由耙吸式挖泥船的发展方向看我国疏浚行业的前景

第11卷第3期中国水运V ol.11N o.32011年3月Chi na W at er Trans port M arch 2011收稿日期：2010-11-29作者简介：丁顺良（），男，汉族，河北石家庄人，武汉理工大学能源与动力工程学院轮机工程专业。

基金项目：武汉理工大学自主创新研究基金由耙吸式挖泥船的发展方向看我国疏浚行业的前景丁顺良，王树鹏（武汉理工大学能源与动力工程学院，湖北武汉430063）摘要：耙吸式挖泥船是一种从海底挖泥的船。

疏浚工程的质量在很大程度上取决于挖泥船技术的先进性与水深测量定位的准确性。

文中介绍了耙吸式挖泥船的技术发展方向，并分析了我国疏浚行业的发展前景。

关键词：耙吸式挖泥船；疏浚工程；水深测量定位；疏浚行业中图分类号：U 616文献标识码：A文章编号：1006-7973（2011）03-0027-02我国疏浚业有着110多年的历史。

如今，已有了较大的规模，随着港口、航道、农田水利及沿海城市建设的发展，疏浚企业已经渗入到了各地方经济建设的基础中。

疏浚业已成为中国经济建设和社会发展的重要行业。

耙吸式挖泥船作为一种从海底挖泥的船，其挖泥方法与真空吸尘器类似，船上装有一台或几台离心泵，用离心泵从海底吸起水和泥，排入本船泥舱。

疏浚工程的质量，在很大程度上取决于挖泥船技术的先进性与水深测量定位的准确性。

一、我国疏浚技术的发展现状[1]就技术研发水平而言，我国的疏浚技术与国外有着较大的差距，主要表现在起步较晚，投入不足，水平一直得不到快速提高，疏浚市场也多限于国内。

加入世贸组织后，在世界疏浚市场的竞争中，因技术水平比较低，致使我国疏浚业在国际市场上竞争力较弱。

我国疏浚公司实行的是部分关键设备进口，大多数设备消化吸收、自行设计制造，这样基本满足了国内疏浚市场的需求。

但从长期发展的角度来看，我们应该集中各个方面的力量专攻疏浚关键部件，力争赶上世界先进水平，并有一定的技术储备，只有这样才能从疏浚大国发展到疏浚强国。

1．主要的疏浚技术[2]（1）水深测量定位我国引进无线电定位仪后，通过消化吸收，开发了一套完整的自动导航、自动测量及自动绘图系统，实现驾驶人员的直观作业，减少超宽超深现象，提高挖泥工效，该系统还能自动绘制水深图及航迹图。

后来该系统又经过发展，能将施工参数和航迹贮存再现和绘制水深图。

随着全球卫星定位技术的发展，我国又从国外引进了D GPS 系统。

目前我国大、中型耙吸式挖泥船普遍采用了无线电定位系统和DGPS 定位系统，可全天候进行挖泥导航施工。

（2）挖泥船技术在疏浚业不断发展的过程中，挖泥机具也得以不断改进。

现在国内外大仓容的挖泥船已有多艘，疏浚行业向着设备高效率、疏浚土充分利用、建立船用设备维护方案、提供良好售后服务的供应商方向发展。

据有关规划，“十一五”期间全国沿海港口将新增640个左右的深水泊位，预计基建疏浚总量将超过15亿立方米，加上每年港口航道的经常性疏浚维护和吹填造陆、海底管线等工程，年平均疏浚总量将超过4.2亿立方米，其中需要耙吸式挖泥船完成的疏浚量约2.5亿立方米。

