自航绞吸挖泥船的内置式三缆定位系统和关键结构件

（中国船舶及海洋工程设计研究院 上海200011）

引 言

目前国内外自航绞吸挖泥船使用钢桩定位来实现挖泥定位功能［3］，但钢桩定位系统抗风浪性不强，且无法在较深的水域定位。为在更恶劣的环境下完成挖泥作业，需要一种新的定位系统来提高船舶的作业性能。

三缆定位作业海况条件为：作业海域最大流速3 kn、最大风速17.1 m/s、有义波高2.1 m、波浪周期7.5 s。三缆定位系统的作业海况较钢桩定位海况更恶劣。本文介绍的定位系统由3个定位锚、3根钢丝绳和3台定位绞车来实现定位功能，使船舶可以在较恶劣海况下作业。但受特种功能的需求，自航绞吸挖泥船在首部上甲板或首楼甲板以及尾部主甲板区域布置了大量大型工程设备，使定位系统布置区域大大受限；且对于工作绞刀头位于尾部的自航绞吸挖泥船，为减小船舶航行时的阻力，该定位系统需要置于船体内部，从而给整个定位系统的布置和设计带来很大难度［4］。

1 定位系统组成及功能介绍

内置式三缆定位系统是在船体内部设一个月池，定位系统的大部分结构件都在月池内设置，月池的内径约3 m，这种内置式三缆定位系统可在甲板面上占用较少空间，且能减少航行时的阻力。内置式三缆定位系统包括3台定位锚绞车、3只定位锚、3根钢丝绳、1个可拆筒体结构、上/下导向滑轮、上/下固定装置、提升装置、导轨等装置。其中绞车置于甲板上， 其他构件均置于月池内。 内置式三缆定位系统布置见图1。

钢丝绳由定位锚绞车经上导向滑轮、可拆筒体结构及下导向滑轮与定位锚相连，2个定位锚布于船尾，1个定位锚布于船首（参见图2）。

图2 定位筒体钢丝绳走向横剖面图

当3台定位锚绞车全部收紧钢丝绳时，可以实现船舶定位，且船体可围绕筒体中心线摆动。而通过收紧与船尾定位锚相连的锚绞车，同时放松与船舶后部定位锚相连的锚绞车，便可使船舶向前移位［1］。

在内置式三缆定位系统作业时，下导向滑轮位于船底板以下（如图1所示），保证定位钢丝绳与船体间没有接触；航行时， 为减少航行阻力，下导向滑轮收至船底板以上；需要检修时，整个筒体及下导向滑轮可以从月池内提起，便于滑轮检修。

2 定位系统主要特殊结构

2.1 可拆筒体结构

三缆定位筒体结构是三缆定位系统的关键结构件，起着承接整个系统各个零部件的作用。在三缆筒体结构上部和下部设有固定装置，将筒体结构固定在船体上。三缆筒体顶端和底部均设3个导向滑轮，顶端3个滑轮上的钢丝绳经过滑轮导入三缆筒体结构内部，后经筒体底部3个滑轮导出，连接到3个定位锚上。

另外，筒体底部的3个导向滑轮需要定期维护，筒体需提升到一定的高度来保证此维护空间，所以三缆筒体结构既要满足多种功能需求，又要便于观察维护。由于筒体结构较重而实船起吊能力有限，无法将筒体结构及滑轮等零部件整体提升，所以筒体结构设计还需要考虑实际提升能力的限制。

基于三缆筒体的功能和船舶上的限制条件，需要一种可拆式的筒体结构。 图3中的三缆定位系统可拆筒体结构即解决了上述功能和船舶上的限制。

图3 三缆定位系统可拆筒体结构图

可拆筒体结构设于月池开孔内，筒体结构包括筒体上围板、筒体下围板、连接法兰和上端部装置，筒体上围板下端和筒体下围板上端之间通过连接法兰相连。上端部装置为箱型结构且固定在筒体上围板上端，上端部装置设置在上固定装置上，且上端部装置上可设置3个导向滑轮； 筒体下围板的外壁设有销子，销子可插入月池内下固定座内，且销子外壁固定有一端板，端板与轨道配合可使筒体沿月池内轨道提升和降落。筒体上围板上部和下围板上部沿水平方向开设有一上围板开槽，开槽配合横杆使用可使筒体结构固定在所需位置。

上述可拆筒体结构可在三缆定位系统位于船体内时，连接筒体结构上的各个零部件，并保证整个筒体结构及其附属零部件的稳定可靠，且整个筒体可通过绞车卷筒及提升钢丝绳进行整体提升，并在起吊能力有限时，对筒体结构进行拆分吊出，便于对筒体结构及其各个导向滑轮等结构拆装和维修。

2.2 上固定装置

对于在船体内设置月池以安装定位筒体的三缆定位系统，需要一种特殊的装置来对定位筒体进行有效固定，以防定位筒体移动，且该固定装置应便于对定位筒体进行快捷检修与拆装。

图4 所示的上固定装置由至少两个对称的固定装置构成，中间不连接。

图4 上固定装置结构图

上固定装置呈倒“凸”形，上固定装置的中间凸起部嵌入月池中，上固定装置的边缘凸出部设置在月池外侧，上固定装置中间设置有通道，使定位筒体贯穿通过。定位筒体的上端部设置在上固定装置的上部，上固定装置通道的内径大于定位筒体的外径，上固定装置的上表面设置有定位装置［2］。

上固定装置的边缘凸出部设置有限位装置，用于与船体进行连接并限制上固定装置的位置。上固定装置设置有缺口，缺口贯穿上固定装置的上表面与下表面。

此种结构的新型三缆定位筒体的上固定装置，设置在通孔上部，定位筒体的上端部搁置在上固定装置上，能够支撑定位筒体的大部分质量；上固定装置上表面设置有定位装置，能够与定位筒体上的不同位置的插销孔连接，使定位筒体处于不同高度位置，满足航行、作业或检修等不同状态下的需要；上固定装置的边缘设置有限位装置，与船体进行连接，防止上固定装置出现位移；上固定装置设置有缺口，使三缆定位系统的滑轮以及钢丝绳顺利通过；上固定装置由两个对称的固定装置组合而成，固定装置之间不连接，便于对上固定装置各组成的固定装置进行检修或更换，降低上固定装置的维护难度及成本。

上述的可拆筒体结构和上固定装置为内置式三缆定位系统的关键结构件，其与三缆定位系统的其他结构件一起，保证三缆定位系统工作的可靠性及维修便利性。

3 结 语

本文介绍了一种用于自航绞吸挖泥船的内置式三缆定位系统的功能和特殊的结构件。起吊能力有限时，筒体结构可以进行拆分吊出，便于对筒体结构及其各个导向滑轮等结构拆装和维修；另外，这种形式的三缆定位系统可使船舶在较恶劣海况下持续作业，不仅提高了船舶的环境适应性和可作业性，也不会对船舶航行阻力造成影响。内置式三缆定位系统使大型自航绞吸挖泥船的可作业性和经济性提升显著。