浮船塢浮態(tài)研究及智能控制

【摘 要】航運(yùn)業(yè)作為世界經(jīng)濟(jì)的潤滑劑，在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中扮演的作用越來越明顯，浮船塢作為船舶維護(hù)的重要工具，通過計(jì)算機(jī)和輔助設(shè)備對浮船塢的沉浮過程進(jìn)行智能控制，可大大縮減船舶的維修時(shí)間，提供船舶的實(shí)際運(yùn)營時(shí)間。

【關(guān)鍵詞】浮船塢；浮態(tài)；智能控制

1.前言

船塢分為浮船塢和干船塢兩種，干船塢主要在船舶建造過程，而浮船塢則主要運(yùn)用在船舶的維修過程中，相較于干船塢復(fù)雜繁瑣的操作過程，浮船塢具體機(jī)動(dòng)，靈活，壓載及起浮迅速的特點(diǎn)。浮船塢是修船廠的主要生產(chǎn)設(shè)備，通過將待修理船舶從水中托起以便進(jìn)行整體的檢修。受水域條件限制，浮船塢的工作環(huán)境比較惡劣，受力復(fù)雜。故對浮船塢在作業(yè)過程中的變形，橫、縱傾斜，吃水等動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的監(jiān)測與控制，確保船塢的安全生產(chǎn)具有重要意義。在實(shí)際操作過程中很多浮船塢都是由廢船改造而成，船塢塢體形狀不甚規(guī)則，壓載水艙的分布排列都是按照舊有船舶設(shè)置而來，因此有必要浮船塢的浮態(tài)進(jìn)行研究，基于配載模型，建立調(diào)水量優(yōu)化和時(shí)間優(yōu)化模型。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)并搭配相應(yīng)的硬件設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)對浮船塢沉浮的智能控制，主要的作用就是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決船舶沉浮過程中的不確定性，智能控制系統(tǒng)能夠?qū)Ω〈瑝]的浮態(tài)全程進(jìn)行監(jiān)控，減少船廠工作人員的操作強(qiáng)度，提高船廠的施工效率。

2.浮船塢工作方式

浮船塢的工作方式分為兩種，第一種是待修船舶開到指定區(qū)域，浮船塢通過一定的方式移動(dòng)到待修船舶旁邊并下沉預(yù)定深度，待修船舶被移入船塢，伴隨浮船塢的起浮，浮船塢被絞纜機(jī)拖至船廠修船碼頭，這種方式在中小型船廠的修理過程中應(yīng)用比較廣泛，但是存在著控制過程復(fù)雜，起浮時(shí)間過長，待修船舶尺度有限的缺點(diǎn)。第二種是浮船塢固定在修船廠專用的浮船塢碼頭，待修船舶移動(dòng)到浮船塢并完成船舶的進(jìn)出塢操作，這種操作方式為目前大多數(shù)的修船廠采用，具有安全，高效的特點(diǎn)，國內(nèi)浮船塢已經(jīng)能夠承接30萬DWTVLCC的修理工程，中海工業(yè)（上海長興）有限公司所屬的“峨眉山”浮船塢舉力8.5萬噸，甚至能夠承接40萬DWTULCC的修理工程。

本文主要對第二種方式工作的浮船塢進(jìn)行研究，在進(jìn)塢作業(yè)前檢查主壓載蹦抽吸各壓載艙最低水位的能力，檢查各測量，檢測，報(bào)警，通訊系統(tǒng)的狀態(tài)，確保工作時(shí)可用，進(jìn)排水是應(yīng)該確保各壓載艙的平衡，a）浮船塢下沉狀態(tài)，關(guān)閉排水閥，打開進(jìn)水閥，同時(shí)打開所有的壓載艙支路閥，使壓載艙進(jìn)水，在下沉的過程中需要通過控制臺(tái)觀測各壓載艙的水位，了解浮船塢的前后吃水情況，通過調(diào)整各壓載艙進(jìn)水閥的開度控制，調(diào)節(jié)各壓載艙的進(jìn)水量，使浮船塢平穩(wěn)下沉，當(dāng)空塢下沉到預(yù)定深度時(shí)，關(guān)閉各壓載艙進(jìn)水閥，使船塢停止下沉；b）浮船塢坐墩起浮狀態(tài)，啟動(dòng)主壓載泵之前，先打開進(jìn)水閥再打開排水閥，讓壓載水泵打舷外水循環(huán)，待運(yùn)行平穩(wěn)之后，再打開各壓載艙閥，關(guān)閉進(jìn)水閥，浮船塢開始排水起浮，在浮船塢起浮的過程中船塢操作人員要密切監(jiān)控各壓載艙水位以及船塢的吃水情況，并通過控制各壓載艙閥的開度，確保船塢的吃水差在允許的范圍之內(nèi)，待修船舶進(jìn)塢至船塢坐墩時(shí)，打開進(jìn)水閥，關(guān)閉船塢各壓載艙支路閥，主壓載泵打舷外水循環(huán)，壓載艙排水暫停，待船塢塢長確認(rèn)待修船進(jìn)塢坐墩位置正確后，浮船塢繼續(xù)上浮至待修船全部坐墩完畢，密切監(jiān)控各壓載艙水位變化以及浮船塢吃水，確保船塢起浮過程中船塢的吃水正常，待達(dá)到工作水位后，停止主壓載泵并關(guān)閉進(jìn)排水系統(tǒng)所有閥門，待修船舶進(jìn)塢結(jié)束，隨后進(jìn)入常規(guī)的船舶塢修工程。

