一种挖泥船最小能耗工作点计算选取方法

[目的]为了解决挖泥船短排距工况下高能耗的问题,提出一种最小能耗工作点的计算选取方法。[方法]基于前期研究建立的泥泵排压、管道阻力、关键流速和泥泵汽蚀等相关模型,以单方能耗最小为目标,采用施工人员最为熟知并方便控制的泥泵转速为优化变量,运用输送系统最佳流速搜索和多泥泵转速优化相结合的双重优化方法,实现挖泥船多个泵串联最小能耗工作点的计算选取,并以配置有3台不同型号离心泵的“新海狼”号挖泥船在特定工况条件下施工为案例进行算法验证。[结果]结果显示,经所提算法模型优化后的工作点单方能耗比最大产量工作点的单方能耗降低了11.8%。[结论]研究成果的应用能有效弥补已有以施工能力(最大产量)为目标的优化施工方法,为疏浚工程的节能减排工作提供参考。

天鲲号绞吸挖泥船挖岩作业配套船舶技术研究

随着全球经济增长和疏浚业的扩大,大型绞吸挖泥船已成为这一领域的关键装备。文章专注于提升超大型绞吸挖泥船“天鲲号”的效能。通过分析该船在挖岩工程中的挑战,引入了“挖-运分离”的高效物流策略。为实现这一目标,建议开发一艘专门与天鲲号配套使用的开体式耙吸挖泥船。文章详细讨论了开体式耙吸挖泥船在主尺度和舱容、快速靠泊、泥舱结构和强度、疏浚系统和船舶布局等方面与天鲲号的匹配问题。提出了一个新颖的开体式耙吸挖泥船方案,能够完全满足配合天鲲号挖岩装驳和运输的需求,实现“挖-运分离”物流策略;能够开展后期扫浅挖泥作业,减少天鲲号的占用期,从而显著提升整体经济效益。

大型耙吸挖泥船结构设计要点

为实现大型耙吸挖泥船结构设计安全、合理、可靠,以某大型耙吸挖泥船为例,分析大型耙吸挖泥船结构设计特点,从结构设计、强度评估、疲劳评估和振动评估等角度论证其设计要点,通过对泥舱结构设计分析,给出泥舱设计的关键节点,对关键节点进行强度分析和疲劳分析,结果表明,该船局部关键区域应力水平较高,低周疲劳在关键区域的疲劳中占据主要地位,建立三维有限元模型计算挖泥船固有频率,对比该大型耙吸挖泥船激励频率与固有频率,结果表明,船体总振动固有频率通常可以避开激励频率,生活楼固有频率与激励频率较为接近。

超大型自航绞吸挖泥船清洁燃料应用

为满足更加严格的排放标准,开发使用清洁能源的超大型绞吸挖泥船,不仅可满足绿色港口、航道建设需要,还可以填补国内绞吸挖泥船使用清洁能源的空白,同时也可进一步降低船舶营运成本,提高船舶的营运效益。文章介绍了船舶应用清洁燃料的现状及趋势,以超大型绞吸挖泥船作为大型绞吸挖泥船舶,有针对性地分析了LNG双燃料和甲醇双燃料超大型绞吸挖泥船动力系统配置、动力系统布置、动力系统初始投资、运营维护成本等。提出了未来超大型自航绞吸挖泥船应用清洁燃料的要点,为船舶设计提供理论和技术参考。

耙吸式挖泥船全作业周期能耗分析

基于珠三角航道疏浚项目中某耙吸式挖泥船的日志数据,从全作业周期的角度分析挖泥船主要能耗的分布特征和变化规律,通过Spearman相关性分析给出船舶航行阶段各能耗影响因子的权重。研究结果显示,航速对船舶能耗的影响最大(权重最高达80%),其次为船舶吃水,水流对船舶能耗的影响最小(权重占比为6%~18%),故节能研究应重点围绕降低船舶航速对能耗的影响。该研究可供后续耙吸式挖泥船节能研究参考。

基于牛顿迭代法的抓斗挖泥船智能精挖控制方法

目前抓斗挖泥船在施工作业时大多依赖人工经验控制抓斗的闭合,在闭合过程中斗齿运动轨迹在竖直平面内的投影是一条曲线,进而导致抓斗控制精度低且作业区域高低不平。文章基于牛顿迭代法求解抓斗平挖运动控制方程,设计自动化程序控制抓斗升降绞车与开闭绞车转动速度,使斗齿运动轨迹在竖直平面内的投影为一条直线,其挖掘后形成的作业区域为平面。通过实例仿真试验证明,该方法有效提高了抓斗挖掘精度,节省疏浚工程作业量。研究结果可提升抓斗船作业能力,具有重要的工程应用价值。

