目前已从传统简单的疏浚土挖掘转移延伸到了岸滩养护、水利防洪和库区清淤、江河湖海等水环境的改善和生态恢复、水下采矿等诸多领域。

本文以10 m3抓斗挖泥船为研究对象，采用多项节能技术，达到节能环保、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

本船工作原理主要为：首先，利用全回转式挖泥机的吊杆及钢索来悬挂泥斗，在抓斗本身重量的作用下放入海底抓取泥土；然后，通过绞车钢丝绳的配合，在重力作用下关闭抓斗，并通过另一个卷筒及钢丝绳升起泥斗；最后，再回转到预定点开斗将泥卸掉，一般是卸到泥驳上。抓斗机又转回挖掘地点，进行挖泥，如此循环作业。一般情况下，10 m3抓斗式挖泥船每小时产量不小于450 m3。

抓斗式挖泥船的定位移船原理类似于绞吸挖泥船，在艏、艉抛设大约100 m长的八字锚，用来固定抓斗挖泥船，并靠收放锚绳的方式来实现扩展挖泥面积。

1.2抓斗船性能

抓斗式挖泥船具有作业吃水浅，挖掘土质范围宽(有淤泥、粘土、砾石、沙土、垃圾等)，挖掘效率高(挖掘物含水量少)，挖掘费用低，与泥驳配合排距远等特点，在土质复杂、垃圾较多、排泥距离较远等区域作业时优势更为明显。

2主要量度

本船为非自航抓斗挖泥船，主要用于厦门海域的疏浚、码头港池的清淤维护等，可对泥驳船进行装驳作业。航区为遮蔽航区施工作业，在封舱的条件下可在沿海航区拖航调遣。

本船配有7 m3和10 m3两种不同容量、重量的抓斗，适应于挖掘不同的土质。7 m3抓斗适应于挖掘一般粘土、松散的沙质土及N值(疏浚土层软硬指标)1～25的中等沙土，10 m3抓斗适用于挖掘水下N值小于10的淤泥。

其主要量度如下：

总长

43.8 m

型宽

16.8 m

型深

3.4 m

设计吃水

2.4 m

限高

水线以上14 m

配员

12人

3节能减排措施

能源是经济发展的基本。随着经济的快速发展，能源消耗越来越大，且消耗的能源大部分是不可再生资源，因此，有必要降低能耗，提高资源利用率，控制和减少污染物的排放。本文以10 m3抓斗船为例，介绍多项节能技术的应用。

3.1优化船型提高船舶稳定性并减少拖航阻力

本船为钢质全焊接结构。全船采用箱形船体，圆舭，艏部船底为雪橇型，艉部船底采用切角型。

抓斗船船体呈箱型，宽度较大。抓斗侧转抛泥时，往往会产生较大的船舶横倾力，而箱型船体则可保证船舶施工作业时的稳定性,产生的横倾角最小，使船体不至于有太大的倾斜。鉴于本船施工作业水域的特殊性,在流速高达3.0 m/s、风速16 m/s的海域进行作业时箱型船体产生的兴波阻力是很大的，为减小调遣时的阻力，将船体尾部设计为箱型,首部设计为雪橇型,并采用圆舭。10 m3抓斗挖泥船船型优化设计后减小了船舶航行阻力，节省了拖航时间，同时也减小了帮拖拖船的功率。

3.2采用先进的“一拖三”复合动力驱动形式

本船由1台895 kW柴油机提供主动力，柴油机飞轮端经过奥米茄变矩器、主减速齿轮箱驱动起升、开闭转筒组，实现抓斗的上升、开闭；柴油机自由端通过分动箱，驱动液压泵和150 kW轴带同步发电机；液压泵驱动回转马达、变幅机构，实现抓机的回转、变幅；发电机给抓机和船舶供电。这种“一拖三”的配置形式可提高传动效率，减少柴油机的配置数量，提高设备管理水平，减轻工人劳动强度，降低投资成本，提高经济效益，达到节能、降耗的效果。另外，该抓斗机还配有抓斗的开度、挖深等状态和位置指示设备、相关的安全报警及显示仪表。驱动形式如图1所示。

图1　驱动形式

3.3采用淡水循环冷却

本船在挖泥作业时，需要外界提供冷却水对柴油机、变矩器进行冷却。考虑到本船是挖泥工程船，工作水域水质恶劣、浑浊，泥沙含量较高，且海水对机器设备腐蚀性强，为了提高挖泥设备的可靠性、延长寿命周期，本船采用非海水冷却系统，即用淡水冷却泵将淡水循环舱的冷却水供给挖泥船相应设备进行冷却。由于本船作业时需与泥驳配合，因而作业时间是否连续与航道水深有关，即有些工地可以全天候作业，有些工地如滩涂只有在涨潮时作业。当抓机连续长时间工作，产生的热负荷大时，可以利用海淡水冷却器、海水冷却泵对循环的淡水进行冷却，从而满足淡水再循环的要求，实现连续工作。考虑到本船主要在滩涂、岸边等工地施工，每天连续工作时间短，热负荷低，利用淡水循环舱的舱壁与外界海水的接触，对淡水进行降温，从而满足淡水再循环冷却的要求，不用开启海水冷却泵从而实现节能。

3.4采用具有被动放缆功能的4锚定位方式

本船主要应用于近岸沿海水域。考虑到该水域施工存在船多、流急、障碍物多的特点，拟采用4锚定位作业，船前后各抛2个八字锚，可以牢牢地固定船身。根据需要，通过4缆收放的配合，可以实现船舶前后左右的位移，从而扩展挖泥工作面。本系统设计成2台移船绞车以额定负载收缆，而另外2台移船绞车被动放缆的形式实现移船；即2台收缆，2台被动放缆，两两联动操作。采用这种具有被动放缆功能的4锚定位方式，可减轻船员操作强度，并节省能耗。

3.5采用外界吸气的涡轮增压供气方式

本船抓机柴油机布置在回转支承上的抓机机舱内，此处高于主甲板。如果柴油机直接在机舱内吸气，为了提高吸气质量，需要通过机械通风机从外界送风到柴油机附近。考虑到本柴油机机舱外部比较开阔，外界自然通风条件较好，因此，本船将柴油机吸气滤器布置在机舱顶棚，采用外界自然吸气的涡轮增压方式，并用管道与柴油机连接。这样既可以为柴油机提供高品质的足够的新鲜空气，又减少了辅助设备，具有提高柴油机运行条件和节能的优点。

3.6上层建筑采用蓄电池供电的24 V低压照明

本船在海岸边作业，潮位低时泥驳无法进出，抓斗船需停工。由于停工时间短，船舶只需很少的照明电进行维持，因此上层建筑可采用蓄电池供电的24 V低压用于照明，不用启动发电机组，减少了发电机组的运行时间。

4结语

随着港口建设的规模扩大和海洋资源的开发利用，挖泥船的使用越来越重要，功能越来越强大，种类也越来越多。抓斗船作为挖泥船的一种，因其节能减排效果明显，越来越受到用户欢迎。10 m3抓斗式挖泥船不仅具备高技术、高效率，而且是节能环保的新型、绿色、经济性好的海洋工程船。经实船运用，该船各项技术指标达到设计要求。

参考文献：

[1]李镇宇，周烈，范庆，等.2 m3抓斗挖泥船的改型设计[J].江苏船舶，2010，27(6)：5-9.

中图分类号：U674.31

文献标志码：A

作者简介：徐志坚(1981—),男，工程师，从事轮机设计工作。

收稿日期：2015-08-27