用于长江中游航道维护的2 000 m3/h自航吸盘挖泥船研制及应用

(长江航道局,武汉430010)

长江中游航道维护2 000 m3/h自航吸盘挖泥船是长江航道局按照交通部交规划发【2009】553号文件，为提高长江航道应急抢通能力，改善枯水期航道条件，保障长江中游黄金水道的畅通，由国内自行开发建造的一艘新型吸盘挖泥船。

吸盘挖泥船是挖泥船种类中较为特殊的一种船型，适用于大江河道的清淤疏浚及枯水期重要通航段的突击抢修，其效能远远胜过其它类型的挖泥船。

长江航道现阶段疏浚工作存在的问题[1]如下。

1)现有的航道维护疏浚船舶难以适应航运发展的需要。

长江航运具有运能大、成本低、能耗小、吸纳性强等优势，是沿江厂矿企业大宗物资的首选运输方式。随着上海航运中心的形成、武汉城市圈建设加快推进、西部开发步伐加快，中下游航运市场将更加活跃。目前，长江航道现有的航道维护疏浚船舶大多数年代久远，设备的先进性和工作效率难以适应当前航运发展的需要。

2)长江中下游航道维护性疏浚船舶难以满足应急疏浚的需要。

三峡库区蓄水后，长江中下游河段航道也出现较大的变化，无形中增加了航道维护的工作量，使得原本维护困难的局面更加严峻。

长江中下游航道维护疏浚船舶主要有绞吸挖泥船、耙吸挖泥船等，由于部分挖泥船是非自航作业，快速反应性能较差，施工展布碍航，不能满足超浅、超窄航道应急作业要求。因此，单靠原有的长江中下游航道维护性疏浚船舶，难以满足应急疏浚的需要。

3)现有疏浚船舶难以满足中下游航道枯水期维护疏浚强度大、时间紧的要求。

长江中下游由于碍航浅水道众多，以沙质河床为主，每年的淤积量大，航道维护的工作量也相当的大。目前，长江中下游航道维护已经不仅仅局限于枯水期，在汛期也出现过由于上游来水较少，水位较低而出现维护性疏浚的情况。因此，长江中下游航道维护是整个长江干线维护的重点，疏浚工作量大，船舶调遣里程长，调遣难度大。

为解决上述难题，长江航道局根据批示委托708所开发设计了新型吸盘挖泥船(以下简称吸盘2号)。708所设计项目组通过搜集、整理、消化国际上技术形态、设计理念较为先进的吸盘挖泥船技术，并总结原有挖泥船成功设计经验，打造出具有完全自主知识产权、具有自己特色和技术特点的新型吸盘挖泥船。

1 吸盘2号性能分析

由于吸盘挖泥船的船型特点和适用范围，使得其建造数量相对较少，自1993年美国建造Hurley以后，近20年来国内外基本上没有再行建造。表1为本船与目前国外吸盘挖泥船主要技术参数和性能比较。

表1 吸盘2号同国外吸盘船型比较

从表1可以看出，本船多项性能指标先进，采用了全电力驱动、电子、自动化等新技术，排泥方式多样化，并且在施工方式上进行了大胆创新。

2 总体设计思路及技术指标

吸盘2号是708所完全自主设计开发的船型，见图1。该船型既能体现当今世界挖泥船发展趋势和先进技术，又具有自己技术形态特点，并充分考虑我国用户的特性和需求，其主要技术指标分析如下。

2.1 船型及用途

本船为全电动自航吸盘挖泥船，采用钢质、单甲板、全电焊结构、双全回转舵桨、方艉浅吃水肥大船型。本船主要用于长江中游航道的应急维护疏浚任务，作业区域为A、B级航区。

图1 吸盘2号总布置示意

2.2 作业方式

本船针对不同水域条件具有灵活的作业方式[2]。

1)直线绞进疏浚。疏浚作业时采用首部两台大功率的双滚筒液压摩擦式绞车，借助锚索及纵前八字抛设的大抓力工作锚，收紧锚索牵引船舶纵前移动，使吸盘在高压水的冲击下做直线绞进疏浚作业，同时可利用Z型舵桨起到侧推作用，以克服横流和风力产生的横向力，使船具有稳定的方位。

2)自航顶推疏浚。为满足不碍航应急快速抢通施工的要求，本船设置有功率分配管理系统，控制全变频电力系统驱动泥泵和推进电机，使两台舵桨装置进行推疏浚作业。

2.3 施工特点

1)采用首部开挖方式开槽作业，开槽宽度大，施工效率高，功率储备合适，调遣方便，应急抢通能力强。

2)设有边抛排泥及艉管排泥两种排泥功能，边抛排泥作业时不碍航，加之吃水较浅，对疏浚水域的适应范围较广。

3)枯水期实施航道应急疏浚时，还可以采用变吃水(半装载状态下)进行突击抢通，进一步增强本船的维护功能。

2.4 主要参数

2.4.1 主要技术参数

总 长88.60 m水线长75.00 m型 宽15.00 m型 深4.80 m设计吃水2.50 m排水量(设计吃水/半载吃水)2 253/2 093 t总吨位(GT)2 169 t主发电机组(功率/转速)1 600 kW/1 500 r/min停泊发电机组(功率/转速)200 kW/1 500 r/min

2.4.2 疏浚作业参数

疏浚土质中细沙、细沙及淤泥最大挖深16.0 m最小挖深2.6 m设计生产量(挖深12 m、排距600 m时)2 000 m3/h泥泵参数(Q×H×N)13 200 m3/h×33 m×1 700 kW排水量(设计吃水/半载吃水)2 253/2 093 t吸/排管径0.85/0.85 m高压冲水泵2×1 600 m3/h×80 m×500 kW边抛排距 60 m艉管排距600 m

