9000m³耙吸挖泥船泥艙結(jié)構(gòu)分析

摘要：本文對9 000 m3耙吸挖泥船的泥艙區(qū)結(jié)構(gòu)形式、泥艙圍板、泥門處船體結(jié)構(gòu)等進行分析，對以后設(shè)計制造類似船舶或超大型挖泥船起著借鑒作用。

關(guān)鍵詞：耙吸挖泥船；泥艙；結(jié)構(gòu)強度

Analysis on Structure of Hopper for 9 000 m3 Trailing Suction Hopper Dredger

LIN Zhixin，LI Xiaoyan，HUANG Xuxin

( CCCC Guangzhou Dredging Co.， Ltd. Guangzhou 510221)

Abstract: This paper analyses the strcture type of hopper area， cabin coaming and hull structure around dump door for 9 000 m3 trailing suction hopper dredger.

Key words: Trailing suction hopper dredger; Hopper; SturcturaL strength

1前言

9 000 m3耙吸挖泥船泥艙區(qū)設(shè)計在中部，由于大型挖泥船的設(shè)計特點是肥大型和泥艙區(qū)大開口的型式，決定了泥艙的結(jié)構(gòu)設(shè)計是整船設(shè)計的重點，由于泥艙區(qū)頻繁地承受因裝卸泥作業(yè)而引起的交變載荷作用，結(jié)構(gòu)的強度保證要求更高，本文通過對9 000 m3耙吸挖泥船泥艙區(qū)結(jié)構(gòu)的分析對以后制造類似船舶或超大型挖泥船起著借鑒作用。

29 000 m3耙吸挖泥船基本特點

2.1基本設(shè)置及功能

① 雙尾耙疏浚作業(yè)。

② 可將耙吸的泥漿裝艙，或當泥漿濃度過低時可直接進行舷外排放。

③ 具有泥沙回填功能，通過右泥泵抽艙，可把泥艙的泥沙從左耙頭回填致海底溝槽中。

④ 通過船底兩排錐形泥門拋泥。

⑤ 挖泥前可使用右泥泵抽艙，直至抽至泥泵吸口高度為止。

⑥ 在維修泥門時可使用泥艙射流泵余水抽吸系統(tǒng)抽干泥艙內(nèi)余水，射流泵材料選用球墨鑄鐵。

⑦ 可采用抽艙系統(tǒng)、首吹接頭及吹泥浮管，通過雙泵串聯(lián)或右泵進行首吹排岸作業(yè)。

⑧ 可采用抽艙系統(tǒng)、首部噴嘴，通過雙泵串聯(lián)或右泵進行船首首噴作業(yè)。

⑨ 采用配有高壓沖水和可卸式耙齒的耙頭來疏松密實土。

⑩ 可采用兩臺高壓沖水泵進行沖艙，稀釋和松散泥艙內(nèi)的泥砂而有助于拋泥和抽艙作業(yè)。沖艙時高壓沖水壓力可達8 bar。

11泥門由一臺液壓缸啟閉，在駕駛室進行遙控。

12泥艙帶有艙口圍板，并在艙口四周設(shè)有防濺板。

13 駛室遙控操作一只溢流筒的液壓缸，在艙容約5 000 m3到最大艙容9 000 m3范圍內(nèi)進行連續(xù)調(diào)節(jié)。

2.2主要參數(shù)

總長 約125 m

垂線間長 116 m

型寬 25.4 m

型深 9.8 m

平均型吃水(夏季載重線，國際干舷)7.0 m

挖泥吃水8.35 m

泥艙載量約13 235 t

總載重量(吃水8.35 m)約14 410 m

艙容 滿載挖泥吃水8.35 m時 9 000 m3

3泥艙結(jié)構(gòu)