据交通运输部预测，至2015年，国内沿海疏浚需求总量将达到50亿~75亿立方米。

而目前我国耙吸式挖泥船每年可完成的疏浚量约1.5亿立方米，缺口约1亿立方米。

国内现有疏浚船舶不足，且从事沿海港口、航道建设和维护的主要疏浚船舶的平均船龄达24年，船龄20年以上的船舶占76%，相当数量的船舶进入报废期。

水运建设市场中船舶疏浚能力供求矛盾比较突出，且将在较长时期内存在。

二、我国耙吸式挖泥船的技术创新耙吸式挖泥船是吸扬式中的一种。

它通过置于船体两舷或尾部的耙头吸入泥浆，以边吸泥、边航行的方式工作，是利用泥耙松土，船中设开底泥舱，舱容积表示船的大小。

有单耙或对耙，分别布置于船中或两侧。

耙吸式挖泥船机动灵活，效率高，抗风浪力强，适宜在沿海港口、宽阔的江面和船舶锚地作业[3]。

为了减少疏浚对环境的潜在影响，我国从上世纪80年代中期开始，开展了各类挖泥船作业泥沙扰动及扩散范围的研究，通过相关措施，降低了耙吸挖泥船施工中对周围环境的影响。

对耙吸挖泥船的设计要求的技术创新性主要体现在以下几个方面：1．大容积性的近海类挖泥船对于疏浚业来说，吹填造陆是其中一个主要业务领域[4]。

吹填造陆工程必须开挖和运送千百万方砂来填筑吹填区和连接岛屿；现有航道必须浚深以通航更大型船舶；环保、地理和政治因素也可能会导致挖泥船运距加长和必须在更深水域施工等。

这些限制条件都要求有更大舱容和更高效率的大型耙吸挖泥船来施工，尤其是当航距不断增加的情况下，大舱容耙吸船比小舱容耙吸船的采砂成本更低。

2．有限元法（FE 法）在挖泥船设计过程中，有限元法（FE 法）是最有效的工具之一[5]。

有限元法的专业应用可获得强固的船体结构，同时重量相对较轻，使船船获得更多的装载量。

由于在外海环境下疏浚施工以及连续不断的装舱卸舱过程，耙吸挖泥船的船体要1988-28中国水运第11卷低于平衡点高于平衡点平衡点流速效率bp ts ingb p t s i n gw eve lswevels在强侵蚀环境下经受各种周期性荷载。

耙吸船的设计要求较小的舱容/船长比，这意味着荷载主要集中在船中部，导致较大的船体大梁弯矩和高剪切强度。

此外，由于采用大功率挖掘设备以及带舱底泥门的泥舱结构布置，不可避免地要求船体采用大量不连续性设计。

为优化船体的应力重量比以及最大化船体细部结构的强度和疲劳寿命，采用了有限元计算方法。

3．流体动力计算（CFD ）[6]船头和船体产生的涡流对航行效率有很大的影响，并可能产生振动。

CFD 方法可为优化船舶设计提供数据，并最终获得最佳的水流进入推进器。

对于挖泥船，风、波浪和潮流作用方面的数据对于预测不同天气状况下的船舶操纵性能是必不可少的。

通过使用CFD 计算方法获得的某些系数可以预测操纵性能。

4．耙吸挖泥船耙头设计的重要性耙吸挖泥船的耙头对挖泥船的性能有很大影响，因此其设计、质量和多用途性是至关重要的[7]。

尽管挖泥产量主要由耙头宽度、开挖厚度和航速决定，但其它因素也起着重要作用，例如所需拖曳力等。

耙头设计通常会详细考虑疏浚过程的其它所有主要因素。

在某些情况下，泥浆浓度和射流水量很高，只需较少的额外供水量。

有时，挡板通过液压缸保持在与耙头固定部件与耙头固定部件一定的相对位置，使之能够抵消因切削刀造成的上冲运动，这可采用一个预调切削力完成。

目前我国大部分耙吸船使用的是非主动耙头，施工效率以及挖掘硬质土的能力与主动耙头相比差别较大。

被动耙头如图1所示。

其主要特点是容易操控；有限的自我调节，需要人工计算和调整角度；造价较低，但挖泥效率低，挖掘硬质土困难。

主动耙头如图2所示。

其主要特点是液压控制对地角度和进水孔的大小，在驾驶台由操耙手随时调整；对挖泥程序进行控制，可以调节耙齿、高压冲水的角度，对底剖面控制良好；耙齿额外受力，可以开挖较硬土质，有更高的致密泥土产量。

