新的超大型自航絞吸挖泥船說明

1、新的超大型自航絞吸挖泥船 世界上最大的絞吸挖泥船 新一代挖泥船研究與開發(fā)的講明Frans A.M. Lijmbach, Robby de Backer, Caspar H.M. Kramers, Laurens J. de Jonge摘要：絞吸挖泥船最適合處理硬質(zhì)土和粘性土。然而絞吸挖泥船也應(yīng)具有耙吸挖泥船的一些特有的優(yōu)點，如自航、自給和在海上作業(yè)。大約15年前，曾建筑過一些可自航的絞吸挖泥船，并在不同的工況下使用。直到目前，仍在使用中的最大的絞吸挖泥船是“Leonardo da Vinci”（“達(dá)?芬奇”）號，其總裝機(jī)功率約20,000kW。依照該挖泥船所積存的經(jīng)驗，Jan de Nul 集

2、團(tuán)認(rèn)為研制新一代絞吸挖泥船的時機(jī)差不多成熟，新一代挖泥船最顯著的特征確實是規(guī)模擴(kuò)大，尤其是在疏浚功率和更完善的通用性和方便性方面。這些觀念構(gòu)成了一艘新絞吸挖泥船的方案設(shè)計。與Jan de Nul及分承包商和供應(yīng)商合作共同研發(fā)并制造世界上最大的絞吸挖泥船，這又一次對IHC荷蘭公司提出了挑戰(zhàn)。該船的總裝機(jī)功率將達(dá)27,500kW，船舶規(guī)模將增加37。 在研制過程中，我們將疏浚設(shè)備設(shè)計、制造和使用的經(jīng)驗與在疏浚技術(shù)、造船學(xué)、輪機(jī)工程、材料技術(shù)、電氣工程、ICT和操縱技術(shù)領(lǐng)域的最新進(jìn)展相結(jié)合。 本文從歷史的角度和市場的眼光來分析這一新研制的挖泥船，將它與早期耙吸挖泥船市場中出現(xiàn)的規(guī)模擴(kuò)大相比較，對其一

3、些特有特征、功能要求、限制和條件加以分析。同時，還對一些次級系統(tǒng)的開發(fā)、以及選用的方法和遇到的問題加以分析。本文將討論土壤類型、船舶主尺寸、絞刀橋架（1550 t）、絞車系統(tǒng)、定位樁（每根230 t）及其提升和臥到系統(tǒng)、泥泵系統(tǒng)（15800kW，在三臺泵之間分配）、各種電能系統(tǒng)、環(huán)境方面、振動和噪聲問題的解決、流體動力方面和船舶抗風(fēng)浪性能等。關(guān)鍵詞：絞吸挖泥船，自航，航海1. 前言 本文介紹了迄今為止建筑的功率最大的自航絞吸挖泥船“J.F.J. DE NUL”號。它的所有部件比原先建筑的“馬可波羅”號和“達(dá)?芬奇”號都要大，而且功率也更大。該船交付使用后，JAN DE NUL集團(tuán)將擁有三艘均由

4、IHC建筑的世界上最大和功率最強的自航絞吸挖泥船。啟動投資如此巨大的一個項目蘊含著諸多的風(fēng)險，因為必須重新考慮各種已知的限制因素，同時常常必須跨越這些限制因素。這些限制不僅存在于技術(shù)領(lǐng)域，也存在于財務(wù)和操作方面。本文僅對研制這艘絞吸挖泥船的技術(shù)方面加以討論。 審視這一艘新船時，人們會提出兩個問題：? 是不是越大越好？? 設(shè)計、建筑如此一艘船有什么要求？是不是越大越好？人們研制這種絞吸挖泥船是出自于要超越當(dāng)前這一代絞吸挖泥船在操作上存在某些限制的需要。因此，它必須在海況下具有更高的產(chǎn)量和更高的工作效率。為了正確看待啟動這一項目的決策，本文將從歷史和市場的角度進(jìn)行分析，還將把“J.F.J. DE

5、NUL”號和其它大型絞吸挖泥船進(jìn)行比較。 初看之下，該船專門象是直接按照“達(dá)?芬奇”號進(jìn)行設(shè)計和建筑的一個較大的復(fù)制品。但實際情況并非如此。自從1986年“達(dá)?芬奇”號交付使用后的17年里，發(fā)生了許多變化。新技術(shù)、新材料和新的自動化設(shè)備被開發(fā)出來。但最重要的一點是在各種系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的設(shè)計中功率和重量都增加了。關(guān)于IHC來講，這意味著需要在設(shè)計、計算和實際建筑中付出更多的努力和艱辛。對有些供應(yīng)商來講，所需要的某些系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了他們以往供應(yīng)的范圍。有時，在結(jié)構(gòu)上也會受到限制，因此必須查找新的解決方案。圖1. “J.F.J. DE NUL”號藝術(shù)印象圖 出于以下幾方面的緣故必須進(jìn)行創(chuàng)新：-

6、需要在性能方面超越現(xiàn)有的絞吸挖泥船，尤其是在海況條件下的作業(yè)能力；- 與環(huán)境和船職員作條件有關(guān)的法規(guī)；- 在經(jīng)驗和技術(shù)改進(jìn)的基礎(chǔ)上對現(xiàn)有系統(tǒng)的改進(jìn)；- 適應(yīng)功率和重量的增加。 因此，初看之下，該船及其各個系統(tǒng)大概只是通常的做法。船上每樣?xùn)|西差不多上成比例的。這使得人們?nèi)菀撞挥浀眉词故鞘熘幕蚝唵蔚慕Y(jié)構(gòu)也需要多少創(chuàng)新，而這些創(chuàng)新被掩蓋在下面。 “J.F.J. DE NUL”號的設(shè)計和建筑是JAN DE NUL集團(tuán)、IHC荷蘭公司和所有相關(guān)供應(yīng)商共同努力取得的巨大成就。這艘船是17年后建筑的第一艘自航絞吸挖泥船，同時開始了新一代絞吸挖泥船的研制。所有的努力已變?yōu)榻?jīng)驗并擴(kuò)展了許多有關(guān)人員的能力。2.

