一種新型岸電電纜纏繞收放系統(tǒng)

陳仲盛 雷 鵬

中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司

1 引言

岸電設(shè)施是指船舶在碼頭停靠期間，由岸上供電系統(tǒng)向船舶提供電力，用以替代船舶燃油發(fā)電的設(shè)施[1-2]。隨著國內(nèi)航運的快速發(fā)展，船舶排放溫室氣體量日益增多，岸電設(shè)施作為船舶油改電的重要手段，能夠降低船舶污染物的排放量，因此得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用[3]。

近年來，國內(nèi)外對于岸電設(shè)施的研究與應(yīng)用較多，但主要以海港為主，這是因為海港用電需求大，建設(shè)難度小，能夠取得較好的經(jīng)濟效益；對于水位變化幅度較大的內(nèi)河區(qū)域，面臨建設(shè)成本高、難度大等問題[4]，如何方便地收放供電電纜，一直沒有較好的解決辦法。

目前，內(nèi)河碼頭的岸電多采用人力拖纜上岸的方式，這種方式效率低、安全隱患大。徐元潮等設(shè)計的多級伸縮裝置的輸纜設(shè)備，能夠向上提升10 m，但不適合水位變化較大的內(nèi)河區(qū)域[5]。

2 工程概述

本工程處于三峽庫區(qū)長江右岸的舊州河河口附近，每個錨泊點由2座系靠船墩組成，可供船舶單艘或者多艘并列停靠。為解決船舶?？繒r的供電，擬設(shè)置配套的岸電設(shè)施，根據(jù)《碼頭船舶岸電設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)范》(JTS155-2012)要求以及現(xiàn)場調(diào)研，船舶受電采用400 V/50 Hz等級，功率按照400 kW設(shè)計。受三峽庫區(qū)調(diào)度，錨泊點所在區(qū)域水位變化曲線見圖1。

圖1 三峽庫區(qū)水位變化示意圖

錨地區(qū)域水位每年6月初到9月底維持在145 m，10月初水庫開始蓄水，11月初水位升至175 m，并維持至翌年12月底，1月初水位開始下降，5月底降落至145 m，最高水位與最低水位落差達30 m。此外，由于錨泊點處于庫區(qū)水域之中，地處偏僻，要求無人值守。

3 岸電系統(tǒng)總體設(shè)計

岸電設(shè)施設(shè)計的難點在于，在無人值守的條件下如何適應(yīng)水位的變化，如何準確收放電纜。針對上述要求，結(jié)合系靠船墩結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一套浮箱岸電設(shè)施，具體布置見圖2。

圖2 岸電系統(tǒng)平面布置圖

電纜轉(zhuǎn)接箱從陸域變電站接電，輸出至電纜卷筒，電纜卷筒輸出給岸電箱，岸電箱置于浮箱上，浮箱置于導(dǎo)向架內(nèi)，導(dǎo)向架固定于系靠船墩上(見圖3)。浮箱可隨水位沿導(dǎo)向架上下浮動，通過一套鋼絲繩纏繞系統(tǒng)實現(xiàn)電纜的自動收放。

圖3 岸電系統(tǒng)立面視圖

4 鋼絲繩纏繞系統(tǒng)

鋼絲繩纏繞系統(tǒng)主要由滑輪、鋼絲繩、聯(lián)軸板等組成，其原理圖見圖4。

圖4 鋼絲繩纏繞系統(tǒng)原理圖

鋼絲繩分為A、B、C、D、E 5段，兩端分別固定，經(jīng)繞定滑輪滑輪1、2，以及動滑輪3、4形成滑輪組，動滑輪3和4通過聯(lián)軸板5相連，固定于浮箱一側(cè)；定滑輪1的轉(zhuǎn)軸與傳動裝置6的輸入軸相連，傳動裝置6的輸出軸與電纜卷筒軸相連，而電纜卷筒上電纜的輸出端與岸電箱相連。其中傳動裝置6實際為一變速器，具有一定的傳動比，使得浮箱上下的位移與同時間段內(nèi)的電纜收放量保持一致。

本系統(tǒng)的原理為：當水面上升時，浮箱隨水位沿導(dǎo)向架垂直上升，帶動聯(lián)軸板5向上運動，聯(lián)軸板5驅(qū)使動滑輪4向上運動，整個裝置開始運行，動作順序依次為：浮箱上升→聯(lián)軸板5上行→動滑輪4順時針運行→定滑輪2逆時針運行→定滑輪1逆時針運行→傳動裝置6同向運行→電纜轉(zhuǎn)筒逆時針轉(zhuǎn)動→電纜被卷起收回，從而適應(yīng)水位的上升，與此同時動滑輪3順時針運行。

反之，當水位下降時，浮箱隨水位沿導(dǎo)向架垂直下降，帶動聯(lián)軸板5向下運動，聯(lián)軸板5驅(qū)使動滑輪3向下運動，整個裝置開始運行，動作順序依次為：浮箱下降→聯(lián)軸板5下行→動滑輪3逆時針運行→定滑輪1順時針運行→傳動裝置6同向運行→電纜轉(zhuǎn)筒順時針轉(zhuǎn)動→電纜被釋放，從而適應(yīng)水位的下降，與此同時定滑輪2順時針運行→動滑輪4逆時針運行。

鋼絲繩纏繞系統(tǒng)的直接動力源自于浮箱所受的浮力，且理論上浮箱只能上下作直線運動，故方案中設(shè)置有專門的導(dǎo)向架，并配合導(dǎo)軌，用以保證浮箱規(guī)則運動。

至此，完成了鋼絲繩纏繞系統(tǒng)的在岸電收放電纜的邏輯設(shè)計，設(shè)計中電纜的收放裝置為機械式，通過鋼絲繩纏繞系統(tǒng)的作用即可完成輸電電纜的收放。該系統(tǒng)能夠自適應(yīng)于不同的水位，且無需人員值守。

5 結(jié)語

通過對三峽庫區(qū)錨泊點系靠船墩結(jié)構(gòu)和水位的分析，設(shè)計了一種浮箱岸電設(shè)施，該設(shè)施中采用特定的鋼絲纏繞系統(tǒng)，利用浮箱浮力驅(qū)動其運轉(zhuǎn)，進而帶動電纜卷筒工作，從而實現(xiàn)了在不同水位下電纜的準確收放。本系統(tǒng)工作時無需人員值守，綠色安全，為工程的詳細設(shè)計從理論上提供了一種新的可行方案。