3 吸盘2号的技术特点

3.1 采用自航吸盘挖泥技术

长江航道局用于长江中下游航道维护疏浚的现有船舶主要为耙吸、绞吸挖泥船。耙吸挖泥船不适于开槽作业，边抛距离短，受吃水限制，效率较低；绞吸挖泥船由于非自航，快速反应能力不足，施工展布碍航，应急性能低。

吸盘2号采用自航吸盘挖泥技术，应急疏浚时能首部开槽作业，适用于超浅航道施工和解决“超吃水”船舶搁浅破坏航道的情况，适合长江中游航道大面积的平淤形态。能自航施工，具有较强的机动性，作业效率高，施工不碍航。与耙吸、绞吸挖泥船配合作业，能够适用于长江中下游航道不同工况的疏浚。

3.2 采用全电力驱动技术

本船采用全电力驱动技术，总投资相比柴油机直接推进船型虽有一定程度的增加，但设备布置紧凑，节省了空间，使船舶总体布置更合理，节能效果较好。这一措施的运用不仅可以大幅降低建造、运行、维修成本，而且运行灵活、节能环保。

3.3 开发了自航推进作业模式

本船建设结合长江航道局多年来的疏浚经验，对吸盘的受力、高压冲水产生的阻力、作业航行的速度、舵桨装置的选型、功率管理系统的配置等多方面进行了论证，针对吸盘挖泥船在世界上首次提出了自航推进的疏浚作业模式，实船挖泥试验表明该作业模式疏浚效果显著，为长江航道的应急快速抢通开发了新的、高效的作业方式。

3.4 改进吸盘头高压冲水装置

目前国内尚缺乏吸盘设计经验，本船吸盘建造是在参考国外的有关资料基础上进行的。

吸盘头高压冲水装置由连接高压冲水泵的高压管路和吸盘头部布置的喷嘴组成，本船采用两台高压冲水泵。高压管路设计可实现冲水泵并联或串联两种工作形式，可根据不同施工工况灵活调整，兼顾了节能和最大工作能力；两排喷嘴布置采用角度不同的布置型式，能分别工作或同时工作，随吸盘俯仰角度不同，两排喷嘴冲水能分别控制，提升了破土效率，节省了能源。[3]

以前的吸盘头材料采用进口的不锈钢，工作中发现其耐腐蚀但不耐磨，本次建造中吸盘头采用超高分子聚乙烯材料，可延长使用寿命。

4 实施效果和经济、社会效益分析

4.1 吸盘2号实船使用情况

吸盘2号2012年5月31号竣工交付使用，主要用于长江中游航道疏浚维护工作，并于2012年7月1日至2012年8月1日在常熟港专用航道C3#至C6#段进行适应性挖泥作业。2012年9月至2013年4月调遣至沙市进行长江中游河段枯水期的维护疏浚工作。

截至2013年4月底，船舶运行数据统计：主机运转1 513 h ；挖泥工况双车运行303 h，泥泵运转247 h，完成土方量约73.3万方，燃油消耗217 t。施工工况万方油耗为2.96 t/万m3。调遣航行工况双车运行176 h，航行162 h，燃油消耗92 t。锚泊工况单车运行460 h，燃油消耗48 t；锚泊停泊发电机工况394 h，燃油消耗18 t。

4.2 经济及社会效益分析

吸盘2号的经济效益主要体现在以下几方面[4-5]。

1)节约运输费用。按长江航运运输量，测算出“有或者无”项目情况下运输费用的节约为900万元/年。

2)节约企业时间。由于维护水平提高，船舶通过能力增强，可以有效地节约运输时间，减低成本，减少生产、管理等开支，测算出“有或者无”项目情况下企业时间节约的费用为1 300万元/年。

3)减少交通事故。由于维护水平提高，船舶交通事故减少，测算出“有或者无”项目情况下交通事故减少的费用为410万元/年。

4)增加交通量。由于航运能力提升，船舶通过能力增强，可以有效地增加交通运输量，测算出“有或者无”项目情况下增加交通量效益的费用为540万元/年。

吸盘2号2 000 m3/h自航吸盘挖泥船应用于长江中游航道的应急维护疏浚，充分发挥其疏浚不占用航道的技术优势，提高了应急疏浚能力，有效缓解了长江中游航道“瓶颈”效应，对于保障中游航道的畅通，加快黄金水道的建设进程，提升航运企业经济效益，促进长江流域经济、航运的可持续发展，改善沿江的社会和经济环境具有重要意义。同时吸盘2号建设期间采用的先进技术、先进船舶动力装置等设备，给国内的造船市场注入了活力，促进了国内造船技术的提升。

5 结束语

吸盘2号船型、主尺度等主要技术参数选取和主要机电设备配置及选型合理，船舶各项技术指标满足交通运输部对可研报告的批复和长江中游航道维护疏浚工况条件的要求，具有安全、高效、可靠，能耗低等特点，已成为长江中游航道维护疏浚的关键设备。

[1] 长江航道局.长江中游航道维护2 000 m3/h自航吸盘挖泥船建造项目后评价报告[R].2013.5.

[2] 长江航道局.2 000 m3/h自航吸盘挖泥船开发技术总结报告[R].2013.5.

[3] 韩 龙，张海荣，邰能灵. 吸盘挖泥船采用全电力驱动系统设计论证[J].船舶,2013,24(2)60-64.

[4] 冯 峰，孙 雪. 吸盘挖泥船吸盘试验研究[J].船舶，2012,23(4)7-11.

[5] 长江航道局.长江中游航道维护2 000 m3/h自航吸盘挖泥船研制及应用报告[R].2013.7.