35 m 多功能水上全自動(dòng)清漂船設(shè)計(jì)

周 群，李岳洋，管義鋒，2

(1.江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司，江蘇鎮(zhèn)江212003;2.江蘇科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212003)

0 引言

隨著全球環(huán)境生態(tài)保護(hù)意識(shí)的日益增強(qiáng)，河流湖泊及水利樞紐漂浮物綜合治理問(wèn)題成為亟待需要解決的問(wèn)題。雖然政府已投入大量的人力和物力，然而由于水葫蘆、藍(lán)藻繁殖迅速，毛竹、樹(shù)枝、樹(shù)木及各類(lèi)水面漂浮物易集聚岸邊等特點(diǎn)，用傳統(tǒng)的人工打撈和現(xiàn)有的打撈船已無(wú)法改善和治理水污染現(xiàn)狀。通過(guò)調(diào)研和論證，提出漂浮物收集裝置的概念，研究開(kāi)發(fā)一種新型的35 m多功能水上自動(dòng)清漂船。

1 船型和主要量度

1.1 船型

35 m多功能水上全自動(dòng)清漂船主要用來(lái)收集打撈毛竹、樹(shù)枝、樹(shù)木及各類(lèi)水面漂浮垃圾，同時(shí)能將收集的垃圾自動(dòng)卸載到指定的裝載船、岸上碼頭、垃圾運(yùn)輸車(chē)等設(shè)備上，且連續(xù)性好。

本船為單體雙頭船型，斜尖艏和平艉。船片體結(jié)構(gòu)為單甲板、單底、橫骨架式;全部為鋼質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)。收集和存儲(chǔ)艙裝設(shè)于船體主甲板上，駕駛室安裝在收集艙上。存儲(chǔ)艙兩側(cè)駕駛室下方分別設(shè)置廚房和廁浴室。

1.2 主要量度

總長(zhǎng) 35.0 m

型寬 7.0 m

型深1.8 m

空載吃水 0.7 m

滿(mǎn)載吃水 0.95 m

空載排水量 123.48 t

滿(mǎn)載排水量 163.6 t

主推發(fā)動(dòng)機(jī)功率 145 kW×2

發(fā)電機(jī)功率 24 kW

清漂裝載量 40 t(70 m3)

輕載自由航速 22 km/h

續(xù)航力 48 h

乘員 15人

全船肋距 0.5 m

液壓泵站發(fā)動(dòng)機(jī)功率 75 kW

航區(qū) B級(jí)航區(qū)J2航段

2 總體布置

35 m多功能水上全自動(dòng)清漂船總布置圖如圖1所示。下面主要介紹艙室劃分及艙面布置情況。

2.1 艙室劃分

艉至Fr6:全封閉艉空艙。

Fr6至Fr22:主機(jī)艙，主要布置推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)、齒輪箱、推進(jìn)軸系、前端輸出系統(tǒng)。

Fr22至Fr38:輔機(jī)艙，主要設(shè)置隔離液壓油柜、生活污水柜、污油水柜和排岸接頭，并設(shè)置1臺(tái)發(fā)電機(jī)組和1臺(tái)柴油機(jī)供液壓系統(tǒng)動(dòng)力。

Fr38至Fr50:空艙，同時(shí)可兼做固定壓載艙和儲(chǔ)藏室。

Fr50至艏:全封閉艏空艙。

2.2 艙面布置

舯部:存儲(chǔ)艙，主要用于堆裝收集上來(lái)的的垃圾并通過(guò)輸送帶移送。存儲(chǔ)艙中部上方設(shè)置踏步平臺(tái)及前方駕駛室，全船操控在駕駛室內(nèi)完成。存儲(chǔ)艙兩側(cè)在駕駛室下方右側(cè)設(shè)置盥洗室，左側(cè)為空房間供出入主機(jī)艙。

