耙吸挖泥船(英文名:Trailing suction hopper dredger),是一种自航自卸式的水力挖泥船,它的船体结构和外形与一般的运输船舶相似,配备耙头等挖掘机具和水力吸泥装置,通常在两侧布置耙臂,耙臂后端安装了挖掘耙头,前端通过弯管与泥泵连接,作业时通过悬吊系统将耙臂下降,使耙头与疏浚工作面接触,拖动耙臂进行耙松和挖掘作业,挖掘土料通过泥泵抽吸,装入自身的泥舱中,再运至卸泥区通过底部的泥门抛泥或通过艏部的排泥管系吹到指定区域。
世界上第一艘耙吸挖泥船是1855年在美国建成的“General Moultry”,采用锚泊定位定点作业。1878年,荷兰建成的“Adam II”耙吸挖泥船采用自航作业。20世纪70年代之后,为了适应大型工程的需求,耙吸挖泥船日趋大型化。中国的耙吸挖泥船设计建造要比西方国家晚,1971年,中国建成了4500m3的耙吸挖泥船,开始进入此类船型的自主研发阶段。2002年,中国成功实现大型货改耙,建成了12000m3的“新海象”和13000m3的“新海鲸”。进入21世纪后,随着中国国民经济的快速发展,港口航道、沿海工业基地的建设需求促进了大型耙吸挖泥船的研制。中国国内的大型耙吸挖泥船主要由中国船舶及海洋工程设计研究院设计。2007年,中国第一艘自主研制的大型耙吸挖泥船“新海獭”建成。2011年,中国建成第一艘20000m3巨型耙吸挖泥船“通途”。2016年,Jan de Nul集团建成了舱容46000m3的超巨型耙吸挖泥船“CRISTOBAL COLON”及其姐妹船“LEIV EIRIKSSON”,是目前世界上最大的耙吸挖泥船。2018年,中国建成第一艘全电力驱动的耙吸挖泥船“长鲸7”。2025年8月26日,中国自主设计研发的“通浚”轮和“浚广”轮在启东市成功下水。
耙吸挖泥船有单耙或对耙,分别布置于船中或两侧。耙吸挖泥船作业系统包括挖掘系统、泥泵及驱动系统、泥门系统以及溢流系统。耙吸挖泥船作业时不需要抛锚,不需要其他工程船辅助,对作业水域的通航影响较小。耙吸挖泥船最适合用于挖掘较为松软、颗粒较小的淤泥和流沙,特别是挖淤泥时工作效率最高,但对于较硬和颗粒较大的黏土和砂石则难以挖掘,其作业效率会大幅度下降。
发展历史
世界各国
世界上第一艘耙吸挖泥船是1855年在美国建成的“General Moultry”,采用锚泊定位定点作业。1878年在荷兰建成的“Adam II”耙吸挖泥船采用自航作业,奠定了现代耙吸挖泥船的作业方式。20世纪70年代之后,为了适应大型工程的需求,耙吸挖泥船日趋大型化,特别是进入20世纪90年代后,各大疏浚公司为提高竞争力争相制订新船建造计划,促进了大型耙吸挖泥船的迅猛发展。
1994年,ihc公司建成了17000m3的巨型耙吸挖泥船“Pearl River”,成为耙吸挖泥船向大型化发展的转折点,该船分别在2002年和2006年进行了船体加长,实现了泥舱扩容,舱容增加到了24130m3,该船总长为182.22m,船宽为28m,型深为11.9m,满载吃水10.6m,挖深达到120 m,总装机功率为19061kW,推进功率为17280kW。2016年,Jan de Nul集团建成了舱容46000m3的超巨型耙吸挖泥船“CRISTOBAL COLON”及其姐妹船“LEIV EIRIKSSON”,是目前世界上最大的耙吸挖泥船。
中国发展
中国的耙吸挖泥船设计建造要比西方国家晚,1971年,中国建成了4500m3的耙吸挖泥船,开始进入此类船型的自主研发阶段,此后,中国在耙吸挖泥船的设计技术、建造质量和工艺水平等方面都取得了明显提升,2002年,成功实现大型货改耙,建成了12000m3的“新海象”和13000m3的“新海鲸”。进入21世纪后,随着中国国民经济的快速发展,港口航道、沿海工业基地的建设需求促进了大型耙吸挖泥船的研制。中国国内的大型耙吸挖泥船主要由中国船舶及海洋工程设计研究院设计。