7、 歷史觀點 本章從歷史的角度來分析“J.F.J. DE NUL”號的研制。2.1 絞吸挖泥船 絞吸挖泥船通常作為適用于各類土質(zhì)的一種非自航設(shè)備。而自航絞吸挖泥船則要緊用于疏浚硬質(zhì)土和粘性土。安裝在絞刀橋架端部的絞刀用來破壞土壤的粘聚力、聚攏泥土并產(chǎn)生泥漿。離心泵吸入泥漿并將其裝入泥駁或通過水上排泥管進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送。挖泥船通過插入海底的一根定位樁固定其位置。利用邊錨絞車和鋼纜進(jìn)行絞錨，使挖泥船繞著定位樁擺動。一旦將土壤浚挖至規(guī)定的深度，整條船需要向前移動一步。這能夠利用一根輔助定位樁來實現(xiàn)，或利用定位樁臺車來實現(xiàn)，如此能夠減少定位樁的操作時刻和提高產(chǎn)量。 絞吸挖泥船設(shè)計和操作過程中的三個要緊問題

8、是：問題 所涉及的系統(tǒng)1. 產(chǎn)量 絞刀、泥泵、邊錨、定位樁系統(tǒng)、絞車2. 絞刀精確定位 絞刀架、邊錨、定位樁系統(tǒng)、絞車3. 切割力的傳遞 絞刀架、絞刀、邊錨、定位樁系統(tǒng)、絞車 這三個問題相互作用，而各個系統(tǒng)集成多種功能。2.2 絞吸挖泥船起源 最早的絞吸挖泥船19世紀(jì)出現(xiàn)在美國。在美國它進(jìn)展成為最要緊的疏浚設(shè)備。歐洲和日本的挖泥船都采納了絞吸挖泥船的原理并不斷努力改進(jìn)設(shè)計提高性能。在歐洲，一直差不多上以荷蘭和比利時的疏浚公司和船廠為主在進(jìn)行創(chuàng)新。由于絞刀精確定位和切削力傳遞的緣故，絞吸挖泥船最初僅用于沒有大浪的有掩護(hù)水域。它屬非自航挖泥船，被認(rèn)為不能在海況下施工。2.3 自航絞吸挖泥船 然而，

9、到了70年代，在海況下疏浚硬土和巖石的需求顯著增長。荷蘭和比利時的疏浚承包商們意識到了這一潛在的國際市場并查找解決方案。首批建筑的是遠(yuǎn)洋、非自航重型絞吸挖泥船。隨后在1977年Zanen-Verstoep (現(xiàn)在的Boskalis)公司建筑了“Aquarius”號，是由De Merwede（1993年后并入IHC）船廠建筑的。由此開創(chuàng)了一種新類型的絞吸挖泥船，也是第一艘大型自航絞吸挖泥船，其總裝機(jī)功率為12,750kW。盡管自航絞吸挖泥船的建筑和使用成本都較高但人們依舊選擇它的緣故要緊有兩個。第一，為了適應(yīng)在海況下工作，自航船舶裝備較好，能夠應(yīng)付大風(fēng)浪或無需關(guān)心自行前往避風(fēng)場所。自航船舶能夠完

10、全獨立地工作。第二，此類船舶的市場是國際化的，相對較小的工程分布在世界各地。自航挖泥船使調(diào)遣和調(diào)離的時刻和費用顯著降低。圖2. “Aquarius”號2.4 疏浚承包商間的競爭 所有的疏浚承包商都彼此凝視著對方。在設(shè)備方面有兩條適用法則。效仿法則是指一旦新一代的設(shè)備得到了驗證，其余的所有人都會效仿。進(jìn)展法則是指效仿者希望它變得更大、更重、功率更大。所有的自航絞吸挖泥船差不多上在隨后的數(shù)年內(nèi)建成的，例如“Oranje”號（Boskalis公司）和“馬可?波羅”號（Jan de Nul公司）。1986年，隨著“Bilberg I”號（現(xiàn)在稱為“Ursa”號）和“達(dá)?芬奇”號的建成，自航絞吸挖泥船的

11、開發(fā)停止了，而“達(dá)?芬奇”號依舊是在服役中的功率最大的自航絞吸挖泥船。80年代末，由于進(jìn)入經(jīng)濟(jì)不景氣時期各大疏浚承包商都遇到了問題。沒有新的投資，自航絞吸挖泥船的開發(fā)停止了。2.5 非自航絞吸挖泥船 在70和80 年代，在自航絞吸挖泥船進(jìn)展的同時，非自航絞吸挖泥船也得到了改進(jìn)。由于來自中東的承包商和有關(guān)機(jī)構(gòu)不斷增長的需求，這些非自航絞吸挖泥船的開發(fā)并未停滯。從“Mashhour”號（蘇伊士運河治理局，1996）和“Al Sadr”號(阿聯(lián)酋國家疏浚公司NMDC，1999)能夠看出規(guī)模在增大?！癕ashhour”號甚至比“達(dá)?芬奇”號的裝機(jī)功率更大，但大部分功率都分配給了泵，分配給絞刀的功率比“

