仲偉東，費 龍

（708研究所，上海 200011）

0 引 言

多年來，隨著國家對沿河、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，國內(nèi)在自行設(shè)計和建造大型耙吸挖泥船方面積累了很多的經(jīng)驗。708研究所在國內(nèi)大型耙吸挖泥船的設(shè)計方面一直處于領(lǐng)先地位，先后為國內(nèi)各大航道局設(shè)計了多艘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)計和建造一型國內(nèi)艙容量最大、技術(shù)水平更先進、功能更符合中國疏浚市場特點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”號是我國自行設(shè)計和建造的艙容量最大、挖掘水深最深、技術(shù)水平先進，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、雙機復合驅(qū)動、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)，并兼作海岸維護工程，可于無限航區(qū)進行調(diào)遣。

圖1 試航中的“通程”號

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臺艙內(nèi)泵或左舷艙內(nèi)泵和右舷水下泵進行雙耙挖泥作業(yè)，單獨使用水下泵或右舷水下泵和右舷艙內(nèi)泵串聯(lián)進行單耙挖泥作業(yè)；將耙吸的泥漿裝艙及低濃度自動排放，并通過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，通過左右2臺艙內(nèi)泵單獨抽艙或雙泵串聯(lián)抽艙后，進行艏吹排岸或艏噴作業(yè)；采用配有高壓沖水、可卸式耙齒的主動耙頭來疏松密實土；通過2臺高壓沖水泵進行沖艙，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臺泥泵均由變頻電機通過齒輪箱驅(qū)動。

3)機艙內(nèi)設(shè)置2臺主柴油機，每臺主柴油機的飛輪端通過減速齒輪箱驅(qū)動一只導管可調(diào)螺距螺旋槳，自由端驅(qū)動一臺交流軸帶發(fā)電機；設(shè)置3臺主發(fā)電機（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電動艏側(cè)推裝置；可單人遙控推進控制系統(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；淡水艙位于機艙后部；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的縱傾。該艙由一臺高壓沖水泵壓排水，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 162.30m

垂線間長 149.80m

型 寬 28.50m

型 深 15.00m

設(shè)計吃水 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-耙管接長并與船基線為45°夾角 45m

挖深-采用水下泵、耙管接長與船基線為49°夾角 85m

推進柴油機2臺 2×8700kW

軸帶發(fā)電機2臺 2×7500kW

發(fā)電機組3臺 3×750kW

應急發(fā)電機組1臺 210kW

電動艏側(cè)推1臺 700kW

艙內(nèi)泥泵2臺 挖泥2355kW排岸4380kW

水下泵1臺 3200kW

試航航速(在吃水11m，100%MCR時)15.04kn

總裝機功率 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)計伊始，已先行確定了主機設(shè)備，為 2臺600r/min×8700kW的主柴油機。約定航速為14.5kn，然后對尺度、型線、功率分配等主要參數(shù)進行分析和優(yōu)化，最后確定本船最大的泥艙容積為18000m3，見表1。分析國內(nèi)外同類型船舶的主尺度，決定該船的長寬比略大于 5。以適當?shù)拈L寬比達到優(yōu)化線型，提高航速。經(jīng)過實船試航航速達到了15.04kn。航行比功率最終鎖定在0.0394，遠低于國內(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)達到了國際先進水平。

對方形系數(shù)的選擇則結(jié)合了線型優(yōu)化的手段。通常理論認為，較大的方形系數(shù)對應較慢的航速，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)更是達到了 0.879，為國內(nèi)目前設(shè)計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格措施，通過水池試驗和線型優(yōu)化軟件進行深入分析，優(yōu)化全船各主要部位的線型。艉部在導管螺旋槳附近采用獨特的附體形式，針對艉部流場情況進行多次調(diào)整，經(jīng)試驗取得較滿意的結(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，主甲板之上再通過設(shè)置較高的泥艙圍板（一般高達3～5m），以能在近海（作業(yè)環(huán)境條件一般較好）疏浚作業(yè)過程中提高裝載量。但這種做法，往往對應較好的作業(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，為適應更嚴格的海況要求，又不減少裝載量，國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的主甲板。作為新的主甲板，相應地增加了部分結(jié)構(gòu)重量，但這可以通過適度增加吃水來彌補，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，如果吃水沒有受到特殊限制，全通甲板船舶的經(jīng)濟性就不言而喻。采用全通甲板設(shè)計形式也大大地提高了船舶的安全性能，擴大了船舶營運范圍，這樣的船型非常適用于深遠海作業(yè)。

