吸耙式挖泥船

第二章耙吸式挖泥船图2-1 耙吸式挖泥船示意图2.1 耙吸式挖泥船概述一、特征耙吸式挖泥船是自航式的深海或内陆船，如图2-1所示。

耙吸式挖泥船通常配备有泥舱和挖泥设备，可以自行装舱和卸载。

按照设计标准，耙吸式挖泥船装备有：1.带有吸嘴的耙吸管，即耙头，挖泥时用于耙吸海床；2.泥泵，用于耙吸被耙头耙松了的土壤；3.泥舱，可堆存耙吸的泥水混合物；4.溢流系统，用于排出泥舱装舱过程中多余积水；5.位于泥舱内的底门，用于卸载泥水混合物；6.位于甲板上的支架，用于起吊耙吸管；7.波浪补偿器，用来补偿耙头与海床接触时耙头与船体垂直方向的相对运动。

二、应用领域耙吸式挖泥船的应用广泛，在疏浚业被美名为“孺子牛”。

耙吸式挖泥船工作过程中不需要抛锚定位，因而不会给其它船舶的航行造成障碍。

早期耙吸式挖泥船主要用于加深和维护航道。

如今的耙吸式挖泥船还可用于围海造田。

例如，一项在远东的疏浚工程就是先使用耙吸式挖泥船将受污染的土壤挖掘去除，然后完全填埋，并平铺一层砂砾。

与其它疏浚设备相比，在实际施工中，若填埋沙坑的不良土壤区域太大而不能直接排放及提供管道线路排泥时应优先考虑使用耙吸式挖泥船。

耙吸式挖泥船的主要优点：1.船体不在固定位置上工作，故没有抛锚用绳缆，而可以自由移动，这对于海港区域的疏浚是非常重要的；2.耙吸式挖泥船非常适合远海疏浚作业。

可被耙吸的物质主要是淤泥和沙子，黏土有时也可被耙吸上来，但易造成耙头和栅栏（置于耙头内后部）的堵塞。

用耙吸式挖泥船来挖掘岩石在大部分情况下是不经济的，耙头要求非常沉重，而且产量一般很低。

三、历史1895年法国为维护St.Nazaire港而制造出耙吸式挖泥船，这艘挖泥船装有两套耙吸管系统，由带孔的管状物与船体底部相连。

挖掘的物料如淤泥可通过船体底部的洞被离心式蒸汽泵经管道吸入至船舱。

图2-2 1859年法国的耙吸式挖泥船带有泥舱和耙吸管系统的自航式挖泥船--耙吸式挖泥船，起源于stab suction hopper dredger，是荷兰疏浚工业重要发明之一。

其挖掘方法同静止的耙吸式挖泥船，并依靠锚及缆绳维持工作时的静止。

最初，在挖掘Nieuwe Waterweg河时，利用泥舱里的管道输送，耙吸管放在船体一侧。

实践证明此类挖泥船不适于在有波浪的施工环境下工作。

从锚缆定位的挖泥船到自航式挖泥船前进了很大的一步。

起初，耙吸式挖泥船的耙吸管置于船体后部的泥舱内，但不久则被移至船体两侧。

耙吸式挖泥船最早主要在美国使用，50年代又重回荷兰，并得到更大发展。

图2-3 艺术家眼中的耙吸式挖泥船四、工作方式图2-4 耙吸管系统图2-5 波浪补偿器耙吸式挖泥船将到达疏浚区域时航速降至约3节(± 1.5 m/s)，耙吸管系统向外摆出甲板。

耙吸管首先放低并接近水平，直到炮耳滑到泥泵吸口位置上。

然后，中间支架和耙头支架降低，使耙吸管管道象直线一样绕着炮耳旋转。

当耙头到达距海底几米处时，泥泵开始工作，同时，耙头下降至海底（可通过波浪补偿器的上升看出），然后耙吸工作开始。

疏浚方位及疏浚土方量现在都可在电子地图（计算机屏幕）上显示，还可显示出挖泥船的具体位置、航行方向和工作进程。

耙吸式挖泥船在工作时，航行速度为2-3节（1 -2 m/s）。

海底的泥沙挖掘并排放至泥舱里，对于不沉淀或难沉淀的土壤，当泥舱里泥水混合物的表面达到溢流阀边界时，耙吸工作即停止。

泥舱的填充量指允许填充最大值（填充率为100%），通常泥泵会持续工作约5分钟以通过溢流阀排出多余的水。

要沉淀泥沙，挖掘工作就应继续，大部分沉淀的泥沙和残余物通过溢流阀和废水一同被卸载。

如果耙吸式挖泥船安装的是固定高度溢流阀，那么泥舱装舱直至达到挖泥标刻（固定的允许吃水）后，耙吸就会停止，这种情况叫做容积固定式溢流系统（CVS），如图2-6、2-7所示；如果泥舱内安装的是可调整高度的溢流系统，允许泥舱满载且船体在标刻线上。