2007年,建成了中国第一艘自主研制的大型耙吸挖泥船“新海獭”,该船总长为150.7m,型宽为27m,型深为11m,航速16.2kn,泥舱舱容为13500m3,采用一拖三复合驱动。2011年,中国建成第一艘20000m3巨型耙吸挖泥船“通途”,该船总长为160.3m,船宽为30m,型深为15m,总装机功率为22150kW,航速为15kn,最大挖深达到90m。2018年,中国建成第一艘全电力驱动的耙吸挖泥船“长鲸7”,该船船长为120.3m,型宽为24.8m,型深为9.6m,最大舱容为9000m3。
2023年12月,由上海航道局投资、疏浚技术研究中心总包,振华重工建造的国内首型、全球最大、中国自主研制的15000立方米舱容双燃料动力耙吸挖泥船“新海鲟”轮在启东市下水,作为国内首艘双燃料动力的挖泥船,该船总长155.7米、型宽32米、型深13.5米,满载吃水9.9米,设计泥舱最大舱容17000立方米,配备了国内先进、智能化程度最高的“一键疏浚”和“浚驾合一”系统,首次在国内实现典型工况条件下的“无人疏浚”功能,同时该船也将首次在耙吸挖泥船搭载综合智能管理平台,集成智能机舱、智能航行、智能能效管理等系统,通过全船的集成化设计、安装和控制,有效提升全船管理水平,提高施工效率,保障航行作业安全,是目前全球舱容最大的双燃料动力挖泥船。2025年8月26日,中国自主设计研发的“通浚”轮和“浚广”轮在启东市成功下水,这两艘35000立方米舱容等级的超大型耙吸挖泥船,一亮相就拿下“亚洲最大”“世界领先”的头衔,堪称疏浚领域的“国之重器”。
分类
耙吸式挖泥船有单耙或对耙,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,在风浪大又无掩护的滨海和河口地区,宜选用自航式耙吸挖泥船。适于松散和低于粘土硬度的土质作业。
工作原理
耙吸挖泥船是一种自航自卸式的水力挖泥船,它的船体结构和外形与一般的运输船舶相似,配备耙头等挖掘机具和水力吸泥装置,通常在两侧布置耙臂,耙臂后端安装了挖掘耙头,前端通过弯管与泥泵连接,作业时通过悬吊系统将耙臂下降,使耙头与疏浚工作面接触,拖动耙臂进行耙松和挖掘作业,挖掘土料通过泥泵抽吸,装入自身的泥舱中,再运至卸泥区通过底部的泥门抛泥或通过艏部的排泥管系吹到指定区域。
作业系统
综述
耙吸挖泥船作业系统包括挖掘系统、泥泵及驱动系统、泥门系统以及溢流系统。
挖掘系统
挖掘系统包括耙头、耙臂管、高压冲水系统、带波浪补偿的耙臂悬吊系统。耙头是耙吸挖泥船的主要作业设备,针对不同的土质和作业需求,现在开发出了多种耙头形式。传统的加利福尼亚州耙头由一个固定部分和两个独立调节罩组成,主要依靠冲刷原理进行挖泥作业,可以适应不平整的泥面,缺点是泥浆浓度不高,产量低,加装耙齿后能提高挖掘效率。被动耙头由固定部分和调节罩组成,作业时靠耙头的重量和弹簧支杠的压力在一定幅度内紧贴泥面,遇到障碍物时调节罩能够上下摆动,对疏松土质效果较好。主动耙头的固定部分和调节罩之间有液压油缸连接,可通过液压油缸和拉杆遥控调节固定部分和调节罩的角度,从而调整耙齿入泥角度和进水量,提高不同土质的挖掘效率。