国外目前制造的大型耙吸船基本上使用了主动耙头，我国也在进口耙头的基础上，消化吸收自行设计了半主动的耙头，但与先进的主动耙头技术还有一定差距。

图1被动耙头图2主动耙头5．挖泥设备磨损的研究[8]（1）管线的磨损磨损与土壤颗粒的运动状态密切相关，尤其与土壤颗粒在管线中的下落速度有关。

因此要研究挖泥机具、管道和泥泵的磨损，分析磨损对产量的影响，研究控制磨损的方法。

1）针对面临的疏浚条件选择正确的材质：叶轮材质、泵壳材质、输泥管线和胶皮套材质及形式等。

2）控制泥泵的转速，使泵的工作点接近平衡点。

3）有计划地及时修复或更换磨损部件。

）制订一套良好的修理与维护时间安排表，包括针对现有的磨损预测案例和成本开发案例进行改进，以及对磨损过程的即时监控和正确分析。

（2）泥泵的磨损与平衡点的关系泥泵的磨损分为研磨型磨损、冲击磨损、气蚀三种磨损类型，磨损后的结果是：在相同的功率下，扬程和泵效明显下降。

选择合适的时机更换泵的磨损部件是提高效率的关键。

如图3所示，在泥泵的分水嘴处的磨损与流速的平衡点有关，正好落在平衡点处，则磨损小，高于或低于平衡点都会增加磨损。

另外，切削叶轮时叶轮外壁不要切割，以备磨损。

图3磨损与流速的平衡点关系示意图6．自航耙吸挖泥船吃水装载监测系统[9]随着自航耙吸挖泥船在航道疏浚中的广泛使用，准确计算其装舱土方量的问题已日益受到人们的重视。

传统方法如重量法或称排水量法测定及计算结果精度较差，近几年随着现代测控技术的不断发展，尤其是计算机技术在疏浚作业中的应用，自航耙吸挖泥船吃水装载监测系统正逐渐发展起来，克服了有些早先无法克服的困难，使得准确计算装舱土方量成为现实，极大地提高了计算疏浚土方的可靠程度。

三、结语疏浚行业在我国国内市场、以及国际市场前景较好。

国际市场因为整个疏浚市场上挖泥船的数量并不是很多，全世界与港航相关的基建疏浚量每年约为2.32亿至3.82亿立方米，维护疏浚量为0.8亿至1亿立方米。

而国内市场则由于沿海和内河的港口航道建设与维护、临海工业区建设与沿海城市发展、水利防洪清淤以及环境保护和改善等多方面因素使得耙吸式挖泥船这一疏浚工具能得到充分发展。

参考文献[1]詹斌.国外疏浚企业对我国疏浚市场的影响[J].武汉理工大学学报.信息与管理工程版，2005，2，206.[2]中交天津航道局有限公司.疏浚技术[M].1997.[3]宋贺好.耙吸式挖泥船是航道疏浚业的生力军[J ].港口科技，2008（6）：25-27.[4]林风.大型耙吸挖泥船的发展动向[J ].中国港湾建设.2001（4）：1—7.[5]冯从泉.有限元法在船舶检验工作中的应用.南通航运职业技术学院学报[J].2010（2）：46-49.[6]鲁谦，李连有，李来成编译.船舶原理手册[M].北京：国防工业出版社，1988.[7]洪国军，王健，林风.自航耙吸挖泥船耙头模型试验研究[J].中国港湾建设，2008（4）：19-22.[8]高伟.国内外疏浚挖泥设备的对比与分析[J].中国港湾建设.2009，（2）：63-67.[9]俞孟蕻，陈红卫，何祖军.自航耙吸挖泥船吃水装载监测系统研究[]华东船舶工业学院学报（自然科学版），3，（）：664J.20022- 4.。