这时实际装舱量超过泥舱允许装舱线，而当前泥舱中装舱量的总重量不变。

这种系统称为定吨位式溢流系统（CTS），如图2-8所示。

图2-6 容积固定式泥舱图2-7 容积固定式溢流系统图2-8 定吨位式溢流系统当以下情况发生时，耙吸工作将会停止：1.泥舱满载，溢流阀停止工作；2.吃水达到最大允许值，溢流不能再作进一步有用调整；3.达到了经济填充率。

耙吸结束后泥泵需继续工作，以减少在提升耙吸管过程中耙吸管中残留的泥沙和碎石给绞盘带来额外负荷。

耙吸管被拉起后泥泵停止工作。

当耙头露出水面时，提高船体航行速度并快速航行到指定卸泥区域。

卸泥区域：1.位于海底，形状简单，用于存储挖掘的土壤。

若存储能力足够大，就不需考虑其堆放方式。

客户通常仅要求获得一份排泥计划以高效堆放。

使用底门或阀的排泥方式要求船体有足够的吃水；2.储存受污染的淤泥时，如the slufter（鹿特丹港口），需用对岸排泥系统排放泥水混合物；3.是需要被填埋的区域；4.是需要被遮盖的油管和气管；要有专门堆放被污染土壤的区域。

图2-9 由泥杆控制的底门若卸泥区域是泥坑，可通过打开泥舱底门、阀或闩銷卸泥。

当几乎静止的挖泥船在某一特殊位置卸泥时，通常情况下采用的是这些卸泥方式。

卸泥时，使用泥泵输送并向泥舱内喷水，利用水的侵蚀作用加速卸泥过程。

若耙吸式挖泥船安装有水泵并与泥舱内水激器相连，常使用这种方法。

水激器能液化泥舱内装舱的混合物，从而能提高卸泥能力。

水激器可用于液化或侵蚀装舱物有利于岸抛。

对岸连接。

目前，甲板与岸上管道的连接设备主要置于船艏。

船体与岸之间连接用的管道由橡胶制成。

船体通过操作船艉螺旋桨和船艏推进器使船体保持原位不动。

通过与岸上管道的“固定”连接，停泊平底驳船。

当卸泥或抛泥完成后，挖泥船将返回挖泥点开始新一轮的工作。

一般情况下，船是空载并没有压舱物状态下返回挖泥区。

此时，泥舱里仅有剩余的水和遗留在泥舱中的泥水混合物。

图2-10 岸抛接岸阀图2-11 杨德努公司使用浮管对岸连接的耙吸式挖泥船2.2 设计一、生产量在订购一台新的耙吸式挖泥船前一般应做前期的市场调研，即必须明确新耙吸式挖泥船的生产量。

生产量通常以立方米/周或立方米/年来表示。

若已知耙吸式挖泥船预期的平均施工周期和疏浚的土壤类型，其生产量可用以下的指标来表示：1.有效固定负载能力，即有效载荷，用MN表示；2.最大泥舱容积，用m3表示。

如果挖泥船的用途单一（如港口维护），所需生产量通常是已知的，就可求出所需挖泥船的数量。

对于国际疏浚承包商来说，平均施工周期和所需生产量是未知的，此情况则不同前例且更复杂。

事实上这些承包商只有一个要求：疏浚成本比其它竞争者要更低。

这是耙吸式挖泥船越大越便宜越好的发展趋势的原因。

图2-12 有效载荷-船体吃水关系曲线建造大型挖泥船唯一的不利因素是船体吃水问题。

当吃水深度增加时，船的可用性就会减小。

承包商可根据所需挖泥深度确定的预期工作量来决定在某一吃水值时船的有效生产量。

但现在的市场预期值将会在5年内过期。

管理者只能先选择挖泥船的生产量，然后再判断选择是否正确。

图2-13 两种不同尺度的耙吸式挖泥船：Fairway号(23.347 m3) 和Sospan号(700 m3) 设计通常需要挖泥船建造商和客户间的合作，以某艘成功设计的挖泥船为基础并等比例放大。

