增刊２（总第１３５期） ２０１３年９月 船舶设计通讯 Ｅｘｔｒａ ｅｄｉｔｉｏｎ ２（Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．１３５） Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０１３ Ｊ０ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＨＩＰ ＤＥＳＩＧＮ ５ ０００ ｍ３自航耙吸挖泥船的设计特点 罗 彬 （上海船舶研究设计院，上海２０１２０３） ［摘 要］自航耙吸挖泥船与绞吸式、链斗式、抓斗式等挖泥船相比，技术含量高、机械设备多、系统繁杂。简要介绍为神华集团 建造的５ ０００ ｍ 自航耙吸挖泥船的总体性能、总体布置特点和典型的挖泥设备。此外，介绍了ＩＭＯ Ｎｏ．２２８５通函要求的挖泥干 舷和挖泥船的特殊稳性要求。 ［关键词］耙吸式挖泥船；挖泥干舷；活动耙头 ［中图分类号］Ｕ６６３ ［文献标志码］Ａ ［文章编号］１００１—４６２４（２０１３）增刊２－００１５—０５ Ｄｅｓｉｇｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ５ ０００ ｍ３ Ｔｒａｉｌｉｎｇ Ｓｕｃｔｉｏｎ Ｈｏｐｐｅｒ Ｄｒｅｄｇｅｒ Ｌｕｏ Ｂｉｎ （Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｍｅｒｃｈａｎｔ Ｓｈｉｐ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０ １ ２０３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｃｕｔｔｅｒ ｓｕｃｔｉｏｎ，ｃｈａｉｎ ｂｕｃｋｅｔ ａｎｄ ｂｕｃｋｅｔ ｔｙｐｅ ｄｒｅｄｇｅｒ，ｔｒａｉｌｉｎｇ ｓｕｃｔｉｏｎ ｈｏｐｐｅｒ ｄｒｅｄｇｅｒ ｗａｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｃａｒｒｙｉｎｇ ｍｏｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｂｒｉｅｆｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｖｅｓｓｅｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｇｅｎｅｒａｌ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｆｅａｔｕｒｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｄｒｅｄｇｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ５ ０００ ｍ。ｔｒａｉｌｉｎｇ ｓｕｃｔｉｏｎ ｈｏｐｐｅｒ ｄｒｅｄｇｅｒ ｆｏｒ Ｓｈｅｎｈｕａ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｄｒｅｄｇｉｎｇ ｆｒｅｅｂｏａｒｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ＩＭＯ Ｃｉｒｃｕｌａｒ ｌｅｔｔｅｒ Ｎｏ．２２８５ ｗｅｒｅ ａｌＳＯ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｉｌｉｎｇ ｓｕｃｔｉｏｎ ｈｏｐｐｅｒ ｄｒｅｄｇｅｒ；ｄｒｅｄｇｅｒ ｆｒｅｅｂｏａｒｄ；ｍｏｖａｂｌｅ ｓｕｃｔｉｏｎ ｈｅａｄ ０ 前言 ５ ０００ ｍ，自航耙吸式挖泥船是沪东中华造船集 团为神华集团建造的较为先进的挖泥船。该船主要 用于黄骅港航道疏浚工程．在设计和设备选购时满 足黄骅港航道特点．