12、達(dá)?芬奇”號少得多。圖3. “Al Sadr”號2.6 同類的自航耙吸挖泥船 進(jìn)入90年代初期，隨著第一艘大型自航耙吸挖泥船“J.F.J. DE NUL”號（現(xiàn)已出售并更名）的下水以及隨后為國際疏浚公司（DI，為DEME的成員）建筑的第一艘超大型自航耙吸挖泥船“珠江”號，疏浚設(shè)備開始了新一輪的大進(jìn)展。超大型自航耙吸挖泥船使大型土地吹填項目在經(jīng)濟(jì)上成為可行從而制造了自己的市場。整個自航耙吸挖泥船隊的現(xiàn)代化就此開始。設(shè)備的進(jìn)展以及最重要的自動化催生了超大型經(jīng)濟(jì)型船舶。正在現(xiàn)在，尺度的進(jìn)一步增大是否可行的疑問使這種進(jìn)展趨勢停滯下來?！癢D Fairway”號（Boskalis公司）是其中最大的，艙容

13、量擴(kuò)大到35,508m3， 但有打算要將“Vasco da Gama”號（Jan de Nul公司）的艙容擴(kuò)大到44,000m3，這證明了進(jìn)展法則。 隨著自航耙吸挖泥船長度的增加，使它有可能夠安裝更長的耙吸管，從而增加疏浚深度。IHC公司為JAN DE NUL公司“Vasco da Gama”號制造的160m深疏浚設(shè)備是迄今為止最長的。 這些超大型自航耙吸挖泥船經(jīng)證明可與絞吸挖泥船相抗衡，它們能夠?qū)嵤┩Ｖ荒苡山g吸挖泥船來實施的項目，同時更經(jīng)濟(jì)。由于安裝了艏吹裝置和改進(jìn)的抽艙系統(tǒng)，因此減少了對拋吹作業(yè)的需求，而這通常是由絞吸挖泥船來做的一項工作。圖圖4、“Vasco da Gama”號上的深水

14、疏浚設(shè)備目前看來大概超大型耙吸挖泥船的快速進(jìn)展差不多結(jié)束，疏浚承包商們重新又把目光放在了自航絞吸挖泥船上。一個緣故是大型自航絞吸挖泥船隊的平均船齡已達(dá)20年。這意味著它們要么需要全面的升級，要么需要更新?lián)Q代。另一個緣故是工程的類型不斷變化，必須查找新的市場。與自航耙吸挖泥船的進(jìn)展相對應(yīng)，這艘新的絞吸挖泥船能夠稱作超大型絞吸挖泥船。假如上述兩個法則還適用的話，則這不可能是超大型自航絞吸挖泥船開發(fā)中的最后一艘。我們依舊能夠?qū)Σɡ藯l件下作業(yè)的效率和適應(yīng)性加以改進(jìn)。3. 市場觀點 新建大型疏浚船舶需要大量的投資，這只能希望該船能夠承攬足夠的工程以償還該筆投資。還需明確的是建筑和使用一艘自航絞吸挖泥船所

15、增加的費用會在施工和操作優(yōu)勢方面得到足夠的投資回報。為正確看待這筆投資，下面從市場角度加以分析。3.1 絞吸挖泥船的使用年限 一艘自航絞吸挖泥船的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)使用年限專門長。許多差不多建筑的絞吸挖泥船，甚至差不多使用了20年，今天依舊在服役。一個緣故是其平均利用率較低，有足夠的維修時刻。盡管在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中差不多采納了現(xiàn)代化的設(shè)備、材料和自動化系統(tǒng)，但疏浚設(shè)備的差不多設(shè)計和方案依舊特不牢固，同時其價值差不多得到了證明。它們并沒有太大的改變，而且能夠?qū)ΜF(xiàn)有的船舶在功率和自動化方面進(jìn)行必要的升級。 與耙吸挖泥船相比，絞吸挖泥船的靜荷載相當(dāng)?shù)?。切削巖石、振動和沖擊的動荷載對直接接觸的構(gòu)件如絞刀齒和絞刀本

16、身具有專門大的阻礙。它們都能方便地加以更換。這些船舶的上部結(jié)構(gòu)如船體、絞刀橋架等被設(shè)計和建筑得特不牢固，能夠承受較大的恒載和振動。它們不需要象耙吸挖泥船那樣進(jìn)行裝艙和卸載的循環(huán)作業(yè)。這類荷載對耙吸挖泥船船體的阻礙要比較大的恒載對絞吸挖泥船的阻礙大得多。3.2 絞吸挖泥船適用的工程 適用于自航絞吸挖泥船這類船舶的土壤是硬質(zhì)土和粘性土，包括堅硬的或膠結(jié)砂、各種粘土、軟巖石或甚至堅硬巖石。一艘超大型自航絞吸挖泥船適用的典型工程類型與耙吸挖泥船適用的類型不同。在大多數(shù)情況下，這類船舶用于遍布世界各地的相對較小的工程，諸如管線的近岸段、入海排污管、港口建設(shè)和海上工業(yè)的各種專門工程。以后能夠預(yù)見的一些長期