耙头上的高压冲水系统作业时可增大疏浚物的含水量,使疏浚物膨胀松散,进而提高挖掘效果;齿间的高压冲水可提高耙齿的切削深度和宽度;耙头内部的高压冲水可增大补水,加强土质的液化效果。高压冲水的实际效果取决于颗粒的间隙率、高压冲水的压力、流量及挖泥航速。高压冲水也可以用于抛泥或吹填时的稀释清舱工作。耙吸挖泥船的耙臂悬吊系统配备波浪补偿器,主要由蓄能器和液压缸组成,它和耙头的提升钢丝绳连接在一起,在施工过程中,能够始终保持钢丝绳处于张紧状态,防止钢丝绳出槽。通过调节波浪补偿器的压力,调节耙头高度及其对泥面的有效压力;在风浪环境条件下或海底泥面高低不平时,通过波浪补偿器的缓冲作用,避免耙管和耙头承受过大的冲击载荷,保证挖泥设备的安全;对于不同硬度的疏浚物或不同的挖深要求,亦可通过调整波浪补偿器压力,调整耙头的对地压力,提高对不同土质的适应性和挖掘效率。
泥泵及驱动系统
耙吸挖泥船通过泥泵将疏浚物从海底吸排进泥舱,或从舱内吸取疏浚物进行吹填或艏喷。耙吸挖泥船配备有安装在耙管上的水下泵和船体上的舱内泵,螺旋桨和泥泵是耙吸挖泥船作业的主要耗能设备,耙吸挖泥船泥泵的驱动方式多样,有柴油机独立驱动、一拖二、一拖三和全电力驱动等。柴油机独立驱动方案中,螺旋桨和泥泵都采用各自对应的柴油机单独驱动,如图2-54所示,传动效率高,不存在发电机、电动机造成的功率损失,泥泵和螺旋桨不存在互相影响,其转速可独立控制,但总装机功率大,船舶初始投资成本高,设计中对布置空间要求高,使用中维护保养工作量大。
泥门系统
耙吸挖泥船泥舱装满后,航行至卸泥区打开底部的泥门,将舱内物料卸出船外。耙吸挖泥船的泥门型式有圆锥形泥门、平移泥门、箱型泥门等。圆锥形泥门航行时能够保证泥舱完全封闭,卸载时往下伸出,超过船体基线,使得舱内物料迅速排出,此种形式没有铰链等易损构件,杂物不易阻塞排口,关闭泥门也不易造成损坏,但由于作业时需要将泥门下放,需要足够的富裕水深,排泥速度较慢。平移泥门没有突出船底的结构,没有铰链拉杆等构件,结构坚固,缺点是密闭性不好,容易出故障,维护困难,总抛泥空间也小。箱形泥门在卸泥时通过拉杆和铰链打开,倾倒量大,卸泥速度快,但也需要足够的富裕水深,且要注意密闭性问题。还有一种是开体形式,泥舱部分的船体做成类似抓斗的可开闭合形式,卸泥时把下船体支开,无须考虑额外水深,也不需要严格密封,卸泥效率高,但是结构复杂、造价高。
溢流系统
耙吸挖泥船通过溢流装置及时排出舱内的不饱和泥浆,提高舱内疏浚物的沉积密度。耙吸挖泥船上的溢流装置有容积固定式和定吨位式。容积固定式溢流系统采用的是固定高度的溢流阀,当泥舱装载至船舶达到满载吃水后,即刻停止耙吸装舱作业。定吨位式溢流系统采用可调高度的溢流阀,当装载接近或达到满载吃水时,可通过降低溢流筒,排出泥舱上层的不饱和泥浆减小吃水,在保持总载重量不变的前提下,提高舱内疏浚物料的密度,增大装载量。可调高度的溢流系统分为水面排放和船底排放,还有固定分挡式和液压控制溢流筒高度式。此外还有装有环保阀的环保溢流筒,可通过液压缸控制环保阀,在环保要求较高的工程中,关小环保阀开度,减少溢流泥浆夹带的空气,从而减少溢流泥浆中土质颗粒在海域中悬浮的时间,减少对海域的污染。
优点及缺点
耙吸挖泥船作业时不需要抛锚,不需要其他工程船辅助,对作业水域的通航影响较小。耙吸挖泥船最适合用于挖掘较为松软、颗粒较小的淤泥和流沙,特别是挖淤泥时工作效率最高,但对于较硬和颗粒较大的黏土和砂石则难以挖掘,其作业效率会大幅度下降。
各国挖泥船
截至2023年世界上30000 m3以上的超巨型耙吸挖泥船共有10艘,除了“INAI KENANGA”为马来西亚的Inai Kiara公司所有,其他9艘都属于欧洲的四大疏浚公司。
资料:
相关政策
2017年5月25日,中华人民共和国商务部海关总署发布《公告2017年第28号》根据《中华人民共和国对外贸易法》和《中华人民共和国海关法》的有关规定,为维护国家安全,经国务院批准,决定对满足以下条件的耙吸式挖泥船实施出口管制:舱容大于或等于1500立方米,挖深大于或等于15米,且配备艏吹功能及相关装置。