1200t舉力浮船塢輪機(jī)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

張丹

摘 要：本文以1200 t舉力浮船塢為例，主要介紹浮船塢輪機(jī)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)：壓載系統(tǒng)設(shè)計(jì)；掃艙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；“空氣墊”設(shè)計(jì)和海水閥箱設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：浮船塢；關(guān)鍵技術(shù)；壓載系統(tǒng)；“空氣墊”

中圖分類(lèi)號(hào)：U664.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 前言

浮船塢是一種用于修船、造船、運(yùn)送船舶的工程船舶， 它不僅可用于修船、造船，還可用于打撈沉船、運(yùn)送深水船舶通過(guò)淺水航道、運(yùn)送海洋工程建筑物或需要隱蔽的船舶。其優(yōu)點(diǎn)是：機(jī)動(dòng)性好，可按需要進(jìn)行轉(zhuǎn)移；建造周期短，投資少，見(jiàn)效快；不占用船廠(chǎng)的場(chǎng)地；水位變化適應(yīng)性強(qiáng)，只需滿(mǎn)足最大深沉即可工作等。

1 200 t舉力浮船塢為雙塢墻整體式、鋼質(zhì)、四舵非自航浮船塢，是中船集團(tuán)公司某船廠(chǎng)委托我院進(jìn)行設(shè)計(jì)，其用途是將船廠(chǎng)建造好的船舶從珠江上游轉(zhuǎn)運(yùn)至珠江下游，自持力約7天。主要參數(shù)：塢長(zhǎng)65 m，塢寬17 m，內(nèi)塢墻寬（上）13.40 m、（下）11.80 m，塢墻寬1.8 m，塢深9.71 m，作業(yè)吃水2.05 m，最大沉深吃水8.61 m。本文主要介紹該浮船塢輪機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計(jì)：壓載系統(tǒng)設(shè)計(jì)、掃艙系統(tǒng)設(shè)計(jì)、“空氣墊”設(shè)計(jì)和海水閥箱設(shè)計(jì)。

2 壓載系統(tǒng)設(shè)計(jì)

壓載系統(tǒng)的性能直接決定了浮船塢的可靠性和整體性能，是浮船塢設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。船舶進(jìn)出浮船塢，主要靠壓載系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其原理是：弦外水靠重力自動(dòng)進(jìn)入壓載水艙，浮船塢下沉，當(dāng)塢內(nèi)水深滿(mǎn)足進(jìn)塢船舶吃水要求時(shí)，停止進(jìn)水，用設(shè)在塢墻頂上的絞車(chē)將待修船、轉(zhuǎn)運(yùn)船牽引進(jìn)船塢；船塢上浮采用動(dòng)力排水，即用排水泵將壓載艙內(nèi)的水排至弦外，船塢上浮，達(dá)到作業(yè)吃水時(shí)，停止排水。壓載系統(tǒng)主要包括四大部分：排水泵的選擇；泵艙及壓載管路的布置；壓載管路的閥（簡(jiǎn)稱(chēng)壓載閥）及其遙控；監(jiān)測(cè)報(bào)警遙控系統(tǒng)。

2.1 排水泵的選擇

本船塢共13個(gè)壓載水艙，總的壓載水量Qs約為3350m3，上浮時(shí)間T約為2.5 h，可以算出排水泵的總排量為1675 m3/h?？紤]到壓載艙的數(shù)量、排水泵的總排量以及沉浮時(shí)間要求，本塢設(shè)置4臺(tái)排水泵，每臺(tái)泵的流量為450 m3/h。該泵選用自吸式，因?yàn)楫?dāng)壓載水排出即將結(jié)束時(shí)，由于排水時(shí)的不均勻吸水，使部分壓載水艙比其他壓載水艙較早的將水排光，在管系中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)空氣泡，可能會(huì)出現(xiàn)吸不上水甚至出現(xiàn)排水中斷，因此排水泵應(yīng)為自吸式。

2.2 泵艙及壓載管路布置

本船塢在船的左右舷各設(shè)置一個(gè)干式泵艙，便于工作人員進(jìn)入操作和維護(hù)。壓載管路采用支管式，即從總管引出支管通向每個(gè)壓載艙，每個(gè)壓載艙的吸入/排出閥為電動(dòng)蝶閥，布置在泵艙內(nèi)，方便工作人員操作和維護(hù)。左舷泵艙布置有兩臺(tái)排水泵、兩個(gè)海水閥箱、左舷壓載艙的吸入/排出閥、兩路弦外排出管、壓載總管及各壓載艙支管等，右舷泵艙對(duì)稱(chēng)布置。每舷壓載總管設(shè)置兩路進(jìn)水管，分別由獨(dú)立的海水閥箱進(jìn)水，兩路排水管，由獨(dú)立的排水泵排出弦外，每路支管連至總管，中間用隔離截止閥隔開(kāi)，左右舷壓載總管之間設(shè)置有連通管，這樣既確保了進(jìn)水的均衡性和每臺(tái)排水泵排水的獨(dú)立性，又保證了當(dāng)某一臺(tái)排水泵或某一海水閥箱或某一路進(jìn)排水管閥件出現(xiàn)故障時(shí)，能由其他排水泵和相應(yīng)管路代替其繼續(xù)工作。壓載水系統(tǒng)管路布置如圖1所示。

