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。

耙吸挖泥船挖掘多杂物珊瑚胶结砂施工工艺

耙吸船是疏浚工程中应用最广泛的船型之一,适合开挖淤泥、黏土甚至碎石等土质。坦桑尼亚某港口的土质主要是珊瑚胶结砂,其标贯击数达50击,挖掘易成块;且表层存在大量轮胎、渔网及船锚等杂物,堵塞耙头严重。耙吸船在施工过程中需要解决杂物及珊瑚胶结砂成块堵耙的问题,两者堵耙工况完全不同,无法单一处理。通过现场多方面技术参数分析,采取制作专用清杂工具、耙吸船设备改造以及施工工艺改进等措施,达到提升耙吸船施工效率的目的,可为耙吸船疏浚多杂物、易成块土质提供参考。

大型耙吸挖泥船外海取砂装舱施工工艺优化

针对厦门机场二期工程大型耙吸挖泥船外海取砂工效提升的目标,通过分析不同采砂区装舱溢流土质特性和现有取砂工艺问题,总结导致不同采砂区取砂装舱施工效率降低的主要原因,提出针对不同土质特性的外海取砂装舱施工优化工艺,并经实船测试和应用。结果表明,不同土质的取砂装舱工艺存在差异,对于易沉积、溢流损失小的土质条件,提升舱内平整度能够有效增加装舱土方量;对于难沉积、溢流损失大的土质条件,提升挖泥能力是提高取砂装舱效率的重要手段。

耙吸挖泥船艏吹钢圆筒及装驳工艺应用

针对钢圆筒围堰灌砂施工进度慢、外购砂成本大的问题,采用耙吸船分流艏吹充填钢圆筒工艺,实现一天成型4个钢圆筒,施工效率比吹砂船提高5倍,成本仅为吹砂船的14,具有良好的技术价值和经济价值。同时,采用耙吸船进行艏吹装驳施工,保障了袋装砂供应,解决了外购砂源不足及外购成本大的问题。耙吸挖泥船艏吹钢圆筒、装驳工艺在某工程的应用可保障工程进度和节约成本,为耙吸挖泥船艏吹工艺的多功能运用提供借鉴。

泥舱消能箱结构对细颗粒泥沙装舱效果影响研究

耙吸挖泥船泥舱的消能箱结构对装舱溢流损失有着重要的影响。本文首先针对某耙吸挖泥船的施工参数进行了数值计算方法的验证,从装舱曲线来看,数值计算的装舱曲线与施工曲线的变化趋势基本一致,两者的吻合度较好;基于该数值方法对泥舱消能箱正向出流和反向出流两种结构形式下的装舱效果进行了对比研究,计算结果显示,相比正向出流的结构形式,采用反向出流的消能箱结构形式能够提高细颗粒泥沙的装舱效率。

1000m^(3)级耙吸式挖泥船开发设计

为提高耙吸式挖泥船疏浚作业的自动化水平,提升船舶经济性和船员生活舒适度,研发一种动力配置先进、浅吃水的新型1 000 m^(3)级耙吸式挖泥船,并对船舶主尺度、电力驱动、单耙、首机舱等设计要点进行分析。研究成果可为小型耙吸式挖泥船的设计提供一定参考。

耙吸挖泥船消能箱关键参数对装舱效果影响的数值分析

消能箱作为泥舱系统的关键设备,直接参与疏浚装舱过程,其出流特性对船舶装舱效果及生产效率有重要影响。以1.50万m 3耙吸挖泥船的消能箱为研究对象,采用流场数值模拟手段,对消能箱主体尺寸、结构形式等影响出流特性的关键参数进行计算分析。结果表明,在一定范围内,消能箱管径越大,消能效果越好,且出流均匀性得到一定程度改善;等截面积条件下,圆形截面消能箱的装舱效果显著优于方形截面的设计;消能箱中部开口指向舱底的速度分量较大,可通过布置水平挡板进行局部优化。该消能箱设计有助于改善疏浚装舱过程中细粉砂的沉积效果,节省装舱时间,减少溢流损失。

