散货船货舱清洗设备设计研究

宋晓暖

（青岛泰戈菲斯海洋装备股份公司，山东青岛266109）

0 引言

SOLAS中对散货船的定义是：散货船系指在货物处所中通常建有单层甲板、顶边舱和底边舱，且主要用于运输散装干货的船舶，包括矿砂船和兼装船等船型[1]。

各种散货船虽载重吨位和尺度有所不同，但货舱区域的基本结构形式都大同小异，即由双层底、底边水舱、横骨架式的舷侧、顶边水舱、有或无底墩和顶墩的槽形主横壁及纵壁或横骨架形式的舱口间甲板组成[2]，散货船货舱一般深度少则8 m左右，最大超过20 m。卸货后再次装载前，通常需要对货舱清洗，现有大型散货船货舱高处清洁的做法一般有如下几种方法或者相类似方法：1）舱底高压水枪冲洗；2）舱底搭建脚手架法；3）采用人员登直梯法。采用此类清洗方式，一般清洗效率较低、危险性较高。特别是刚装完煤炭货舱高处留下的痕迹，马上又要装载谷物类清洁货物，单单靠洗舱水是不能够轻易洗掉污迹，这就得爬上高梯，用长竿刮板边刷洗边冲水，方可洗去污迹。这就增加了工作难度，降低了效率，还增加了工作的危险性[3]。

散货船货舱一般型式如图1所示。

图1 散货船货舱一般型式示意图

1 清洗设备简介

散货船的发展经历了吨位和排水体积由小到大的过程。例如，为了装载更多的货物，货舱区越来越大，艏部和机舱区越来越小，型深和吃水不断加大，货舱的数量越来越多，艏艉线型变化越来越大[4]。因此导致现在的货舱清洗量越来越大，清洗难度越来越高，针对现有散货船货舱清洗方式方法存在的弊端，设计一款散货船货舱清洗设备，总体主要包括钢丝绳轨道及夹紧/吸附装置、轨道平台、清洗管路、供水管、配套牵引装置及其他辅助结构等，能够实现货舱低成本、方便、高效、安全、可靠的清洗作业。

利用夹紧/吸附装置将钢丝绳两端固定在货舱舱口边沿并拉紧，布置形成钢丝绳轨道，一般距离货舱壁1 m左右；轨道平台搭载有清洗管路，在配套的牵引装置的牵引下沿着钢丝绳轨道运行，为了进一步提高稳定性，在下方也增加轨道平台和钢丝绳；清洗管道顶端连接船上供水管提供水源，通过高压喷嘴喷水清洗货舱壁。在清洗完成一侧货舱壁后，拆下夹紧/吸附装置和钢丝绳轨道转移到下一个清洗货舱壁重新夹紧组装，开始新的货舱壁的清洗工作，直到清洗完成全部货舱壁的清洗工作。

清洗设备清洗运行示意图如图2、图3所示。

图2 清洗设备运行俯视图示意图

2 主要指标参数

图3 清洗设备运行主视图示意图

清洗设备主要指标参数如表1所示。

表1 清洗设备主要指标参数

3 总体结构组成

清洗设备总体结构简单、紧凑，其拆装、使用方便，具有自动、高效、便捷、安全等清洗优点，主要由不锈钢钢丝绳、夹紧/吸附装置、轨道平台、清洗管路、供水管、绞车及其他辅助结构等组成，轨道平台通过滑轮吊挂在钢丝绳轨道上，清洗管位于轨道平台正中间，平台之间通过钢丝绳连接，清洗管路侧面布置高压喷嘴，朝向清洗舱壁一侧。使用时可以依靠简单吊具和部分人力快速组装使用，清洗完成后同样可以方便快速地拆卸，并且拆卸后占地面积小、储存方便。