大型绞吸挖泥船桥架技术发展现状及趋势

绞吸挖泥船是实施水库清淤、航道疏浚、吹填成陆、港口建设等工程建设的特种工程船,安装有绞刀头、水下泵、泥管、横移滑轮等一系列设备的桥架是施工设备系统中的设计重点与难点,它对整个绞吸挖泥船的主尺度以及整体布局有着重要的影响,是绞吸挖泥船设计的重要环节。从桥架设计要求、桥架结构形式、桥架布置位置、绞刀驱动方式等方面进行分析和比较,提出了未来大型自航绞吸挖泥船桥架发展趋势和设计特点,为绞吸挖泥船桥架设计提供理论和技术参考。

绞吸船疏浚中粗砂时泥泵叶轮更换策略分析

大型绞吸船中粗砂输送泥泵叶轮磨损严重,导致泥泵性能下降、油耗增加,针对目前通过泥泵运行过程振动情况来判定叶轮更换时机的现状,分析泥泵不同磨损阶段工效变化特性,对比不同累计输送方量下泥泵更换的成本投入、产能提升和整体经济效益,为泥泵叶轮更换策略优化提供指导。结果表明,1000万m^(3)的工程在200万m^(3)时更换叶轮对比300万m^(3)时更换叶轮,其预计可节省80.1 t燃油;累计输送方量250万m^(3)时,建议达到300万m^(3)或报废后更换,该泥泵叶轮更换策略能显著降低施工成本、实现节能减排。

挖泥船施工作业三维可视化系统优化设计与应用

随着疏浚工程和疏浚业务的不断发展,对于疏浚施工过程监视效果要求也越来越高。针对现有挖泥船疏浚过程中三维可视化监视存在显示效果差、精度不高等问题,基于Unity3D引擎,设计并开发一套具有普适性的挖泥船施工作业三维可视化系统,实现挖泥船关键疏浚机具动作驱动、水下地形生成及渲染、地形实时重构的三维可视化显示。通过实船应用验证,该系统可以有效提高施工效率和质量,提升施工精度,减少漏挖、超挖现象的发生,具有重要的工程应用价值。

双耳轴绞吸挖泥船桥架切换配套装置改型设计

针对国内首艘双耳轴绞吸挖泥船“天鲲号”无法在施工现场独立完成上下耳轴切换整套工序的问题,对影响现场切换的上下吸口管路及维修平台2个关键部件进行改型设计,旨在提升桥架位置切换整套工序速度及便捷性。文章在原船结构基础上提出的改型设计方案,利用桥架转动带动专用斜形短管,实现水线以下管路联通,利用液压缸驱动维修平台整体升降,实现维修平台与桥架位置匹配,并采用室内模型试验及有限元模拟等手段分析验证改型设计的有效性及可靠性。结果表明,改型管路装置可有效对中及密封,改型维修平台结构形式合理,强度及刚度满足使用要求,不仅为“天鲲号”等现有双耳轴绞吸挖泥船的改进提供了有效方案,也可为未来新船设计提供参考。

抓斗挖泥船全自动精挖控制系统设计及应用

针对人工手动控制的抓斗挖泥船传统疏浚系统所存在的系统控制精度低、挖掘平整度差等问题,依托某抓斗挖泥船控制改造项目,对抓斗挖泥船作业特征和液压系统的驱动特性进行分析,提出基于模型预测控制的定深控制算法和基于模糊控制的精挖控制算法,设计了基于西门子PLC定深精挖控制系统,最终实现“一键精挖”的全自动作业。实船应用表明,定深精挖控制系统全自动作业流程稳定、可靠,控制精度高、挖掘面平整,符合施工作业要求,提高了抓斗挖泥船作业的施工效率。

挖泥船输泥管路液固两相流扫描成像实时监测装置研究

挖泥船输泥管路是疏浚吹填施工的重要装置,堵管是管道输送过程中经常遇到的一个问题。电阻层析成像(ERT)技术是一种常见的实时检测技术,被广泛应用于多相流检测,具有非侵入性、可视化等优点。基于ERT技术开发的输泥管路液固两相流扫描成像实时监测装置,能够实时检测输泥管路内泥浆流形,并通过造影获得整个管道断面的泥浆浓度信息,为预防和解决堵管问题提供重要数据。