并兼顾其他港口疏浚工程要求。 该船挖泥系统为进口设备，其中挖泥设备除溢流筒、 耙头吊架、挖泥管路等结构件外全部由德国克努伯 （ＶＯＳＴＡ ＬＭＧ）公司进口。 的著名公司有荷兰ＩＨＣ公司和德国ＶＯＳＴＡ—ＬＭＧ 公司。自上个世纪９０年代以来，我国的疏浚业蓬勃 发展．在引进消化吸收国际先进技术的基础上，耙吸 挖泥船的设计和制造水平稳步提升。５ ０００ ｍ 自航 耙吸挖泥船是为北煤南运工程中黄骅港建设而配套 的项目。由于黄骅港的特殊土质和航道状况，需要 一艘５ ０００ ｍ。自航耙吸挖泥船（见图１）来长期维护 航道。 自航耙吸挖泥船与绞吸式、链斗式、抓斗式等挖 泥船相比，技术含量高、机械设备多、系统繁杂。自 航耙吸挖泥船能自航、自载、自卸、喷抛、吹岸，作业 功能齐全，既可双耙作业，亦可单耙作业，因而具有 广泛的市场需求。国外擅长耙吸挖泥船设计和建造 １ 总体性能 １．１ 同类型耙吸式挖泥船主要参数比较 同类型不同尺度的耙吸式挖泥船主要参数比较 见表ｌ。 ［收稿日期］２０１３一Ｏ１—０５；［修回日期］２０１３－０３—１５ ［作者简介］罗彬（１９６５一），男，高级工程师，长期从事船舶总体设计工作。 罗 彬：５ ０００ ｍ 自航耙吸挖泥船的设计特点 桨能增大推力，以克服挖泥作业时耙头阻力。 该船重点研究四个状态的船机桨匹配情况：空 载航行工况、挖泥工况、吹岸卸泥工况和调遣工况 目前，主流挖泥船设计公司均采用这一通函进行设 计。挖泥干舷采用２２８５通函要求．即取１／３国际干 舷（按载重线公约ＩＣＬＬ）作为挖泥干舷．从而增大了 挖泥吃水。此外，应特别注意２２８５通函要求：所有 的通风孑Ｌ、透气管都应在载重线公约所要求的高度 基础上增加２／３干舷高度。该船通风孔及透气管。按 ２２８５通函计算，即０．７６ ｍ加上２／３国际干舷等于 ２．１ ｍ，即主甲板上的高度至少为２．１ ｍ。 鉴于该船的多工况特点，采用可调螺距桨，以便在自 由航行工况和挖泥工况时机桨均有良好的匹配。耙 吸式挖泥船在作业时的航速直接关系到挖泥产量． 是重要的考核指标，也是区别于运输船的特点。该船 规格书明确规定了挖泥吃水、双耙作业、挖深２６ ｍ、 单个耙头水平力１７０ ｋＮ、平均流速不超过４ ｋｎ、风 速不超过蒲氏２级、主机为１００％最大持续功率．船 舶达到对地名义航速２．０ ｋｎ。要满足挖泥作业航速 要求，耙头的阻力至关重要，一般来说，耙头阻力占 总阻力的４０％～６Ｏ％，甚至达到８０％左右。选用不同 的耙头，阻力也不相同。目前要确定某种耙头的阻 力，只能通过试验或实际使用的经验获得。在设计 过程中，一般根据厂商提供的资料或试验数据确定 某种耙头的阻力。图３为该船对地２ ｋｎ航速时推力 与功率ＰＤ关系曲线。 ｆ／－ ／Ｉ＂ Ｗｌ 。／ ６ＯＯＯ ／ ， ／ ／ ／ ／ 一， 而 Ｌ／ ／ 震 ， ／ Ｏ ｏ ５０ １００ １５ｏ ２００ ２５０ ３０ｏ ３５０ ４００ ４５０ ５９ｏ ５５０ ６００ ６５０ ７００ ７５０ ８００ ８５０ ９００螂 凡，ｋＮ 注：推力＝船体阻力＋耙头阻力 图３对水６ ｋｎ、对地２ ｋｎ航速时推力与功率关系曲线 因为挖泥船经常在浅水或极浅水区域作业．所 以在考虑挖泥作业航速时。必须对水深影响进行修 正。在无资料的情况下，建议采用许立汀公式［】］进行 近似修正。 由于挖泥船经常在浅水或极浅水区域作业，增 加了坐滩或搁浅的风险。船底结构应按规范要求加 强。此外，为减少航行时船舶阻力，所有泥门都被置 于凹穴之内。 １．３干舷、稳性 ＩＭＯ Ｎｏ．２２８５号通函（简称２２８５通函），草案由 集设计、建造、挖泥设备供应于一体的挖泥界巨头 ＩＨＣ公司提出，２００１年１月１７日正式为ＩＭＯ采纳。 该船调遣工况完整稳性满足ＩＭＯ Ａ．７４９要求． 作业工况除满足２２８５通函要求外，还应满足中国船 级社（ＣＣＳ）挖泥船补充规定。 另外，根据ＣＣＳ上海审图中心意见．增加了校 核单侧泥门因机械故障导致泥门无法开启，从而产 生的不平衡力矩时的稳性。 