全变频电驱大型4 500 m3/h非自航绞吸挖泥船设计简介

刘凯锋

（中交上海航道局有限公司东方疏浚工程分公司，上海200136）

全变频电驱大型4 500 m3/h非自航绞吸挖泥船设计简介

刘凯锋

（中交上海航道局有限公司东方疏浚工程分公司，上海200136）

简要介绍中交上航局正在筹建的全变频电驱大型4 500 m3/h非自航绞吸挖泥船的技术状态，并与以往建成使用的大型绞吸船进行比较分析，以此对公司大型设备升级改造具有一定的借鉴意义。

大型绞吸船；全变频驱动；设计简介

引言

自从2005年以来，由中交上海航道局有限公司自行设计和建造的国内第一艘2 000 m3/h非自航绞吸船“航绞2001”轮问世以来，通过不断引进、消化先进技术和自主创新，先后建成了大型3 500 m3/h绞吸船十余艘，为提高民族疏浚产业，引领企业又好又快发展作出了杰出贡献。

随着变频技术的发展，高性能的变频器可以满足驱动大型绞吸船的舱内泥泵、水下泥泵、绞刀等大功率需求，由于变频驱动与传统的液压或直接原动机驱动相比，能最大程度上减小船舶振动与噪声，减少对海洋的污染，出色的抗过载能力容易实现泥泵/绞刀恒扭矩和恒功率，柴油机定转速运行平稳，因此变频驱动技术现已在大型绞吸船中得到有效应用。

本船的水下泥泵、舱内泥泵、绞刀、桥架绞车和横移绞车等采用变频电机驱动，与以往国内建造的大型绞吸船相比，更具有环保、节能和高效的优势。

1 船型和总布置

1.1 船型、特点及用途

本船为非自航、整体式、单甲板、钢质平底船型，适用于沿海水域疏浚、吹填等，经适当封舱可进行无限航区无人拖航调遣。

本船配置一台水下泵和两台舱内泥泵，均采用变频电机驱动，通过对排泥管路的调整可实现单水下泵、二泵串联和三泵串联工作，以及通过装驳装置实现单水下泵挖泥装驳作业。

配有两种适应不同土质的挖掘绞刀，可适用于挖掘软质土、粉细沙、中粗砂、砂质黏土、卵石、砾石、珊瑚礁和抗压强度Rc≤30 MPa的软质岩石（包括强风化岩和全风化岩等）。

本船与国内之前设计建造的大型绞吸船相比，具有以下特点：

1）设置三台6 000 kW主发电机组形成全船供电网，电网功率大，超过之前同类型船舶的配置；2）两台舱内泥泵均由变频电动机通过双减速齿轮箱和齿形连轴器驱动，这是国内首次采用此驱动方式；3）水下泥泵采用短轴驱动形式，是由安装于绞刀架密封舱内的变频电机经安全联轴器、减速齿轮箱和齿形连轴器驱动；4）绞刀由两个安装于桥架顶部水线以上的变频电机经高弹连轴器、气动离合器、减速齿轮箱、联轴节、长轴和绞刀轴驱动；5）电动桥架绞车安装在电动横移绞车上方的上甲板中，其中横移钢丝绳穿过绞刀架顶部的2个横移滑轮，以及绞刀架底端的2个摆动滑轮，这是一种全新的布局形式；6）左右两舷舯部各设有一套泥舱装驳系统，在单用水下泵作业工况时，可以实现直接装驳作业。

1.2 主尺度及参数

影响绞吸挖泥船主尺度的主要因素有：最大挖深、泥泵的数量、柴油机的类型、驱动方式、定位装置形式等。最大挖深受桥架长度限制，因此影响船体桥架开槽和船体长度。定位装置采用钢桩台车，台车油缸的行程影响供定位装置运行的开槽长度，本船的台车油缸行程增大至7.0 m。

型宽与机舱和泥泵的布局关系较密切，因绞吸挖泥船燃油耗量大，且需满足连续作业20天的要求，因此燃油舱容积较大，型宽较大。从施工的角度考虑适当取大船宽，能使船舶复原能力大，风浪下横倾小，有利施工作业。

1.3 总布置

总布置与船舶的主尺度关系密切，因船上需安装的设备众多，从船艏到船艉的船体内和甲板上都安装了各种专用和辅助设备。艏艉船体均开槽，艉部布置钢桩定位系统和电动液压起重机，艏部布置绞刀桥架、横移锚、移锚杆、电动液压起重机等作业设备。机舱及泵舱设于船体舯部。船中设5层甲板室。其中第一层与机舱及泵舱相通，为作业场所；第二、三、四层为居住舱室，定员30人；居住舱室之上为操纵室，在第二层甲板左右两舷各设置一套泥舱装驳系统，与传统的绞吸船总布置也存在较大的区别。

2 动力配置情况

2.1 动力装置与传动装置

2.1.1 AC6 600 V、5 760 kW主发电柴油机组

三台主发电机组形成全船电网，为绞刀、水下泥泵、舱内泥泵、绞车系统以及全船辅助设备供电，其中主发电柴油机正常工作时使用重燃油。为满足单泵、两泵和三泵挖泥工况的电力需求，可以选择运行1台、2台或3台主发电机。