17、工程有巴拿馬運河或其它運河的拓寬和長距離管路的敷設(shè)。3.3 自航絞吸挖泥船 一艘自航絞吸挖泥船的選擇對該船的建筑和使用都有重要的阻礙。缺點是由于海上航行船舶的一些專門要求諸如船體、推進(jìn)系統(tǒng)和其它額外設(shè)備的安裝，會對平面布置和設(shè)計造成一些限制。操作方面需要配備合格的駕駛船員，成本較高。 因此對那些工期短的工程來講，一艘自航絞吸挖泥船的優(yōu)點十分明顯，它能夠完全獨立地工作，能夠到遙遠(yuǎn)的地點去。調(diào)遣和調(diào)離的時刻和費用都有限。用駁船運輸非自航絞吸挖泥船的費用特不昂貴，因為受時刻損失和保險因素的阻礙。除此之外，僅僅是大型絞吸挖泥船的尺度就使它專門難用半潛重件專用船或平底船運輸。另外，拖帶中的風(fēng)險也相當(dāng)大，

18、同時不能隨意忽略這些風(fēng)險，因為這些大型絞吸挖泥船的建筑成本專門高。這就意味著大型絞吸挖泥船能夠自航幾乎是必需的。 有些承包商更喜愛非自航絞吸挖泥船，如阿聯(lián)酋國家疏浚公司（NMDC）和蘇伊士運河治理局。要緊的緣故是他們的區(qū)域市場不需要太多的運輸?！癕ashhour”號在蘇伊士運河施工而“Al Sadr”號在波斯灣作業(yè)。 為了在世界各地的不同工程中使用這些船舶，大多數(shù)自航絞吸挖泥船的平面布置都通過專門設(shè)計，能夠進(jìn)行多種配置，例如，能夠在深度為35m時挖掘粘土和裝駁而在深度為10m時使用10km長的排泥管線挖掘巖石。這要求絞吸挖泥船具有多用途、能夠快速改變以適應(yīng)新要求、能夠絞吸大量的粘性土和硬土。作

19、為一臺獨立的設(shè)備，它們通常配備拋錨桿用于起錨和拋錨、裝駁設(shè)備、絞刀頭平臺、絞刀頭起吊設(shè)備、維修場地和工具、易于改變的泥泵配置、定位樁臺車和臥到裝置以及一臺大型移動式甲板吊車。圖5. “馬可?波羅”號正在裝駁3.4 輔助設(shè)備 盡管大型絞吸挖泥船能夠自航，但為了達(dá)到最佳施工效果還需要有一系列輔助設(shè)備。這需要一筆投資，這筆投資加上必需的備件和工具幾乎達(dá)到了和挖泥船本身費用相同的數(shù)量級。 “J.F.J. DE NUL”號的全套輔助設(shè)備包括：- 絞刀頭 包括相關(guān)的絞刀齒和齒座。在“J.F.J. DE NUL”號交付時，會有12個新的絞刀頭。- 多用途工作船 這是一艘專用的自航工作船，用來起錨和鋪設(shè)浮管、

20、為挖泥船運輸備件、絞刀頭和其它必需品。該船長28m，型寬12.3m，裝機(jī)功率為1400kW。有一臺2600kNm的甲板吊，最大起重能力為225t。帶有一個容量超過400m3的艙室，也能夠用作加油駁。- 浮管 直徑1000mm，帶球形接頭，工作壓力38bar。- 重力錨 重170t。- 輔助浮箱 由浮箱和其它浮式設(shè)備所組成，用于錨定水上排泥管、鋪設(shè)水下排泥管、敷設(shè)錨纜等。- 陸上車間 裝備齊全的車間，裝備有起重機(jī)、絞刀操作器、焊接工具組和疏浚特不堅硬土?xí)r維護(hù)和修理絞刀頭必需的所有其它設(shè)備。 裝駁系統(tǒng)要求有護(hù)舷系統(tǒng)，使大型駁船即使在惡劣的天氣條件下也能靠泊和駛離絞吸挖泥船?！癑.F.J. DE N

21、UL”號的護(hù)舷系統(tǒng)重量超過220t。絞吸挖泥船還需要配備大型駁船，用于運輸和處置疏浚土。除了Jan De Nul公司船隊現(xiàn)有的船體對開泥駁，現(xiàn)已訂購了4艘新的3700m3駁船（型號SB313）以配合“J.F.J. DE NUL”號施工。表1. 船體對開泥駁 Geelvinck Magellano Nina SB313艙容量（m3） 1800 2000 3400 3700船長（m） 80 80 89.65 92載重量（ton） 2700 3600 5000 6200船舶數(shù)量 3 3 2 43.5 絞吸挖泥船的性能 專門難對絞吸挖泥船的性能加以預(yù)測和比較因為涉及的參數(shù)較多。每一個工程都有其專門的環(huán)

22、境，存在特定的困難，若要真正進(jìn)行比較，就需要讓兩艘絞吸挖泥船并排工作。一種比較簡便的比較方法確實是觀看功率和泥泵的特性。這些能夠反映出船舶的性能，但不能反映出對環(huán)境因素諸如土壤、巖石和天氣條件的反作用。 在實踐中，“達(dá)?芬奇”號的一些極限性在其使用年限中差不多被擴(kuò)展。許多艱巨的工程差不多被完成，以后還會有更多。不管工程如何要求，“達(dá)?芬奇”號總是不太適合這些工程。要在這些工程中施工需要有一艘性能超越“達(dá)?芬奇”號的絞吸挖泥船。被突破的極限包括絞刀功率、邊錨絞車功率、絞刀橋架的重量和泥泵的功率。下面一章與其它大型絞吸挖泥船進(jìn)行比較。 提高效率是超越“達(dá)?芬奇”號的另一種方法。這通過加長定位樁臺車