艏部:收集艙。艙前口有收集臂和切割裝置。全艙可由液壓機(jī)構(gòu)控制調(diào)節(jié)入水深度，通過(guò)船的推進(jìn)和帶鉤輸送帶收集上傳水面漂浮垃圾及毛竹樹(shù)干等，并安裝防撞保護(hù)裝置。船首右側(cè)安裝機(jī)械抓手，具有打撈大型復(fù)雜的垃圾和輔助生活垃圾的接收功能。

收集艙和存儲(chǔ)艙均采用高強(qiáng)度尼龍或不銹鋼排鏈?zhǔn)捷斔脱b置，全部由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。

圖1 35 m多功能水上全自動(dòng)清漂船總布置圖

3 性能及主要設(shè)備

3.1 穩(wěn)性

本船穩(wěn)性按照中國(guó)海事局《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》(2011)及修改通報(bào)對(duì)B/J2級(jí)航區(qū)船的要求核算各種裝載情況。經(jīng)計(jì)算，各工況狀態(tài)均滿(mǎn)足要求。

3.2 干舷

本船干舷按照中國(guó)海事局《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》(2011)修改通報(bào)對(duì)B/J2級(jí)航區(qū)非敞口船的要求校核。經(jīng)校核，本船干舷為1 200 mm，滿(mǎn)足要求。

3.3 舾裝

鑒于本船通常不作水下拋錨工作，故不配錨。系船索為Φ24 mm長(zhǎng)80 m丙綸系船索(最小破斷力≥81 kN)，共3根。

3.4 推進(jìn)和操縱設(shè)備

本船配置2只MAU4葉螺旋槳，槳徑為1.20 m，螺距為1.00 m，推進(jìn)效率為0.55，雙槳系柱推力為48 kN;2只1.076 m2平板舵，由2×5 kN·m液壓舵機(jī)驅(qū)動(dòng)。

4 船體結(jié)構(gòu)和材料

本船為鋼質(zhì)焊接雙體船，片體為單底、單甲板、橫骨架式鋼質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)，兩片體間以箱型連接橋連接。本船連續(xù)主甲板下設(shè)4道水密橫艙壁，分隔出5個(gè)水密艙，自后向前依次為艉空艙、主機(jī)艙、輔機(jī)艙、空艙和艏空艙。

船體結(jié)構(gòu)按CCS《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》(2009)及修改通報(bào)(2012)對(duì)B/J2級(jí)航區(qū)船舶的要求設(shè)計(jì)。全船肋距0.5 m，梁拱0.1 m。船體鋼板選用CCS-B級(jí)船用鋼板，型鋼及輔料采用Q235鋼。

5 輪機(jī)設(shè)計(jì)

本船機(jī)艙布置在艉部Fr5至Fr21，全長(zhǎng)8.0 m。推進(jìn)機(jī)組采用2臺(tái)WP6C198-23增壓柴油機(jī)與船用齒輪箱HC138組成雙機(jī)雙槳推進(jìn)系統(tǒng)，主機(jī)額定功率為145 kW，額定轉(zhuǎn)速為2 300 r/min。齒輪箱減速比為5.56。連接傳動(dòng)軸設(shè)一中間軸，以利裝拆，艉管軸承采用銅背軸承。江水箱設(shè)在Fr20至Fr22之間，左右舷各1只，靠近江水箱的江水總管上設(shè)濾器和進(jìn)水閥門(mén)。

機(jī)艙內(nèi)設(shè)水泵2臺(tái)，1臺(tái)為臥式自吸式艙底泵，另1臺(tái)為臥式自吸式消防泵;燃油柜2只，日用燃油柜2只，艉管滑油箱2只;設(shè)油污水處理裝置1臺(tái)，滿(mǎn)足IMO MEPC107(49)決議，達(dá)標(biāo)清水排至舷外，污油排至污油箱;設(shè)生活污水粉碎消毒儲(chǔ)存柜1臺(tái)，滿(mǎn)足IMO MEPC159(55)決議;設(shè)液壓舵機(jī)泵2臺(tái)，電動(dòng)空氣壓縮機(jī)組1臺(tái)。