该船破舱稳性按２２８５通函进行计算．破舱稳性 采用概率法。 根据２２８５通函要求： Ａ 为泥舱无泥（舱中有水）和５０％燃料及备品 装载状态对应的吃水计算所能达到的分舱指数。 Ａ ：为泥舱满载和５０％燃料及备品装载状态对 应的吃水计算所能达到的分舱指数。 Ｒ：需要的分舱指数。 概率破损衡准： Ａ＝０．５ｘ（Ａ ＋Ａ￡）≥Ｒ Ａ ＞Ｏ．７ Ｒ Ａ￡＞Ｏ．７ Ｒ 在计算破舱稳性时．ＣＣＳ认为泥门虽然在作业 时能保持泥舱水密（经硫化的硬质橡胶密封圈密 封），但在实际使用过程中，如果年久失修，仍可能导 致泥舱进水，因此，在计算破舱稳性时，所有破损舱 组均需考虑泥舱破损。 ２总布置主要特点 ２．１ 总布置 该船为双机、双桨、双舵、双耙作业。总布置图 见图４。机舱及泥泵舱布置在船尾，中部为泥舱区。 驾驶室布置在船首，以满足ＩＭＯ有关视线要求及挖 泥作业视线要求。驾驶台和挖泥控制台均设置在驾 驶室突出位置，使操作手可无障碍地看清耙管吊架、 绞车、波浪补偿器、甲板上的泥管以及整个泥舱区 域。泵舱、耙头均设在尾部，驾驶及居住舱室布置在 首部．减少了居住舱室的振动和噪声等，有利于工作 ． １７ 罗彬：５ ０００ ｍ］自航耙吸挖泥船的设计特点 ３ 典型挖泥设备 本船采用开放式泥舱，疏浚机械布置于两侧 主甲板；泥舱舱容最大５ ８００ ｍｓ，泥舱结构按密度 １．４ ｔ／ｍ 设计。舱底结构设计简洁，中间舱做成三角 形，角度为４５。，便于卸泥和抽舱，中间三角舱亦可 作为通道。泥舱舱口围上增加挡泥板，为使挡泥板 不影响总纵强度。采用波行板结构。泥门布置采用 ｌ０对双列液压锥型泥门。泥门口面积不小于泥舱面 积（基线处）的３５％，并设置２对预卸泥门，便于浅 水中卸泥，所有泥门都置于船体凹穴之内。抽舱小 泥门（阀）设置于三角舱内底部，便于抽尽舱内泥土。 泥舱内设置足够高压冲水喷嘴。可分区控制启闭。由 高压冲水泵供水。该船采用双耙、三点式起吊，吊架 由液压缸推放；耙臂绞车采用电动绞车，起吊速度按 三点同步设计，可进行联动和单点操作；左右耙臂均 带有高压水冲水管系，与舱内高压冲水泵接通，耙头 与高压冲水系统合理匹配。挖硬土时，与特殊耙齿 配合，溶度达到２Ｏ％～３０％，并配置波浪补偿装置（行 程５ ｍ）。泥舱内装设消能箱，减少水流扰动，加速泥 浆沉淀。泥舱内设置２只可调溢流筒，溢流通过船 底排出。泥舱由船底液压泥门密封，并抛泥卸载泥 舱内泥土。除泥门开启将泥土排至河床外，还具有 喷抛和排岸充填功能。此外，还在首楼甲板处设置 吹岸平台和快速接头装置等，泥泵抽出泥浆至吹岸 接头，排管内径 ８００ ｍｍ，排岸距离２ ０００ ｍ（当ｄ卯 ＝０．２５ ｍｍ），排岸时间不大于７０ ｍｉｎ，排岸高度为６ ｍ：从喷嘴喷出喷岸时间不大于６０ ｒａｉｎ。当挖掘高坚 实土质时，比如黏土和高坚实沙时，可用加利福尼亚 耙，但遇到密实细沙（铁板沙）时，可通过后升高甲板 上１台电动一液压旋转起重机（１７ ｔｘ２４ ｍ）换上活动 型耙头（单个耙头重１５ ｔ左右）。活动型耙头为 ＶＯＳＴＡ ＬＭＧ公司专利产品，见图６。 图６ ＤＮ９００活动型耙头 该船采用了国际主流方案的疏浚控制与监测系 统，这套系统具有两部分功能。第一部分是控制 功能，通过软件和传感系统进行自动控制及对现有 挖泥设备的状态进行监视、报警和保护。第二部分 功能是通过各个疏浚仪器对挖泥过程的监视。操 作指示和挖泥效率的测定，包括船舶的吃水量、排水 量、舱容、流量、流速、产量等主要疏浚数据的测定和 显示 ４ 结语 该船船型先进，布置合理，双尾鳍加隧尾、球首， 有利降阻、减振和节能；机、泵、耙均在尾部，驾驶及 居住舱室设在首部，有利于挖泥作业和居住。选用 的动力装置布置合理经济可靠，采用的疏浚设备及 监测系统为国际先进水平。总体设计代表了耙吸式 挖泥船的发展方向，其设计思路对耙吸式挖泥船的 设计有参考借鉴之处。 ［参考文献］ ［１］中国船舶工业总公司．船舶设计实用手册：总体分册［Ｍ］． 北京：国防工业出版社。１９９８． １９