清洗设备总体组成结构示意图如图4所示。

图4 清洗设备总体结构示意图

4 总体结构设计

4.1 钢丝绳及夹紧/吸附装置

钢丝绳及夹紧/吸附装置组成轨道平台的运行轨道，制造材料均是不锈钢材料。采用4根规格型号为18×7、结构为18×19+IWS、直径约为φ14 mm的钢丝绳，并利用钢丝绳两端的夹紧/磁吸装置夹紧在舱口四周边缘上和舱壁底部，拉紧架空连接在舱口和底部的钢丝绳使其形成具有一定刚度的运行轨道。同时每一根钢丝绳两端的夹紧/吸附装置都能独立调节拉紧力和高度，方便在清洗设备运行过程中根据需要调整拉紧力和运行高度，使清洗工作更加快捷高效。

夹紧/吸附装置优先考虑磁力吸盘/磁性起重器，原因是其使用便捷、安全可靠，并且是标准成熟产品。

4.2 轨道平台

轨道平台采用60×60规格铝型材及其配件组装成框架结构,上部平台整体尺寸为1 m×1 m，下部平台整体尺寸0.5 m×0.5 m，具有结构简单、牢固可靠、质量轻便、成本低等特点，分别安装8个直径约为φ112 mm、高度约为130 mm的不锈钢钢丝绳滑轮；框架周边安装有吊环，用于连接钢丝绳吊挂；在运行方向的前后部安装有挂钩，利用钢丝绳与牵引装置相连，从而提供动力并运行在钢丝绳组成的轨道上，同时平台其上预留清洗管路安装结构及其他附属结构。

图5 磁力吸盘/磁性起重器

轨道平台结构示意图如图6所示。

图6 轨道平台结构示意图

4.3 轨道平台间钢丝绳

上部和下部轨道平台之间通过6根规格型号为18×7、结构为18×19+IWS、直径约为φ10 mm的长度可以调节的钢丝绳连接，轨道平台与清洗管路的法兰连接起到固定清洗管路的作用，整体跟随轨道平台在水平方向上沿着舱壁移动，从而实现清洗管路贴近舱壁清洗作业。

4.4 清洗管路

清洗管路是清洗设备的清洗部件，主要由高压扇形喷嘴、DN63 mm×5.8 mm S5系列PPR管（耐压≤1.25 MPa）及配套管件等组成。整根清洗管路采用分段设计，总长度可以根据清洗货舱的高度通过增加、减少分段进行调整，每个分段长度为0.5 m，分段之间通过螺纹、阀门连接，垂直平台运行方向安装高压扇形喷嘴，因此管路上有两排方向相反的喷嘴，既可以方便快速转移到下一个清洗舱壁，也可以更加稳定；管路上、下部通过封头、法兰连接在轨道平台上，以提高稳定性；顶部通过连接阀连接供水管。

目前清洗管路只设计了1根，但是可以根据实际清洗效果的好坏，增加多根平行布置的清洗管路，从而增大喷水覆盖面积，加大冲刷力度，提高清洗效果；同时由于主清洗管路是分段设计，可以在主管路周向上增加分支清洗管路，针对难以清洗的角落提高清洗效果。

清洗管路的分段设计既能够满足不同货舱高度清洗的需要，又能方便快捷地组装和拆卸，如果有某一个分段损坏或者故障也可以快速更换，兼顾了实用性和便利性。

图7 清洗管路结构示意图

清洗管路结构示意图如图7所示。

4.5 配套牵引装置

牵引装置钢丝绳连接上部轨道平台为整个清洗设备提供行走动力，采用成熟的电动钢丝绳绞车，既可以满足使用要求，又可以降低开发成本。如果有降低成本或者用电安全等方面的考虑，可以改为手动绞车操作。

5 结语

船舶在航行中可能经过高盐、高温、潮湿的炎热环境，也可能经过低温、干燥的寒冷环境，清洗设备工作过程中始终处于接触水的环境中，并且储存过程中也可能处于潮湿环境。虽然为了防止腐蚀而使用了防锈铝型材、不锈钢材料和带胶皮不锈钢钢丝绳，但是为了提高防腐效果、增加使用寿命，建议使用完后通淡水清洗管路和全面清洗整体结构，并且晾干、关键部位涂油脂后储存；同时制定维护保养计划，按计划定期维护保养，从而保证装置使用性能和使用寿命。