2.3 壓載閥及其遙控

壓載閥是浮船塢上浮下沉作業(yè)操作時(shí)的關(guān)鍵部件，主要有兩種：閘閥和蝶閥。七十年代的浮船塢一般采用閘閥， 蝶閥由于體積小、用料少、重量輕、操作方便、口徑越大相對(duì)其他閥越經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等特點(diǎn)，九十年至今的浮船塢大多采用蝶閥。

閥門(mén)遙控主要有3種型式：全液式、電液式和電動(dòng)式。全液式，即從動(dòng)力泵站到中央控制臺(tái)的控制閥，再由控制閥的液壓油管連到閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以達(dá)到控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)作用，其特點(diǎn)是中間無(wú)轉(zhuǎn)換過(guò)程，動(dòng)作過(guò)程單一，控制臺(tái)較大，管路多，維修困難，適用于濕式布置，價(jià)格昂貴，一般用于中大型浮船塢上；電液式，即從動(dòng)力泵站經(jīng)過(guò)電磁閥箱，轉(zhuǎn)換成由三位四通或兩位四通等電磁閥去控制閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以達(dá)到控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)作用，其特點(diǎn)是電液轉(zhuǎn)換，增加了一道控制環(huán)節(jié)，控制臺(tái)較小，電磁閥箱放在泵艙內(nèi)，檢修較為容易，布置靈活，適應(yīng)于干式/濕式布置，價(jià)格昂貴，一般用于中大型浮船塢上；電動(dòng)式，即靠閥頭上的小型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)閥桿和蝶板旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到控制流量和開(kāi)閉的目的。其特點(diǎn)是中間無(wú)轉(zhuǎn)換過(guò)程，動(dòng)作過(guò)程單一，控制臺(tái)較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，適用于干式布置，造價(jià)低，一般用于中小型浮船塢上。

本塢壓載閥共21個(gè)，考慮到浮船塢大小、經(jīng)濟(jì)性、安裝要求等，最終選用了電動(dòng)蝶閥，可在頂甲板控制室遙控，也可在機(jī)旁手動(dòng)控制。在實(shí)際使用中，易于安裝、重量輕、控制效果好。

2.4 壓載艙液位監(jiān)測(cè)遙控系統(tǒng)

壓載艙液位監(jiān)測(cè)遙控系統(tǒng)是浮船塢上浮下沉作業(yè)操作時(shí)的主要參數(shù)和遙控系統(tǒng)。壓載艙液位監(jiān)測(cè)遙控系統(tǒng)主要對(duì)浮船塢沉浮工作期間的各壓載艙液位、四角吃水及自身的撓度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和報(bào)警，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即通過(guò)遙控調(diào)節(jié)各壓載閥的開(kāi)度或開(kāi)閉來(lái)調(diào)整各壓載水艙的進(jìn)排水流量，以使浮船塢沉浮平穩(wěn)，受力均勻，安全可靠，達(dá)最佳工作狀態(tài)。

浮船塢的壓載艙液位測(cè)量通常有兩種方式：氣電轉(zhuǎn)換式（吹氣式）和壓電轉(zhuǎn)換式。氣電轉(zhuǎn)換式液位測(cè)量系統(tǒng)，需配置專(zhuān)用空氣壓縮機(jī)，敷設(shè)空氣管，安裝時(shí)工作量大，船廠(chǎng)安裝工藝和安裝質(zhì)量對(duì)其測(cè)量精度影響比較大，不過(guò)價(jià)格便宜；壓電式液位測(cè)量系統(tǒng)，整個(gè)裝置簡(jiǎn)單，易于施工，測(cè)量速度快，但裝置的可靠性相對(duì)較差，易受水中泥沙的堵塞，價(jià)格較高。經(jīng)船廠(chǎng)工藝調(diào)研、經(jīng)濟(jì)性分析及征求船東意見(jiàn)，最后選擇采用氣電式（吹氣式）液位測(cè)量系統(tǒng)，用于各壓載艙的液位和四角吃水測(cè)量。塢墻的撓度測(cè)量采用壓電式測(cè)量系統(tǒng)，在左右舷塢墻內(nèi)各設(shè)置3個(gè)撓度測(cè)量組件（每舷的撓度測(cè)量組件用一根聯(lián)通管連通，每個(gè)組件底部設(shè)置一個(gè)低量程、高精度的壓力式傳感器）。當(dāng)浮船塢產(chǎn)生繞曲時(shí)，測(cè)量組件就會(huì)隨內(nèi)壁的繞曲而移動(dòng)，壓力式傳感器將感受到不同的水位高度，由計(jì)算機(jī)采集、計(jì)算、處理后，顯示出塢墻撓度變形圖形。