双速比齿轮箱在自航耙吸式挖泥船上的应用

耙吸式挖泥船在作业过程中存在自由航行及挖泥作业两个基本的典型工况,而其螺旋桨通常按照自由航行工况设计,导致在挖泥作业工况下螺旋桨推进效率低下,针对此问题,文章提出将双速比齿轮箱应用于耙吸式挖泥船上的方案,并结合长鲸9轮论证该方案的可行性,同时对其实际作业工况及螺旋桨特性进行详尽分析,确定出不同工况下的螺旋桨转速。实船验证表明:双速比齿轮箱的应用可以使挖泥船螺旋桨在不同工况下获得所需转速,有效降低了主机功率损失,提高了船舶推进效率,为船舶带来良好的环保及经济效益。

耙吸挖泥船虚拟现实培训系统设计与研究

针对耙吸挖泥船培训学习周期长、费用高、风险大等问题,设计了一套基于虚拟现实技术的耙吸挖泥船虚拟现实培训系统。采用分层架构模式,以三维图形引擎为平台,以虚拟现实HTC Vive头盔为显示终端,以触控操作台以及手持控制手柄为交互设备,综合应用虚拟装配、模型轻量化、碰撞检测、人机交互等技术实现耙吸疏浚过程模拟、全船漫游、设备讲解以及关键设备拆装等功能。

18 000 m^(3)耙吸式挖泥船绞车调试速度分析

以18 000 m^(3)耙吸式挖泥船的绞车调试经验为基础,分析影响液压绞车速度的根本因素。对不同导压比的平衡阀对流量的影响进行分析,并得出相关重要结论,而电比例控制阀作为自动化控制的关键元件,对与其相关的关键要素也展开了分析。研究成果可为解决液压绞车或起重机调试问题提供一定参考意义。

耙吸挖泥船艏喷轨迹曲线及流场特性的数值模拟

通过CFD数值模拟方法模拟了耙吸挖泥船艏喷不同工况时的喷射轨迹曲线及流场特性,得到了不同工况下的艏喷喷射距离及流场特征,对比数值结果与施工现场测量结果,显示数值模拟结果与现场试验结果基本相符,数值模拟基本可以预测艏喷的喷射距离和流动特征。在此基础上,对艏喷轨迹线和喷射距离的影响因素进行了分析,结果表明:45°喷角比30°喷角喷射距离要远,但是30°喷角有利于回淤与流失量的控制。因此在不同的施工阶段,可调整喷射角度,达到最佳施工效果。

疏浚耙齿松土机制及土体孔压响应试验

耙吸式挖泥船在疏浚过程中主要采用机械切削方式将海床土体耙松,其土体切削阻力形成机制一直是疏浚技术改进的关键科研问题之一。针对海床土体切削阻力的形成机制,应用自行研制的耙齿切削土体监测装置,对黄骅港粉土进行了耙齿切削试验。试验可直观再现和测试土体被耙齿切削的动态过程及其孔隙水压力演化规律,结果显示,土体在耙齿切削过程中,由于土体在短时间内发生挤压、剪切变形,外部水体难以完成内外流体的交换,致使其土体因剪胀效应而孔隙水压力骤减(甚至成为负压),土体有效应力骤升,使得切削阻力成倍增加。

耙吸挖泥船动力定位系统模型试验研究

为了评估耙吸挖泥船动力定位系统的定位能力,验证所设计的控制器、滤波器和推力分配算法的有效性,设计了耙吸挖泥船动力定位模型试验系统。文章介绍了耙吸挖泥船动力定位模型试验系统的结构、环境载荷模拟、控制系统和试验步骤,在不同的风、浪、流和作业工况下进行了模型试验。分析试验结果表明,所设计的模型试验控制系统具有较好的效果,为实船工程应用奠定了基础。