耙吸挖泥船耙臂水下安全控制技术研究与应用

耙吸挖泥船耙臂在施工过程中受浪流和泥面凹凸不平影响,在水平和垂直2个方向均会发生偏移,而操耙手无法直接观察到耙臂在水下的状态,需通过安装在耙臂上的水平和垂直传感器实时感知耙臂姿态,依靠人工调节耙臂绞车,实现耙臂水下安全施工作业,调节过程完全依靠人工经验进行操作,调节效果因人而异。针对人工操作的弊端,研究提出了耙臂水下施工安全控制技术,实现耙臂水下施工过程自动无人化控制,技术成果在4艘3000 m3等级耙吸挖泥船实船应用,应用效果显著,可适应多种施工工况,实现大面积推广应用。

自航耙吸式挖泥船中双速比齿轮箱的应用

为探索双速比齿轮箱比单速比齿轮箱的性能优势及工程应用效果,对双速比齿轮箱特征和功率展开分析,并分沿海作业和内河航道作业两种工况展开耙吸挖泥船双速比齿轮箱应用效果的对比分析;最后在理论研究的基础上展开实船应用,对理论分析结果得到较好验证,也为双速比齿轮箱在航道疏浚耙吸挖泥船机中的推广应用提供了经验。

自航耙吸挖泥船设备维护管理的最优化策略探讨

近年来,我国疏浚企业通过体制革新,逐步融入交通运输业,并在技术上实现了大型疏浚设备的自主设计与建造,推动了国内疏浚行业的发展。随着造船技术的进步,国内已能生产大型绞吸式和耙吸式挖泥船,部分产品更成功出口,与国际市场上的欧洲设备展开竞争。由于工程船不同于货船,结构复杂且包含众多特种设备,建造过程面临高难度和长周期的挑战。因此,优化特种设备工艺成为关键。本文以国内最大在建自航耙吸式挖泥船为例(泥舱容量26800立方米,简称“本船”),深入探讨其设备维护管理的优化策略,旨在为相关领域提供实用参考。

“天鲸”号大型自航绞吸式挖泥船

论文介绍了国内的第一艘自航绞吸式挖泥船"天鲸"号的主要要素、总布置概况、型线、柔性钢桩台车系统、输泥系统和推进装置,定性地探讨了它的艏部型线设计和灵活的输泥系统配置,对它的挖掘岩石能力作了计算.文中提出了法规对驾驶台翼桥宽度的要求,可供有关部门参考和探讨.

大型绞吸式挖泥船台车系统的设计研究

介绍了大型绞吸式挖泥船的台车定位装置的系统原理及组成,并对台车设计中一些关键数据的选择进行了仿真研究,对台车的结构强度进行了有限元分析计算.

大型绞吸挖泥船挖岩绞刀切削力计算分析

考虑岩石疏浚和煤炭切削的共同特点,并结合绞刀切削的实际情况,借鉴煤炭切削中截齿的受力理论,提出绞刀水下切削岩石的数学模型,并对相关参数的选取进行了探讨.在此基础上,通过编程对4 200kW大型绞吸挖泥船的绞刀受力和功率进行了计算,并对不同横移速度和岩石单轴抗压强度下绞刀受力和功率变化的趋势进行了分析.

基于二维切削理论的绞刀刀臂载荷分析

为了计算绞吸式挖泥船绞刀刀臂在不同工作状态下所受到的载荷作用,引入二维切削理论,对绞刀刀臂所受到的载荷进行分析和研究.根据各参数之间的关系,用MATLAB软件来实现载荷的计算,并用ANSYS对切削过程进行分析,证明计算受力时引入二维切削理论是可行的.

挖泥船管道输泥的加气助送阻力特性试验研究

由于疏浚船舶排泥管中的泥浆在管道输送中阻力大,常常引起管道磨损、堵塞和输送功耗大等技术问题,限制了疏浚船舶作用的发挥。加气助送输泥方式是解决该问题的一种方法,能够有效地减小泥浆的管道阻力。通过试验研究了泥浆浓度、管道流量和加气压力等因素的改变对泥浆的管道阻力的影响关系,从试验数据得到在高浓度和大流量的泥浆中加入压力较低的压缩气体具有明显的减阻效果的结论。