“長江流域從上游到下游，泥沙沉積總體呈逐步細(xì)化演變，在長江下游和長江口水域沉積的泥沙更細(xì)，板結(jié)后挖掘較難，但挖泥船挖掘進(jìn)泥艙后卻又很難沉淀。針對這種土質(zhì)的高效疏浚，和以往常規(guī)的挖泥船疏浚設(shè)計理念將有所不同。”
4月27日，中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司第七〇八研究所中標(biāo)長江航道局13800立方米耙吸式挖泥船，這是近期國內(nèi)較大的挖泥船新建項目，也是長江水域內(nèi)最大一型耙吸式挖泥船。同期，七〇八所為長江航道局設(shè)計的6000立方米耙吸式挖泥船項目也在扎實推進(jìn)。這兩艘船都將用于長江下游12.5米深水航道的維護(hù)疏浚。
沈志平，七〇八所海洋工程部資深專家，我國高性能大型挖泥船實現(xiàn)自主研發(fā)設(shè)計建造的參與者。這回，他再次帶隊，承擔(dān)6000立方米和13800立方米耙吸式挖泥船設(shè)計工作。他說，雖然現(xiàn)在并非大型挖泥船的建造高峰期，但國內(nèi)相關(guān)技術(shù)、理念的發(fā)展并沒有停止步伐。七〇八所設(shè)計團(tuán)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(shè)計出更高效、高適應(yīng)性的挖泥船，國產(chǎn)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)展趨勢和技術(shù)進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，引領(lǐng)性技術(shù)創(chuàng)新缺乏。設(shè)計中也偏重于經(jīng)驗性，對系統(tǒng)設(shè)計的深入設(shè)計研究不夠。”沈志平表示。上世紀(jì)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(jīng)濟(jì)復(fù)蘇 ，大型交通基礎(chǔ)設(shè)施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(xiàn)代化、技術(shù)形態(tài)更先進(jìn)的挖泥船應(yīng)運而生。同時，也催生了中國疏浚裝備設(shè)計建造的“黃金年代”。2005年開始，國內(nèi)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式挖泥船。其中，耙吸式挖泥船適合在如沙質(zhì)土、淤泥等較為疏散的土質(zhì)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(yīng)用。2006年，七〇八所為長江航道局開發(fā)設(shè)計了8000立方米耙吸式挖泥船“長鯨2”，為中交集團(tuán)上海航道局有限公司開發(fā)設(shè)計了13500立方米大型耙吸式挖泥船“新?；?rdquo;，開啟了我國挖泥船自主研制的征程。此后，七〇八所集中設(shè)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(dá)20000立方米。
“長江流域從上游到下游，泥沙沉積總體呈逐步細(xì)化演變，在長江下游和長江口水域沉積的泥沙更細(xì)，板結(jié)后挖掘較難，但挖泥船挖掘進(jìn)泥艙后卻又很難沉淀。針對這種土質(zhì)的高效疏浚，和以往常規(guī)的挖泥船疏浚設(shè)計理念將有所不同。”沈志平介紹。因此，針對長江口的特殊土質(zhì)，七〇八所項目團(tuán)隊開始進(jìn)行專題論證，根據(jù)長江航道的特殊需求，研發(fā)適應(yīng)長江中下游疏浚作業(yè)環(huán)境和條件，更具適應(yīng)性、更具高效率和更具環(huán)保性的挖泥船。據(jù)了解，前述6000立方米和13800立方米耙吸挖式泥船技術(shù)方案就分別采用了全電力驅(qū)動和“一拖二”的驅(qū)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
就動力驅(qū)動型式而言，早期的中小型耙吸式挖泥船主要為獨立驅(qū)動，挖泥船的推進(jìn)裝置、泥泵裝置以及高壓沖水泵裝置分別采用獨立的柴油機(jī)驅(qū)動。隨著耙吸式挖泥船朝大型化發(fā)展，其動力驅(qū)動方式也向復(fù)合驅(qū)動型式發(fā)展，復(fù)合驅(qū)動型式主要有“一拖三”和”一拖二”，即主機(jī)除驅(qū)動推進(jìn)裝置外，還同時驅(qū)動泥泵和軸帶發(fā)電機(jī)，軸帶發(fā)電機(jī)提供高壓沖水泵等疏浚作業(yè)裝置和全船的電力需求。
復(fù)合驅(qū)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(shù)量和裝機(jī)功率。沈志平介紹，剛中標(biāo)的13800立方米耙吸式挖泥船將采用“一拖二”的復(fù)合驅(qū)動方式。相對”一拖三“驅(qū)動方式，主機(jī)除驅(qū)動推進(jìn)器外，還驅(qū)動軸帶發(fā)電機(jī)，由軸帶發(fā)電機(jī)提供包括泥泵在內(nèi)的疏浚裝置電力需求，泥泵、高壓沖水泵采用變頻電機(jī)驅(qū)動。這種方式將泥泵從主機(jī)直接驅(qū)動分離出來而采用變頻電機(jī)驅(qū)動，則可根據(jù)不同的疏浚工況需要，調(diào)節(jié)泥泵的運行速度。如果按照傳統(tǒng)的“一拖三”的復(fù)合傳動方式，泥泵運行工況點會受限，主機(jī)由于驅(qū)動泥泵，在泥泵的運行過程中也容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)速的波動，會影響整船電網(wǎng)的穩(wěn)定性。“伴隨變頻技術(shù)的成熟，‘一拖二’的方式已經(jīng)成為目前業(yè)內(nèi)普遍采用的挖泥船驅(qū)動方式，并成為趨勢。在此基礎(chǔ)上，船舶推進(jìn)器也可進(jìn)一步考慮采用電機(jī)驅(qū)動，成為全電力動力驅(qū)動形式，能夠進(jìn)一步提升挖泥船的復(fù)雜作業(yè)工況的適應(yīng)性和靈活性。”沈志平介紹。
因此值得一提的是，七〇八所為長江航道局設(shè)計的6000立方米耙吸式挖泥船即嘗試采用了設(shè)計理念更為領(lǐng)先的全電力驅(qū)動。“這是國內(nèi)耙吸式挖泥船首次嘗試，在國外案例也很少。”沈志平表示，由于用于長江作業(yè)的耙吸式挖泥船作業(yè)環(huán)境條件、作業(yè)要求多變，在動力驅(qū)動配置方面需兼顧更多方面論證考慮。
“全電驅(qū)動可根據(jù)各種不同的作業(yè)條件和作業(yè)要求配置相應(yīng)的動力需求，能充分適應(yīng)不同的工況要求。”沈志平指出。一般而言，以往在設(shè)計階段制定一艘船的設(shè)計指標(biāo)往往根據(jù)極端的作業(yè)條件和最大的作業(yè)要求，而往往對挖泥船的平常作業(yè)條件工況忽視給予關(guān)注。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(shè)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處于一種不利的負(fù)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。
通過對以往設(shè)計經(jīng)驗的總結(jié)，以及國內(nèi)上一波挖泥船建造熱潮期用戶的反饋，雖然目前采用全電驅(qū)動的6000立方米耙吸式挖泥船還處在設(shè)計階段，還需要通過實船建成和營運來進(jìn)行驗證和比較，但考慮到全球船舶動力技術(shù)發(fā)展采用綜合電力集成的趨勢越來越明顯，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)保等要求的不斷提升，七〇八所進(jìn)行這樣的創(chuàng)新開發(fā)實踐是值得的。（文：李儼兒）