表1 國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)動疏浚設(shè)備

耙吸挖泥船通過不同的驅(qū)動方式為其“心臟”——泥泵提供動力。在如今的大型或超大型耙吸挖泥船上都為一機多帶式（一臺主機同時驅(qū)動多種設(shè)備）。為了更好地利用主機所產(chǎn)生的功率，經(jīng)常在主機飛輪端通過齒輪箱驅(qū)動可調(diào)螺距螺旋槳和軸帶發(fā)電機，自由端通過減速齒輪箱來驅(qū)動泥泵，或主機只驅(qū)動可調(diào)螺距螺旋槳和軸帶發(fā)電機，類型有很多種，但基本為這2種。在目前國內(nèi)的大型耙吸挖泥船上，前一種動力配置方案（也稱“一拖三”方案）已在多艘船舶上實踐成功，有較成熟的經(jīng)驗；而后一種，由主機驅(qū)動軸帶發(fā)電機，利用軸帶發(fā)電機供電給泥泵變頻電機來驅(qū)動泥泵（以下簡稱電力驅(qū)動方案）的方式則首次在國內(nèi)的大型耙吸挖泥船上運用。

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，最長可以到達船的艉部。泥泵艙遠離了船的艉部，則耙吸管系更長，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，同樣通過功率管理系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，可采用單個右舷艙內(nèi)泵和水下泵串聯(lián)或單個水下泵——右舷單耙作業(yè)進行最大挖深 85m的疏浚作業(yè)。這是目前國內(nèi)耙吸挖泥船中所能達到的最大挖深。

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。但在國內(nèi)的大型耙吸挖泥船上，無一例外地選用了圓錐形泥門，主要是設(shè)備的成熟度高，相對安全可靠。而箱形泥門在拋泥方面具有不可替代的優(yōu)勢，它對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。通過對受力情況分析，對泥門的局部結(jié)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu)進行精心設(shè)計，改善了箱形泥門大型化以后可能出現(xiàn)的密封不嚴，受力變形的情況。對泥門的高壓沖水噴嘴進行專門針對性的設(shè)計，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用，必將給日后的泥門設(shè)計帶來更多的選擇。

2.6 穩(wěn)性和破艙

國內(nèi)大型耙吸挖泥船在完整穩(wěn)性方面已經(jīng)完全按照中國船級社的規(guī)范要求進行衡準，但SOLAS在2009年1月1日強制執(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格和細化的要求，耙吸挖泥船劃歸為貨船類，需滿足最新的SOLAS 2009對貨船破艙穩(wěn)性的要求，即采用“三吃水”進行衡準。盡管耙吸挖泥船在穩(wěn)性方面往往裕度很大，但新的規(guī)范在衡準要求上有明顯的提高，且已經(jīng)對有些類型的貨船設(shè)計產(chǎn)生了影響。該船在破艙穩(wěn)性校核方面進行了大量的分析工作，在設(shè)計上采用全通甲板方案，對滿足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)動方案，選用艉樓甲板室有比較顯著的優(yōu)點。艉樓甲板室對于觀察耙吸挖泥作業(yè)工況更加方便，更便于船員對耙頭、吊架等甲板疏浚設(shè)備的檢查，易于到達機艙集控室，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，因為駕駛區(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)習慣相同，船航行方向和人員觀察方向相一致。這樣駕控臺和挖泥控制臺就同時需要面向船艏的視線要求和駕駛室前端位置。通過采用駕駛室前端區(qū)域上下錯層的方法解決了這一困難。即駕控臺位置靠后，設(shè)在高處，挖泥控制臺位置靠前，設(shè)在低處。通過視線范圍分析，在舵手和操耙手的正面、前左、前右三個方向設(shè)置上下兩層的大型落地窗，保證了兩個控制臺都有較好的視野。另外由于駕駛室更加靠近艉部耙頭位置，在兩舷相應位置也設(shè)置了落地窗，極大地改善了對耙頭附近設(shè)備觀察的視野。

2.8 電梯等設(shè)施

在人性化設(shè)計方面有了顯著提高，該船配置了一部從駕駛室經(jīng)過生活區(qū)到機艙區(qū)域的電梯。全船定員40人，其中獨立套間3間，其余為1人室或2人室，其中 2人室的居住面積達到 13m2。還為船員配備了大型活動場所、健身處所等生活娛樂設(shè)施。提高了噪音和振動的控制標準，為船員提供更舒適的生活和工作環(huán)境。

3 結(jié) 語

“通程”號超大型耙吸挖泥船除在功能上完全滿足任務要求之外，在設(shè)計過程中，對船東提出的諸多關(guān)于提高使用便利性和功能全面性的建議，均通過優(yōu)化調(diào)整得以實現(xiàn)。如艉部回轉(zhuǎn)吊機擴大吊貨范圍；機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)加強等等?？偟恼f來，這一型船吸收了以往大型耙吸挖泥船設(shè)計上的經(jīng)驗，同時應用了一些先進設(shè)備，擴展了應用功能，使其具有鮮明的疏浚作業(yè)特色。相信隨著該船的投入運營，必將成為我國疏浚行業(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.