從安全經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，對(duì)管路材料、管路附件、管系通徑計(jì)算等進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，以求科學(xué)合理。管路布置則考慮到系統(tǒng)操作、可靠性以及船舶建造規(guī)范等。海水總管、艙底水管、消防水管和油管均采用無(wú)縫鋼管，其中油管采用酸洗處理并串油，海、淡水管采用熱鍍鋅處理。所有閥門(mén)的閥體采用鑄鋼材料，閥門(mén)的法桿及閥盤(pán)采用鑄鋼或者銅材質(zhì)。

6 電氣設(shè)計(jì)

6.1 電制

本船配電采用交流400 V、50 Hz，三相三線(xiàn)絕緣系統(tǒng);生活用電、正常照明采用三相交流AC220 V、50 Hz，雙線(xiàn)絕緣系統(tǒng);低壓及應(yīng)急照明系統(tǒng)采用DC24V、雙線(xiàn)絕緣系統(tǒng)。

6.2 電源設(shè)備

本船設(shè)有1臺(tái)24 kW柴油發(fā)電機(jī)和1臺(tái)20 kW軸帶發(fā)電機(jī)作為全船主電源;蓄電池共4只，2只1組，共2組;低壓設(shè)備的供電電源，同時(shí)兼作應(yīng)急照明，防止當(dāng)主電源失電后，保證自動(dòng)供電的可靠性。充放電板設(shè)置在駕駛甲板充放電室，蓄電池組設(shè)置在駕駛甲板蓄電池室。岸電箱1只，停泊時(shí)接岸電用，船電、岸電間設(shè)有可靠的聯(lián)鎖。

6.3 其他電氣設(shè)備

本船設(shè)有無(wú)線(xiàn)電通信設(shè)備、航行設(shè)備、信號(hào)設(shè)備、船內(nèi)通信設(shè)備等系統(tǒng)，其照明系統(tǒng)、通訊、導(dǎo)航等設(shè)備均按照規(guī)范和法規(guī)要求配置。駕駛室設(shè)集中控制臺(tái)，在駕控臺(tái)上設(shè)有主機(jī)和舵機(jī)監(jiān)控儀表及消防泵遙控裝置等。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)35 m多功能水上自動(dòng)清漂船的設(shè)計(jì)和建造，該船設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)有以下幾點(diǎn):

(1)全自動(dòng)水面清漂船主要由船體、駕駛室、動(dòng)力系統(tǒng)、電氣及液壓系統(tǒng)、收集裝置、中前部存儲(chǔ)裝置和專(zhuān)用機(jī)械手組成。

(2)船體為全焊接鋼質(zhì)雙體結(jié)構(gòu)，使用的船板、肋骨、強(qiáng)橫梁、縱梁、隔艙壁等材料均采用CCS-B船用鋼板，甲板使用焊接凸點(diǎn)并涂上防滑油漆。

(3)收集裝置所有操縱均為自動(dòng)化(行進(jìn)、轉(zhuǎn)向、倒退、收集、打撈、濾水、輸送、卸載)都在駕駛室操作臺(tái)上控制，操作簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高，效率高。

(4)前收集艙輸送帶由帶齒鉤高強(qiáng)度尼龍鏈片、不銹鋼鏈軸、不銹鋼連接片組成，每個(gè)齒鉤的平均承重能力達(dá)到1 t，具有垃圾鉤掛能力強(qiáng)、承重力大、結(jié)實(shí)耐用、輸送流暢的特點(diǎn)。

(5)設(shè)計(jì)帶齒鉤的尼龍連接片有利于水葫蘆等大型漂浮垃圾的收集，能及時(shí)勾住漂浮垃圾(水面漂浮物、長(zhǎng)毛竹、樹(shù)枝)，提高了工作效率。

經(jīng)實(shí)船運(yùn)用，多功能水上自動(dòng)清漂船航速快、穩(wěn)性好、操作安全，作業(yè)范圍廣。

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