23、的行程和滑槽的重量來實現(xiàn)。完全依靠尺度和重量就能提高該船在涌浪和風(fēng)浪中的性能，因為通過它們就能夠縮短由于波浪條件所造成的停工時刻。3.6 競爭 所有差不多擁有（自航）絞吸挖泥船的疏浚公司都會預(yù)測競爭的到來。這艘采納最先進(jìn)的技術(shù)、結(jié)合20年使用經(jīng)驗并運用規(guī)模經(jīng)濟(jì)學(xué)加以設(shè)計的新建船舶，使得“J.F.J. DE NUL”號具有優(yōu)勢?？赡芩鼤云?5m的疏浚深度、海上的適航能力和絞刀的功率制造自己的市場份額。假如其它的要緊承包商們同意這一挑戰(zhàn)，我們可不能感到驚奇。因為現(xiàn)有的絞吸挖泥船都差不多相當(dāng)老了，船齡都在20年左右，為保持競爭力和處于良好狀態(tài)，都差不多進(jìn)行了改造或需要進(jìn)行大的改造。圖6. “達(dá)?芬

24、奇”號4. “J.F.J. DE NUL”號的特征 對“J.F.J. DE NUL”號加以講明的最佳方法確實是把它的特征與它之前的產(chǎn)品和一些競爭對手進(jìn)行比較。4.1 設(shè)計原理 “J.F.J. DE NUL”號的設(shè)計是在“馬可?波羅”號和“達(dá)?芬奇”號的基礎(chǔ)上適應(yīng)新要求的進(jìn)一步進(jìn)展。對那些運轉(zhuǎn)良好的組成部分和系統(tǒng)差不多按照現(xiàn)代的標(biāo)準(zhǔn)加以設(shè)計。這些船舶在20多年的使用中所積存的實踐經(jīng)驗在研制和確定該船技術(shù)規(guī)格的過程中起到了重要的作用。 “馬可?波羅”號和“達(dá)?芬奇”號是按照能夠獨立地在世界各地承接各種類型的工程進(jìn)行布置和設(shè)計的?！癑.F.J. DE NUL”號保留了這一理念，并增加了兩個標(biāo)準(zhǔn)：-

25、性能超越現(xiàn)有的任何絞吸挖泥船，并擴(kuò)展絞吸挖泥船的能力極限；- 提高在海洋條件下的作業(yè)效率和適應(yīng)性。 為了滿足第一個標(biāo)準(zhǔn)，增大了絞刀和泥泵的功率。通過提高船舶的尺度和重量來改善對波浪和涌浪的反作用，例如絞刀橋架的重量增加到1550t。其它措施包括在絞刀橋架的提升鋼纜和定位樁的提升鋼纜上采納波浪補償器。同時，還通過模擬和計算以改進(jìn)設(shè)計并確保建筑質(zhì)量優(yōu)異，特不重視細(xì)部設(shè)計，從而提高了該船的性能。 非自航絞吸挖泥船船體和各系統(tǒng)的設(shè)計相對比較容易，不必都要滿足海上航行船舶的規(guī)范。而自航絞吸挖泥船必須是正式的海上航行船舶，必須符合相應(yīng)的規(guī)范和規(guī)定并能經(jīng)受住任何嚴(yán)峻的海況。其設(shè)計是最優(yōu)疏浚設(shè)施與造船要求折衷

26、的產(chǎn)物。 該船按照Bureau Veritas船級社下列船級標(biāo)準(zhǔn)建筑： ? I ? 船體 ? MACH 挖泥船 無限制航行AUT-UMS4.2 要緊特征 在表2中列出了幾艘自航絞吸挖泥船和兩艘非自航絞吸挖泥船的要緊特征值。所有數(shù)值盡可能采納原始的竣工技術(shù)規(guī)格以反映功率的演變。最新的技術(shù)規(guī)格數(shù)據(jù)可能與此不同，因為這些挖泥船通過長期使用后大多數(shù)都進(jìn)行了更新改造。 從“Aquarius”號到“J.F.J. DE NUL”號，功率的進(jìn)展十分清晰。這些要緊的特征值表明隨著“J.F.J. DE NUL”號的誕生絞吸挖泥船開始進(jìn)入新一代。6000kW的絞刀功率比以往增加了約30。15800kW的泥泵功率比“

27、Mashhour”號增加了20，最大的輸送壓力達(dá)38巴。邊錨絞車的標(biāo)稱拉力為1400kN，最大拉力為1850kN，提高了約20。排泥管的直徑增大到1000mm。為固定該船，采納了230t的定位樁和20t的邊錨。定位樁臺車的行程增加到9m。 表2船名 J.F.J. DE NUL號 達(dá)?芬奇號 URSA號（前BILBERG I號） 馬可?波羅號 DCI AQUARIUS號 AL SADR號 MASHHOUR號船東 JAN DE NUL集團(tuán) JAN DE NUL集團(tuán) BOSKALIS JAN DE NUL集團(tuán) DI(從DCI租船) NMDC 蘇伊士運河治理局造船編號 IHC CO1234 IHC C

28、O1175 O&K Nr. 775 IHC CO1127 De Merwede IHC 02329 IHC CO1210建筑年代 2003 1986 1986 1979 1977 1999 1996類型 自航 自航 自航 自航 自航 非自航 非自航總長 m 140.7 127.1 115.83 116 107 117.5 140.3浮箱總長 m 123.49 110 104.1 99.5 84.66 97.3 113.4型寬 m 27.8 22.40 20 19 19 20.3 22.4型深 m 8.8 8.15 7.8 7.6 7.6 6 7.2吃水 m 6.51 5.13 5.5 4.86