当放二、主尺度设计新制造的耙吸式挖泥船生产量选定后，就可确定泥舱容积。

耙吸式挖泥船也如同其它船舶，其主尺度决定于有效载荷、吃水要求和速度。

很显然，这些与尺度与待建挖泥船间有直接的必然联系。

大的泥舱容积和小的吃水深度必然会增加船体的长度，带来的缺陷是：影响挖泥船达到规定速度。

耙吸式挖泥船需要满足一定的L/B，B/H，B/T值。

（L=长度，B=宽度，H=深度，T=吃水量）图2-14 不同年份建造的TSHD的主尺度关系较大的B/T：1.船体原始稳定度增大；2.降低船体的抗冲击能力。

细长船体L/B值较大，优点是：1.结构更简单（价格更便宜），因为具有相同横截面的区域较长；2.相对小的阻力，因此当驱动功率相同时能有更高的速度。

另一方面，L/B值较小时，船体具有更好的稳定性，故所需建造材料也较少，且更便宜。

总之，当B/H值较小、L/B值较大时，能降低制造成本，而对吃水的要求（较小T）则会增加制造成本，则必须有更大的工作能力。

图2-15 方型系数的定义当然需考虑方型系数。

在排水量相同条件下，C b越低，船体越长。

对于耙吸式挖泥船，C b取值在0.78到0.85之间。

= 排水量（m3）B = 船体主体宽度（m）L = 船体垂直线间的长度（m）T = 吃水（m）同时，要求的最大挖掘深度对船体的长度也有影响，当然，在甲板上必须有足够的空间来放置长的耙吸管。

判断耙吸式挖泥船是否有好的市场的方法就是和竞争者比较挖泥船的比吨位值。

比吨位可定义为未卸载载荷和有效载荷间的比值。

比吨位直接影响成本，有效载荷影响利润。

图2-16 排水量与船重三、负载耙吸式挖泥船周期运沙量决定于其有用负载能力或有效载荷（MN）和最大泥舱容积（m3）。

这非常重要。

有效载荷是耙吸式挖泥船在最大允许吃水条件下能装舱的需付费的载荷。

有效载荷易被造成误解。

图2-17及图2-18给出了有关耙吸式挖泥船的“轻载”及“重载”的信息。

图2-17 耙吸式挖泥船的“轻载”及“重载”与排水量的关系图2-18 轻载及重载间的函数关系有效载荷常随时间变化，一般减小。

原因是当耙吸式挖泥船航行一段时间后，增加的载荷导致船重增加。

本应存放在岸的备件留在甲板上也增加了船重。

实际中，只有一种方法能使有效载荷保持不变：1.清洗泥舱，减少剩余载荷；2.测出在吃水线时挖泥船的排水量，通过测量值即可计算出船体重量；3.通过测试泥舱内水的体积和比重算出泥舱内水的重量；4.在上述第2项测量的船体重量里减去泥舱里水的重量，即为挖泥船的载重；5.有效载荷就是在允许吃水的情况下，挖泥船的最大载重减去船体重量（排水量*密度），即为有效载荷，以MN计。

很显然，有效载荷并不一定是不变的，它随着消耗品重量的变化而变化，如燃料，润滑剂，饮用水等。

另外，载荷由固定载重决定，对于淤泥类的松软土壤，最大泥舱容积可等于载重容积。

四、泥舱密度如上所述，耙吸式挖泥船的生产能力可用以下数值衡量：1.有效载荷2.最大泥舱容积，是测量平均密度的方法，也是在耙吸式挖泥船的经济使用寿命期内疏浚承包商期望获得的挖掘密度。

这也明确了耙吸式挖泥船的设计目的。

如，维护沙土型土壤的航道时，耙吸并输送进泥舱的沙土平均密度约为1900 kg/m3。

但泥舱不可能被填充至100%，至多90%，则最大泥舱密度是1900*0.9=1720 kg/m3。

对于沙砾型土壤，泥舱密度为2000*0.9=1800 kg/m3；对于淤泥型土壤，泥舱密度为1300 kg/m3。