4500 m^3耙吸挖泥船用高效泥泵的研究与应用

基于CFD和模型试验,研制了离心式高效泥泵,成功应用于4 500 m^3耙吸挖泥船的泥泵改造。应用流体仿真软件,模拟了新设计高效泥泵的三维流场,预测了水力性能;基于相似定律,按照0.694的比例制造了模型泵,在试验台上进行了清水外特性试验,验证了高效泥泵的水力性能。泥泵改造后的实船清水测试表明,在流量9 000~11 000 m^3/h,右泵测试效率达到80%~87%,左泵测试效率均达到78%~86%;跟踪采集挖泥数据,改造后左泵泥浆密度由1.25 t/m^3提高至1.30 t/m^3,流量由7 667 m^3/h提高至8 183 m3/h,改造后生产效率得到明显提高,同时降低了油耗,达到了节能增效的目标。

耙吸挖泥船疏浚施工三维动画仿真

为促进三维动画技术在疏浚行业中的广泛应用,具体介绍了三维建模、材质贴图、灯光、特效、摄影机、动画、渲染等三维动画关键技术,并以应用广泛的耙吸挖泥船的疏浚施工三维动画制作为例,详细说明了运用这些技术进行三维动画制作的具体方法和过程。

耙吸挖泥船导管可调桨设计及实验研究

某4 500 m3耙吸挖泥船,经多年使用后主机功率下降,挖泥作业时推力不足。对该船主机进行实测,了解并确认主机的工作状态,在不改变轴系和调距机构的前提下,首次采用JDC4-55可调桨配合高效导管替代原有可调桨的设计方案,并进行了新导管可调桨和原桨的敞水实验及自航实验。实验结果显示该改造设计方案能显著提高该船挖泥工况的推力,达到节能增效的目的。此外,对于尾部设置类似导流尾鳍的导流结构进行了相关实验,得到有益结论。

水流作用下气泡帘的形成及防悬浮物扩散特性

气泡上升形成的气泡帘能较好地防止耙吸挖泥船作业引起的悬浮物扩散。采用CFD仿真的方法研究了在水流作用下气泡帘的形成过程及防悬浮物扩散机理。研究结果表明:气泡帘的形成过程受气泡孔直径、通气速度和水流速度的影响;增加通气量并选取合适的气泡孔直径可以增强气泡帘防止污染物扩散的能力,而过大的水流速度会导致气泡帘的失效;对于给定的工况,存在一个疏浚悬浮物的临界阻隔粒径。研究成果可为合理确定气泡防污帘的结构参数和操作参数提供理论依据。

耙吸挖泥船格栅适用工况应用分析

耙吸挖泥船已成为当前疏浚项目的首选施工船舶。随着疏浚物的复杂程度不断加大,防止杂物进入管道系统成为当今疏浚行业研究的重要课题。耙吸挖泥船防杂物的方式主要依靠格栅装置。研究各类格栅的适用工况,以期推动疏浚业的发展。

耙吸式挖泥船先进性评价方法

在国家标准的基础上,结合耙吸式挖泥船(TSHD)的特点,提出一套适用于已建造投入使用的TSHD性能水平等级评价方法,建立了相应的评价指标体系和计算方法,用于对建造完成的TSHD的先进性评价.经过分析和计算实例表明,该性能水平等级评价方法是可行和有效的.利用获取的评价结果,可对船舶在同类型挖泥船中的先进性水平进行定位,评估船舶设计是否达到预期的效果,找出存在的问题,以指导今后的工作;同时,可为国标中的船舶性能水平等级评价体系作有益补充.

超大型耙吸船舱内泥泵汽蚀性能分析

舱内泥泵汽蚀性能是决定超大型耙吸船施工能力的重要指标,然而国内建造的泥泵往往缺乏汽蚀性能数据。以国内首艘超大型1.8万m^3耙吸挖泥船为对象,研究其舱内泥泵汽蚀性能,建立流体动力学模型。首先获得流量-扬程、流量-效率、流量-功率等泥泵特性,并与已掌握的试验数据进行对比验证模型的可靠性;应用完整汽蚀模型研究汽蚀性能,并采用较国外更为严格的效率下降值作为临界汽蚀发生点;据此获得某挖泥转速下不同流量的必需汽蚀余量数据。研究方法和结论可供工程界及具体船舶施工参考。