3.浮船塢智能控制

從浮船塢的工作過程可以看出，在船塢的上浮和下沉過程中對船塢浮態(tài)的控制相當(dāng)重要，而船塢的浮態(tài)主要由各壓載艙水位決定，因此在待修船舶進(jìn)出塢的操作過程中，對各壓載艙進(jìn)排水過程的監(jiān)控就顯得尤為重要。浮船塢的智能控制系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)硬件，軟件，液位遙測系統(tǒng)，閥門開度控制系統(tǒng)，以及相應(yīng)的控制顯示臺(tái)組成。

計(jì)算機(jī)硬件及軟件系統(tǒng)相當(dāng)于整個(gè)控制系統(tǒng)的大腦，硬件提供各項(xiàng)控制功能以及對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，處理。軟件負(fù)責(zé)總體總體性能計(jì)算，配載方案的制定，對船塢狀態(tài)的監(jiān)控及對危險(xiǎn)狀態(tài)的報(bào)警警示。

液位遙測系統(tǒng)相當(dāng)于整個(gè)控制系統(tǒng)的眼睛，主要有位于船塢壓載艙，船塢首，中，尾部的液位傳感器組成，通過在上述部位采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)協(xié)議發(fā)送至數(shù)據(jù)箱，主控電腦會(huì)將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，對超出設(shè)定范圍的數(shù)據(jù)發(fā)出報(bào)警，提示船塢操作人員進(jìn)行干預(yù)。

閥門控制系統(tǒng)相當(dāng)于整個(gè)控制的手，是浮船塢進(jìn)排水作業(yè)的實(shí)際操作機(jī)構(gòu)，每個(gè)泵倉有兩套進(jìn) 排水系統(tǒng)，每套進(jìn)排水系統(tǒng)由一個(gè)主壓載泵，一個(gè)排水閥，一個(gè)止回閥和一個(gè)進(jìn)水閥組成，一般選用液壓遙控蝶閥，蝶閥的驅(qū)動(dòng)頭采用雙作用的液壓裝置，安裝方式可以采用干式安裝也可以采用浸入式安裝，閥門遙控系統(tǒng)一般采用電液轉(zhuǎn)換，利用電磁閥箱進(jìn)行轉(zhuǎn)換，采用這樣的控制方式具有體積小、重量輕、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中被采用的很多。

浮船塢控制室是整個(gè)只能控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，它有機(jī)酸及的硬件和軟件組成，通過浮沉控制臺(tái)可以對船塢各壓載艙水位已經(jīng)船塢前中后位置水位進(jìn)行及時(shí)的了解，也可以通過控制臺(tái)下達(dá)指令，對壓載情況進(jìn)行調(diào)整。浮沉控制臺(tái)的主要功能有a）對壓載泵的控制，通過控制臺(tái)的啟停開關(guān)，船塢工作人員可以對全船壓載泵進(jìn)行控制，更先進(jìn)的系統(tǒng)還能通過軟件直接實(shí)現(xiàn)對壓載泵的自動(dòng)控制；b）液位遙測數(shù)據(jù)顯示，通過液位遙測系統(tǒng)對船塢壓載系統(tǒng)各艙位以及船艏，船中，船尾的吃水情況進(jìn)行顯示；c）閥門控制系統(tǒng)，通過控制臺(tái)可以對全船塢壓載系統(tǒng)中的所有閥門進(jìn)行控制，通過控制閥門的開度，控制進(jìn)排水量，確保船塢維持在安全穩(wěn)定的工作狀態(tài)；d）報(bào)警警示，當(dāng)船塢執(zhí)行進(jìn)出塢操作的時(shí)候，特別是待修船舶坐墩的過程中會(huì)引起船塢具體載荷過大，因此需要在船塢設(shè)置壓力傳感器，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到船塢的塢艙或者甲板變形超過允許范圍的時(shí)候，自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示船塢操作人員采取進(jìn)行的措施來進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整；e）沉浮方式計(jì)算及操所提示，沉浮職能控制的核心就是減少船塢作業(yè)人員的工作強(qiáng)度，縮短作業(yè)時(shí)間，提供工作效率，因此浮沉作業(yè)的計(jì)算就顯得尤為重要，通過軟件的編寫能夠解決這一問題；f）界面顯示，傳統(tǒng)的船塢或者船舶控制臺(tái)多布置數(shù)量相當(dāng)?shù)拈_關(guān)，這樣一來造成整個(gè)界面就會(huì)顯得特別復(fù)雜繁瑣，特別是浮船塢的壓載艙數(shù)量增加到一定數(shù)量的時(shí)候，要求船塢操作人員集中精力避免誤操作，采用智能控制以后可以采用計(jì)算機(jī)顯示屏代替?zhèn)鹘y(tǒng)的開關(guān)，另外控制臺(tái)還應(yīng)提供各壓載艙野味和船塢前后左右的吃水?dāng)?shù)據(jù)；全船壓載泵的運(yùn)行狀態(tài)（包括閥門開度，流量等），沉浮控制方案的顯示以及對船塢塢體變形狀態(tài)的顯示。

4.結(jié)語

浮船塢作為現(xiàn)代船舶維護(hù)過程中的重要工具，同時(shí)也是修船廠修理的重要硬件設(shè)施，船舶塢修時(shí)間關(guān)系到了船舶航運(yùn)企業(yè)的切身利益，同時(shí)也是左右修船廠產(chǎn)能的重要指標(biāo)，因此浮船塢的職能控制是一項(xiàng)重要的系統(tǒng)工程，其通過對浮船塢配載狀況進(jìn)行控制，進(jìn)而確保浮船塢運(yùn)行在安全的狀態(tài)，做到航運(yùn)公司和修船廠的雙贏。

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作者簡介：

陳勇軍（1982-）男，工程師，大學(xué)本科學(xué)歷，目前供職于中海工業(yè)有限公司。