2.1.2 AC400 V、950 kW辅柴油发电机组

在主发电机组功率不足时，为满足高负荷作业要求，一台辅柴油发电机组运行，用于全船辅助设备供电。辅发电机手动起动，通过功率管理PMS模式切换与主电网短时并联转移负荷，同时停泊工况时，用于设备维修用电及日常供电。

2.1.3 AC400 V、250 kW应急柴油发电机组

应急柴油发电机组一台，在应急工况下使用，亦可在停泊时运行。

2.1.4 舱内泥泵传动装置

两台舱内泥泵均采用4 800 kW的变频电机驱动，电动机通过双减速齿轮箱后经传动轴驱动舱内泥泵，充分提高了对不同排距的适应性，使每台舱内泵能够在两个额定状态下充分利用电动机的额定功率，系统效率高，营运成本低。

2.1.5 水下泥泵驱动装置

水下泥泵由安装在绞刀架密封舱内的变频电机，经安全联轴器、减速齿轮箱和齿形连轴器驱动，在齿轮箱的输出轴通过的绞刀架舱壁处，装有密封装置。在单用水下泵作业工况时，可以通过左右两舷的泥舱装驳系统实现装驳作业。水下泥泵采用变频电机驱动，具有恒扭矩和恒功率的特性，能较好适应不同排距和装驳功能要求。

2.1.6 绞刀传动装置

绞刀由安装于桥架顶部水线以上的两台变频电机经高弹连轴器、气动离合器、减速齿轮箱、联轴节、绞刀长轴驱动。每台绞刀电动机的额定功率为2 200 kW，具有较强的过载能力，每20 min中能有1 min承受150%的额定转矩，具有低速正反转盘车功能，同时在艏部设控制箱，用于手持就地控制，便于安装或拆卸绞刀。

齿轮箱采用双输入单输出的形式，可承受双向推力，绞刀轴轴承和中间轴承均为水润滑复合材料轴承，在含有泥沙的工作环境中具有良好的耐磨性，并且与油脂润滑的轴承相比更加环保。

2.1.7 电动绞车

设恒张力电动横移绞车2台，并列安装于主甲板前端，拉力为1 350 kN，绳速为24 m/min绞刀架起升绞车；电动绞刀架起升绞车2台，设于第二层甲板前部。拉力700 kN，绳速为24 m/min；起锚绞车2台，设于主甲板前部，拉力600 kN；回收绞车2台，设于主甲板前部，拉力100 kN。

2.1.8 液压系统

钢桩台车系统、闸阀、泥舱装驳系统等由电动液压泵站提供动力。液压绞车的速度都是可连续无极调节的，主要通过采用可连续调节的变量泵、变量液压马达或者比例控制阀来实现。

2.2 电力系统

船舶的主要疏浚系统基本上都采用了变频驱动，并已充分考虑到使用灵活性和运行节能性，电力系统单线图见下页图1。

疏浚设备（舱内泥泵、绞刀、水下泥泵、绞车系统、封水泵系统）采用变频调速方式进行起动、调速控制，其中舱内泥泵、绞刀、水下泥泵传动方式采用单传动，绞车系统、封水泵系统采用多传动。同时，配备变频驱动PLC柜和满足30 min要求的UPS。当水下泥泵移相变压器或水下泥泵变频器故障时，可以通过2号舱内泥泵变频器向水下泥泵变频电动机供电，分别满足舱内泥泵电动机和水下泥泵电动机的特性。船舶电网谐波总畸变量＜5%，单相谐波总畸变量＜3%。

本船配置功率管理系统PMS，主要具有重载问询、自动分级卸载等功能。PMS通过监测电站功率，根据本船不同的工况，通过功率管理系统分配负载功率，确保主发电机安全运行。

图1 电力系统单线图

3 结语

本船是国内目前自行设计和建造的首条全电驱的4 500 m3/h非自航绞吸式挖泥船，特别是在疏浚设备上全部采用了变频电机驱动，最大程度上提高了绞吸船各种工况适应性，有很好的节能和环保效果，设计理念具有前瞻性，将为公司的快速发展提供有力的船机设备支持，对提升我国疏浚技术水平具有深远的意义。

（编辑：贾娟）

Brife Introduction to the Design of Large Full Variable Frequency Electric Drived Non Self-Propelledcutter Suction Dredger（4500 m3/h）

Liu Kaifeng
（CCCC Shanghai Dredging Co.，Ltd.，Shanghai 200136）

The technology about the design of full variable frequency electric drived non self-propelled cutter suction dredger（4 500 m3/h）is introduced briefly in this paper，it has reference significance for our company to upgrade large-scale equipment by comparing with the built cutter suction dredgers.

large cutter suction dredger；full variable frequency drive；brief introduction

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.14.17

U674

A

2095-0748（2016）14-0039-03

2016-06-06

刘凯锋（1979—），男，广东兴宁人，本科，工程师，技术部副经理，主要从事施工设备管理及疏浚技术研究工作。