壓載艙液位監(jiān)測(cè)遙控系統(tǒng)主要通過(guò)設(shè)置于控制室的中央控制臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，中央控制臺(tái)上設(shè)置有吃水撓度顯示板、排水泵進(jìn)出口壓力表、壓載艙液位顯示表、裝載計(jì)算機(jī)、電動(dòng)蝶閥的開(kāi)閉指示、開(kāi)度指示、閥門(mén)遙控及常規(guī)報(bào)警等，可對(duì)全船塢實(shí)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警遙控等。

另外，本塢還設(shè)置有測(cè)深管，當(dāng)出現(xiàn)不良的縱傾或橫傾的情況，或需要校核自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，或在自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)失效的情況下，可采用測(cè)深管進(jìn)行測(cè)量。

3 掃艙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

浮船塢本身需定期進(jìn)行維修保養(yǎng)，各壓載水艙需排空并清理， 因而在浮船塢上一般應(yīng)設(shè)置掃艙系統(tǒng)，主要有固定式掃艙系統(tǒng)和移動(dòng)式掃艙系統(tǒng)兩種。固定式掃艙系統(tǒng)，需設(shè)置獨(dú)立的掃艙泵、掃艙管路、掃艙吸口，管路復(fù)雜，動(dòng)力系統(tǒng)成本較高，管路維護(hù)保養(yǎng)不太方便，適用于泵艙空間較大的中大型浮船塢；移動(dòng)式掃艙系統(tǒng)，采用獨(dú)立的可移動(dòng)式潛水泵，平時(shí)放在儲(chǔ)藏室，當(dāng)需排除艙內(nèi)剩水時(shí)，將其放入艙內(nèi)進(jìn)行排水，無(wú)需設(shè)置固定管路，投資成本小，適用于泵艙空間有限的中小型浮船塢。考慮到本浮船塢的泵艙空間、壓載艙數(shù)量、排水量及經(jīng)濟(jì)性，本塢采用移動(dòng)式掃艙系統(tǒng)，解決了固定式掃艙系統(tǒng)管路復(fù)雜，維修保養(yǎng)困難等問(wèn)題，有效節(jié)省了泵艙空間。

4 “空氣墊”的設(shè)計(jì)

浮船塢下沉，采用重力進(jìn)水，存在一定的操作難度，為了確保浮船塢下沉不超過(guò)最大沉深，本船塢采用了“空氣墊”的設(shè)計(jì)。即：各壓載水艙的透氣管延伸至頂板以下一段距離，在浮塢下沉過(guò)程中各壓載艙頂就會(huì)形成一定空間的氣墊，當(dāng)氣墊達(dá)到一定壓力后，浮船塢就不能進(jìn)水繼續(xù)下沉了，確保了浮船塢下沉的安全性。

5 海水閥箱的設(shè)計(jì)

本船塢設(shè)置了四個(gè)進(jìn)水專(zhuān)用海水閥箱和兩個(gè)塢用海水閥箱。四個(gè)進(jìn)水專(zhuān)用海水閥箱主要用于各壓載艙的進(jìn)水，通過(guò)調(diào)節(jié)各壓載閥開(kāi)度和開(kāi)閉來(lái)調(diào)整各壓載艙的進(jìn)水流量。兩個(gè)塢用海水閥箱主要用于船塢上發(fā)電機(jī)組海水冷卻、消防、衛(wèi)生間沖洗、甲板沖洗等。船塢進(jìn)水下沉系統(tǒng)和塢上用水系統(tǒng)從不同的海水閥箱取水，互不干擾，一方面確保了浮船塢均勻進(jìn)水平穩(wěn)下沉，另一方面確保了發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行和塢上其他用水處所的正常用水。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著航運(yùn)業(yè)的快速發(fā)展，建造的船舶越來(lái)越多，浮船塢在修造船舶和運(yùn)輸船舶或海洋工程建筑物中的應(yīng)用已越來(lái)越廣泛，其作用已越來(lái)越突顯。本浮船塢經(jīng)投產(chǎn)使用一年多以來(lái)，各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求，監(jiān)測(cè)遙控系統(tǒng)反映參數(shù)及時(shí)，船塢下沉上浮抬船平穩(wěn)，轉(zhuǎn)運(yùn)船舶安全可靠，給船東帶來(lái)了較滿(mǎn)意的經(jīng)濟(jì)效益。

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