3.1結(jié)構(gòu)型式

本船泥艙區(qū)結(jié)構(gòu)采用縱骨架式，箱形龍骨、泥艙邊艙和泥艙圍板的強框架間距為4 900 mm；根據(jù)本船2列共18只錐形泥門的設(shè)置要求，每個泥門間設(shè)置平板肋板，間距亦為4 900 mm；對應(yīng)平板肋板的位置，泥艙甲板處設(shè)置架空橫梁，形成橫向強框架；泥艙底部均衡設(shè)置18只錐形泥門，并在箱形龍骨兩側(cè)設(shè)置抽艙通道。

3.2泥艙肋板

對于布置雙列泥門的耙吸挖泥船，一般在泥艙中間沿船長方向設(shè)有箱形龍骨，箱形龍骨內(nèi)的空間可作為管系的通道。前后每扇泥門之間設(shè)有肋板。泥門間的肋板型式主要有兩種：平板肋板和箱形肋板。本船采用平板肋板形式。其優(yōu)點如下：

本船箱形龍骨兩側(cè)設(shè)有抽艙通道，相對箱形肋板，采用平板肋板型式，結(jié)構(gòu)更簡單，也易于施工；采用平板肋板，其端部與泥艙邊艙及箱形龍骨內(nèi)的強框架的連接更易處理；采用平板肋板，不僅節(jié)省鋼材，對泥艙的艙容影響也小。

3.3泥門處船體結(jié)構(gòu)

泥艙底部每只泥門處所均為方形泥門圍阱，其間設(shè)置錐型泥門，這樣在泥門圍阱的四角容易積泥，本船采用在泥門四周設(shè)置泥門包板辦法，并盡量增大泥門包板的傾角，以方便卸泥。這樣比采用箱型肋板要好得多，見圖1。

3.4泥艙圍板

本船泥艙底部采用錐型泥門。泥門的型式和結(jié)構(gòu)受力與方型泥門不同，它們通過閥桿連接到位于泥艙圍板甲板上的液壓油缸裝置，其關(guān)閉完全通過液壓油缸作用，對液壓油缸的反作用力直接傳遞給泥艙圍板的箱形甲板結(jié)構(gòu)。因此泥艙圍板結(jié)構(gòu)強度要求比較大，在油缸穿過處的圍板采用箱形結(jié)構(gòu)以增加因受泥門油缸集中力所帶來的抗彎抗扭能力；該處結(jié)構(gòu)采用高強度鋼，增加局部強度。另在中間處采用架空橫梁增加其強度，節(jié)點圖見圖2。

3.5泥艙中部的三角艙

泥艙中部的三角艙結(jié)構(gòu)是耙吸挖泥船的特殊結(jié)構(gòu)，是確保總縱強度的重要結(jié)構(gòu)，設(shè)計成三角形式目的是為了泥艙能快速卸泥；在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上采用每三檔有一個強肋骨形式，這樣能保證整個三角艙的強度，同時也保證每個泥門艙的結(jié)構(gòu)強度，見圖3。

3.6泥艙邊艙結(jié)構(gòu)

耙吸挖泥船應(yīng)滿足《國際防止船舶造成污染公約》（MARPOL 公約），即對泥艙的邊燃油艙外殼需設(shè)置雙殼結(jié)構(gòu)。由于現(xiàn)今耙吸挖泥船船型的日益肥大化，L/B值通常較小，本船尤為突出（L/B為4.567），為了滿足公約要求，保證不占用燃油艙的空間，設(shè)計時盡量使隔艙保持最小，解決了這一難題，見圖4。

3.7溢流筒與船體焊接結(jié)構(gòu)

泥艙內(nèi)的溢流筒的作用是保證挖泥過程中泥漿的濃度，泥艙內(nèi)的泥漿通過溢流筒可以將泥漿多余的水去掉，從而達到升高泥漿的濃度。溢流筒是與船底板連接在一起的，它的結(jié)構(gòu)比較重要，一方面要受到不斷流入溢流筒的泥漿的沖力和磨擦力，另一方面要承受外面水流的壓力，9 000 m3挖泥船溢流筒采用雙層板設(shè)計，內(nèi)層采用耐磨板HARDOx400，15 mm板材，外層采用高強度鋼CCSAH36，20 mm，另溢流筒和船底板的焊接要求焊透，如圖5。