29、 4.85 4.5 4.95總裝機(jī)功率 kW 27190 20230 15871 14772 12512 20200 22669疏浚深度 m 6.5-34.75 6-30 5.8/25 30 25 27 35吸泥管直徑 mm 1000 900 950 900 850 900 1000排泥管直徑 mm 1000 900 900 900 850 850 900絞刀功率 kW 6000 4400 3960 2940 1990 2200 2400（最大3000）絞刀直徑（最大） mm 3600 3600 3640 2940 2780 3470 3640絞刀直徑（平均） mm 3000 2860 262

30、0 2617 2502 2800 2900絞刀轉(zhuǎn)數(shù) rpm 31 31 38 31 40 30 24絞刀扭距 kN 1571 1132 796 725 475 700 955絞刀橋架重量 t 1550 1035 1255 800 600 1100 1150潛水泵功率 kW 3800 2735 2200 2280 1765 2200 2400船內(nèi)泵功率 kW 26000 24485 23700 23310 22800 24200 25400泥泵總功率 kW 15800 11705 9600 8900 7365 10600 13200艏邊錨絞車功率 kW 575 485 490 295 295 4

31、00 350艏邊錨絞車速度 m/min 21-40 21.6 20 18 17.5-25 25 23艏邊錨絞車?yán)?kN 1400 1210 1350 900 900 850 800定位樁直徑 m 2.20 2 1.8 1.8 1.8 1.8 2定位樁重量 t 230 130 125 92 80 88 160推進(jìn)力 kW 23800 22735 7400 22280 2870 非自航 非自航航速 kn 11.5 10.9 13.5 10.6 11.5 艙室 60 41 30 45 24 30 734.3 疏浚特征 對各絞吸挖泥船的性能進(jìn)行比較是一個困難的問題，因為涉及許多參數(shù)。在前面的章節(jié)中，

32、對一些差不多情況進(jìn)行了比較。本節(jié)依照MTI荷蘭的DAS集團(tuán)進(jìn)行的計算，依據(jù)可用的泥泵和絞刀的特征值進(jìn)行了簡單的比較。一艘絞吸挖泥船的產(chǎn)量受到可用泥泵功率和絞刀產(chǎn)量的限制。 關(guān)于一艘絞吸挖泥船絞刀功率、泥泵功率和其它參數(shù)之間關(guān)系的分析，建議參閱“絞吸挖泥船的功能要求”一文（詳見港口與疏浚第147期）。 在圖7中，對一些絞吸挖泥船的泥泵性能進(jìn)行了比較。本圖是按中細(xì)沙計算的。圖中，虛線表示切削極限。計算依據(jù)原始設(shè)計技術(shù)規(guī)格書。考慮到功率的數(shù)值和絞刀的重量，預(yù)測“J.F.J. DE NUL”號的絞刀產(chǎn)量極限值會較高。 從這些數(shù)字能夠預(yù)測絞吸挖泥船的性能和能力會制造新的極限值。因此這還有待于在實踐中加以

33、證明。圖7、 疏浚特征5. 設(shè)計和制造中的創(chuàng)新 前面一章中簡單明了的數(shù)據(jù)講明了功率和重量的增加。要做到這一點，并非現(xiàn)有各系統(tǒng)簡單外推的結(jié)果，而需要所有相關(guān)人員的努力和制造力。本章將對這些努力做一介紹。5.1 簡介 “J.F.J. DE NUL”號在下列這些方面與眾不同：1. 各方面的功能差不多上最強大；2. 效率最高；3. 最重；4. 自1986年以來是同類中的第一艘；5. 制造了一種新級不的船舶。 該項目采納的方法是綜合IHC各種現(xiàn)有的知識并與Jan de Nul和各子系統(tǒng)供應(yīng)商緊密合作。 對以下各方面給予特不的重視：? 計算： 應(yīng)力、扭距和其它振動、噪音、模擬、流體力學(xué)、有限元法（FEM）

34、、計算流體動力學(xué)（CFD）? 系統(tǒng)集成 自動化、全部以柴油發(fā)動機(jī)發(fā)電、動力治理? 環(huán)境 環(huán)境噪音、幸免水污染? 船員 住艙、噪音、振動、氣候操縱? 實際建筑 高標(biāo)準(zhǔn)、焊接、檢查圖8. “J.F.J. DE NUL”號下水5.2 計算和模擬 為了對安裝在船上的幾乎所有系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的設(shè)計進(jìn)行檢驗并加以改進(jìn)，廣泛應(yīng)用了計算機(jī)輔助計算和模擬。 對所有重要的和重負(fù)荷區(qū)域都運用有限元法（FEM）進(jìn)行了計算。對靜載和動載都進(jìn)行了模擬。大型構(gòu)件如整個絞刀橋架和定位樁臺車。計算結(jié)果對這些大型構(gòu)件的細(xì)部結(jié)構(gòu)在應(yīng)力和疲勞方面的優(yōu)化提供了資料。其它詳細(xì)計算的例子有：絞刀橋架的耳軸、臥倒軸和鎖定銷、船體、雙層底、定位樁、