4 泥門結(jié)構(gòu)

4.1泥門形式

目前國際流行的泥門形式有錐形泥門和方形泥門兩種，錐形泥門與船體的密性比方形泥門好，而且本身強度也比較高，但其缺點是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所占有的重量較大。而方形泥門雖然結(jié)構(gòu)比較簡單，也利于卸泥，但與船體的密性較差，維修成本比較高。綜合平衡決定本船采用錐形泥門形式。

4.2國內(nèi)最大直徑的泥門尺寸

本船是國內(nèi)耙吸挖泥船設(shè)計中首次采用直徑達4 m以上的錐形泥門形式，對結(jié)構(gòu)來說，泥門直徑的加大，不利于底部結(jié)構(gòu)強度的保證，同時也使泥門圍板結(jié)構(gòu)所受的集中力增加。

4.3泥門結(jié)構(gòu)形式

采用的泥門結(jié)構(gòu)形式如圖6，為了保證泥門的重量不能太大，在泥門的各種連接板和加強板都采用減輕孔的形式，另處在泥門的上端設(shè)置了防掉落裝置，保證施工時泥門的意外掉落。

5泥艙兩端結(jié)構(gòu)

由于泥艙的大開口和挖泥形式，決定了泥艙兩端的應(yīng)力集中非常嚴重，所以對泥艙兩端的結(jié)構(gòu)結(jié)強應(yīng)給予高度重視，我單位由IHC建造的兩艘耙吸挖泥船“萬頃沙”和“廣州”號就相繼在泥艙兩端艙壁出現(xiàn)裂紋，證明了該處結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中非常嚴重，對泥艙兩端結(jié)構(gòu)的加強函待提高。9 000 m3挖泥船對兩端艙壁結(jié)構(gòu)進行了改進。 改進措施如下：

1）在保證船體剪切強度方面，泥艙縱壁結(jié)構(gòu)在向首尾泥艙區(qū)處的兩端過渡時，應(yīng)延伸泥艙縱壁至少4個肋位以上，以保證該處結(jié)構(gòu)的強度。圖7為高壓沖水泵艙在泥艙縱壁（距CL8 900）延伸的結(jié)構(gòu)，在艙內(nèi)甲板以下，縱壁延伸了16個肋位，在艙內(nèi)甲板以上，縱壁延伸了4個肋位。筆者認為如果設(shè)備布置允許，最好是6個肋位。

2）在三角艙應(yīng)力最集中的地方在艙壁處設(shè)計三角結(jié)構(gòu)加強，如圖8為泥艙艙壁在FR119，在高壓沖水泵艙內(nèi)所看到的三角艙延伸結(jié)構(gòu)加強圖，另處在艙內(nèi)三角斜板和艙壁板的焊接要求焊透，避免該處局部應(yīng)力過大而造成裂紋的現(xiàn)象。

9 000 m3挖泥船經(jīng)過一年多的航行實踐，應(yīng)力集中現(xiàn)象得到解決，沒有出現(xiàn)艙壁裂紋現(xiàn)象。

6結(jié)束語

9 000 m3挖泥船目前已完成了所有的建造，共有“浚海1”和“浚海2”兩艘船并且在疏浚市場上發(fā)揮了重要的作用，據(jù)兩艘船的船長反映，該船的泥艙結(jié)構(gòu)特別結(jié)實，相比同類型船“萬頃沙”號的泥艙結(jié)構(gòu)要強，在此由衷的感到高興，但愿在以后大型或超大型耙吸挖泥船的設(shè)計和建造中能越做越好，并盡早實現(xiàn)大型耙吸挖泥船的國產(chǎn)化。