35、應(yīng)急備用定位樁提升系統(tǒng)、船舶舷側(cè)尤其是駁船系泊時的撞擊作用，等等。 進(jìn)行動載計確實是為了了解振動對結(jié)構(gòu)的阻礙并限制疲勞的破壞作用?；谶@些計算結(jié)果差不多對各個結(jié)構(gòu)及其設(shè)計詳圖進(jìn)行了改進(jìn)。 對該船上的各個驅(qū)動裝置都進(jìn)行了扭轉(zhuǎn)計算。不僅對各個通常的系統(tǒng)如推進(jìn)驅(qū)動軸和絞刀驅(qū)動軸進(jìn)行了計算，還檢驗了振動對整個結(jié)構(gòu)的阻礙。 其它計算還包括振動計算，以降低對人和機(jī)器的振動水平，對噪音也進(jìn)行了計算，以降低住艙內(nèi)的噪音水平和環(huán)境噪音水平。 MTI荷蘭公司專門為客戶進(jìn)行了動態(tài)模擬。例如動態(tài)絞刀作業(yè)模擬。該模擬的結(jié)果被用作扭轉(zhuǎn)、疲勞和應(yīng)力計算的輸入數(shù)據(jù)。還對定位樁在受限制的自由下落狀態(tài)下的動態(tài)過程進(jìn)行了模擬。這是

36、一個復(fù)雜的系統(tǒng)，即定位樁懸掛在其提升鋼索上下落。通過該提升鋼索能夠利用提升絞車內(nèi)的制動器操縱自由下落。定位樁撞擊地面后會使鋼索形成一定的松弛量，這需要由波浪補償器的液壓缸收起。專門進(jìn)行的一項多參數(shù)模擬使人們能夠深入了解定位樁的動態(tài)過程。依照模擬結(jié)果改進(jìn)了操縱系統(tǒng)。 如前所述，船體的形狀是疏浚要求和造船學(xué)之間的折衷產(chǎn)物：為在狹窄的航道內(nèi)開挖邊坡要求船體較短，要具有流暢的線型以便將水流導(dǎo)向螺旋槳，同時還應(yīng)有足夠的浮力來補償絞刀橋架的重量。為了對該自航絞吸挖泥船的船體形狀和推進(jìn)器的布置進(jìn)行優(yōu)化，荷蘭造船研究所（MARIN）進(jìn)行了廣泛的計算流體動力學(xué)（CFD）計算，隨后流體力學(xué)最終設(shè)計的有效性通過模型

37、試驗得到了證明。 MARIN還進(jìn)行了流體力學(xué)模擬研究，以預(yù)測該挖泥船在海況下的性能，這關(guān)于獲得設(shè)計條件和了解船舶運動對疏浚作業(yè)連續(xù)性的阻礙尤其重要。5.3 各系統(tǒng)的集成 兩大原則對該船的設(shè)計具有重要的阻礙。它們是全部采納柴油發(fā)電機(jī)驅(qū)動的概念和自動化系統(tǒng)的全集成。 全部采納柴油發(fā)電機(jī)驅(qū)動的概念是這種類不的船舶的一大重要創(chuàng)新。該船是第一艘運用這一原則設(shè)計的自航絞吸挖泥船。三臺主柴油發(fā)動機(jī)驅(qū)動三臺發(fā)電機(jī)向所有的用電設(shè)備供電，包括絞刀電動機(jī)、泥泵電動機(jī)、絞車電動機(jī)、液壓電源組及所有其它設(shè)備。這對船舶設(shè)計的阻礙是巨大的，一方面在平面布置上有更多的自由，另一方面設(shè)計必須考慮大量的高壓電纜、變壓器和變頻器。

38、用于絞刀驅(qū)動、推進(jìn)器和水下泥泵的電動機(jī)是相同的。設(shè)計中做了必要的考慮以方便其更換，從而在發(fā)生事故時減少停工時刻。 自動化的數(shù)量和類型在世界上領(lǐng)先，能夠與當(dāng)前超大型耙吸挖泥船所具有的高標(biāo)準(zhǔn)相媲美。所有的報警系統(tǒng)均集成到一個操縱系統(tǒng)。通過遍布在整艘船上的幾個工作站能夠監(jiān)視和操縱所有的子系統(tǒng)。電子海圖系統(tǒng)能夠提供疏?，F(xiàn)場的資料。安裝了往常只有在耙吸挖泥船上使用的動力治理系統(tǒng)來調(diào)整供給各個設(shè)備的動力。5.4 環(huán)境 關(guān)注環(huán)境特不重要，特不重視限制潤滑油和其它污染物質(zhì)的使用。定位樁臺車內(nèi)的復(fù)合軸承是免維護(hù)的，不需要潤滑。絞刀軸需潤滑的軸承安裝有專門的潤滑油回收系統(tǒng)，收集所有廢油。 距離該船25m處發(fā)散的聲

39、音不應(yīng)超過75dB（A）。這差不多通過采取一系列措施得以實現(xiàn)，如通過主機(jī)和許多其它甲板設(shè)備的撓性安裝降低振動、通過采納撓性連接降低齒輪箱和絞車的噪音、還有設(shè)備周圍大量使用隔音材料。通過設(shè)計，絞車在1m距離處發(fā)散的最大噪音為83dB(A)。5.5 船員 在絞吸挖泥船上工作的經(jīng)歷是又嘈雜又振動；而JAN DE NUL公司的傳統(tǒng)是船員長期生活在船上。因此，差不多采取了許多措施降低噪音和振動，使船上的生活更舒適。在船員住艙內(nèi)有健身房、酒吧、桑那和電視房?？傮w上，艙室是按特不高的標(biāo)準(zhǔn)建筑的。 該船是按照在世界各地施工進(jìn)行設(shè)計的，既包括北極地區(qū)也包括熱帶地區(qū)（-20C到45C之間）。布置了空調(diào)和暖通系統(tǒng)以

40、保持艙室內(nèi)宜人的條件。 艙室內(nèi)的噪音被限制在60dB(A)，工作區(qū)域內(nèi)在65dB(A)。降低各個系統(tǒng)噪音的措施在前一章中差不多討論過。專門為船員采取的措施包括將配有廚房、餐廳、娛樂室、桑那、健身房、酒吧和電視房的服務(wù)甲板布置在艙室和機(jī)艙之間，采納隔音的浮隔地板覆蓋層，將疏浚管路支架與住艙分開。為了進(jìn)行噪音設(shè)計并加以改進(jìn)，進(jìn)行了大量的噪音計算。 通過整艘船的設(shè)計和施工，尤其是絞刀橋架、主發(fā)動機(jī)的撓性安裝和各種驅(qū)動機(jī)構(gòu)，把令人不適的振動限制到最小。在設(shè)計時期，運用動態(tài)有限元法（FEM）計算對這些振動加以量化并降低振動。 特不要求對主機(jī)（8400kW）進(jìn)行撓性安裝，功率如此之大的主機(jī)在疏浚業(yè)是不平常

41、的。同時所有的配電盤都采納了撓性安裝。5.6 建筑實踐 建筑過程特不精心。在必要的地點，對焊接處采納X射線進(jìn)行檢驗。船體、絞刀橋架和定位樁臺車的結(jié)構(gòu)通過認(rèn)真設(shè)計，以限制振動和應(yīng)力集中。 為減少應(yīng)力集中和幸免疲勞載荷產(chǎn)生的破壞，尤其是在絞刀橋架和定位樁臺車的結(jié)構(gòu)中：? 對所有邊緣都進(jìn)行了磨光；? 所有的過渡段和結(jié)構(gòu)變化處都十分流暢；? 所有鋼板厚度發(fā)生變化處均作斜角處理；? 橫梁和艙壁上的開孔做得特不圓；? 始終安裝支撐托架；? 所有的焊接差不多上連續(xù)的、精心加工并磨光。6. 子系統(tǒng)中的創(chuàng)新 本章將討論一些專門的子系統(tǒng)。6.1 絞刀 設(shè)計中的一項要求確實是使用和“達(dá)?芬奇”號相同的絞刀。這與螺紋

42、和泥泵吸口都有關(guān)系。所采納的“千年螺紋”比一般螺紋能多承受50的功率。隨著吸泥管直徑的增大和采納大型絞刀軸承，幾乎沒有空間安裝泥泵吸口。 所采納的絞刀大約重35t。專門為這些絞刀設(shè)計了新的絞刀齒系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)該能夠承受該絞吸挖泥船按設(shè)計要承擔(dān)的重型工程。6.2 絞刀橋架 絞刀橋架重1550t，為了能夠在6.5m至35m的水深下作業(yè)，安裝了高、低耳軸軸承座。耳軸銷的直徑為1300mm，并具有青銅軸承襯套。在軸承襯套內(nèi)覆有鉻鎳鐵合金層，以提供一個光滑而無腐蝕的工作表面。在其中部添加了一個平放點?！癑.F.J. DE NUL”號能夠依靠自己在兩個支點之間轉(zhuǎn)換絞刀架。在設(shè)計和制造中采取了專門的措施防止

43、振動、應(yīng)力集中和疲勞破壞。 銷和軸襯的尺寸在冷縮裝配要特不當(dāng)心。為了滿足特不小的對準(zhǔn)和尺寸的公差，要求在現(xiàn)場加工。圖9. 運輸中的絞刀橋架，機(jī)艙內(nèi)裝有驅(qū)動絞刀的兩臺電動馬達(dá)和220t重的齒輪箱6.3 絞刀驅(qū)動齒輪箱 非同平常的6000kW絞刀功率將用安裝在絞刀橋架頂部機(jī)艙內(nèi)的兩臺電動馬達(dá)傳遞。這一功率通過一個專門的220t重的Jahnel齒輪箱傳遞，該齒輪箱比Jahnel所制造的任何其它齒輪箱要重60t左右。這意味著在齒輪、軸承和軸的設(shè)計和制造過程中要特不的精心。采納了專門的硬化材料用以承受齒輪內(nèi)的齒應(yīng)力。這些齒輪的制造達(dá)到了物理可能的極限。6.4 疏浚設(shè)備 水下單殼泵和兩臺艙內(nèi)雙殼泵均為IHC制造的。艙內(nèi)泵的設(shè)計傳輸壓力高達(dá)38巴。船上的管子全是雙壁式的，在提供強度的外層低碳鋼管內(nèi)有一層特不堅硬的鑄鋼耐磨內(nèi)襯。兩者之間的混凝土將兩者粘結(jié)在一起。 為檢驗有限元法（FEM）的計算結(jié)果，疏浚管路中所使用的某些閘閥的測試壓力超過50巴。為做到這一點，專門進(jìn)行了預(yù)備工作。 泵艙專門寬敞，便于維護(hù)和更換。能夠快速地從裝駁配置轉(zhuǎn)換成水上排泥管配置。圖10. 1550t絞刀橋架的安裝6.5 裝駁系統(tǒng) 裝駁系統(tǒng)按照能夠在涌浪和波浪條件下作業(yè)的要求進(jìn)行設(shè)計。在挖泥船舷側(cè)安裝的護(hù)舷系統(tǒng)對該船和駁船起到愛護(hù)作用。護(hù)舷后部的