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來源：互聯(lián)網(wǎng)

天鯨號，中國自主建造的首艘超大型自航絞吸船。由中交天津航道局(簡稱天航局)有限公司出資，聯(lián)合上海交大、德國VOSTALMG設計，由招商局重工(深圳)有限公司建造。在2010年建成時，該船裝機功率、疏浚能力均居當時亞洲第一、世界第三。被譽為“功勛船舶”。

2008年4月28日建造工程開工，建造周期歷時21個月。2010年1月19日，天鯨號在深圳交船。2017年，天鯨號啟程奔赴海外。奔忙于“一帶一路”沿線數(shù)萬海里，歷時五年，圓滿完成“一帶一路”沿線國家港口航道基礎設施建設任務。2022年11月26日，“天鯨號”在連云港港贛榆港區(qū)接力天鯤號，參與連云港港贛榆港區(qū)十萬噸級航道二期工程疏浚作業(yè)。

天鯨號自航絞吸式挖泥船總長127.5米，型寬23米，吃水6米，設計航速12節(jié)，絞刀功率達到4200千瓦，總裝機功率為20020千瓦，最大挖深-30米。“天鯨號”能以每小時4500立方米的速度將海沙、海水的混合物排放到6000米外。

自2010年投產(chǎn)以來，先后在眾多工程建設中發(fā)揮了重要作用，曾先后榮獲“中國先進基層黨組織”“中國工人先鋒號”“中國國家科學技術進步獎特等獎”等重量級榮譽。

簡史

背景

2000年之前，中國的大型挖泥船主要是從國外進口。國外對中國采取嚴格的技術封鎖，僅僅高價向中國出口整船。大型現(xiàn)代化的挖泥船是結構復雜、技術含量高的特種工程船，國際挖泥船市場基本被歐洲少數(shù)幾個國家壟斷。

2002年，上海交通大學船舶與海洋工程設計研究所率先開展大型疏浚裝備研究，在國內自行開發(fā)設計了第一艘大型非自航絞吸挖泥船“航絞2001”。在中國交建和大型疏浚企業(yè)支持下，開展了大型絞吸挖泥船設計技術研究及專用疏浚設備開發(fā)。

中交天津航道局于2003年準備啟動大型絞吸船的建造工作，并與作為世界疏浚行業(yè)領軍設備制造商的一家荷蘭公司商談。最終雙方?jīng)]有達成一致，談判隨之擱淺。

2006年，“天鯨號”開始籌劃，船東特地在深圳孖洲島造了船塢和船廠，但由于原方案排水量嚴重不足，以及航速預報有重大失誤。此項目隨即被德國人否認。

研制歷程

2007年10月18日，由中交天航局出資建造，招商局重工有限公司承建的中國首艘超大型自航絞吸式挖泥船“天鯨”號建造合同在深圳簽訂。

2008年4月28日，“天鯨”號正式開工，整個建造周期歷時21個月。

2010年1月19日上午，深圳孖洲島修造船基地隆重舉行了“天鯨號”自航絞吸式挖泥船交船儀式。

航行試驗

2010年元旦前夕，由上海交通大學船建學院船舶與海洋工程設計研究所承擔詳細設計的“天鯨號”自航絞吸式挖泥船從深圳孖洲島碼頭出發(fā)，在海上經(jīng)歷了第一次試航，試航中開展了船舶各種性能和設備試驗，包括主機負荷、航速、側推、拋錨、海上救生、操舵以及通訊導航等一系列船舶和設備運行測試，成功地完成了航行試驗。所有試驗均按計劃順利完成，各項性能指標達到設計合同要求，挖泥船工作性能完全滿足使用要求。

施工歷程

2010年1月19日上午，深圳孖洲島修造船基地隆重舉行了“天鯨號”自航絞吸式挖泥船交船儀式。就在當年，“天鯨號”參與了防城港市建設，在惡劣的環(huán)境下絞挖礁石毫無壓力。

2013年，“天鯨號”開赴南海，在作業(yè)的200天中吹出1000萬立方米的砂石，接連吹填了美濟島、渚碧島、永暑島、華陽島、南薰島、東門礁、赤瓜礁、永興島8座小島，成為名副其實的“造島神器”以及“功勛船舶”。

2017年10月，該船啟程遠赴西非加納特碼新集裝箱碼頭疏浚工程，正式開啟“一帶一路”沿線港口基礎設施建設之旅。

2022年11月26日，“天鯨號”自航絞吸式挖泥船在連云港港贛榆港區(qū)接力天鯤號，參與連云港港贛榆港區(qū)十萬噸級航道二期工程疏浚作業(yè)。

2022年12月1日，疏浚重器“天鯨號”歷時5年圓滿完成“一帶一路”沿線建設任務順利歸國，正式投入連云港港贛榆港區(qū)10萬噸級航道南延伸段一期工程建設。

2023年3月13日，經(jīng)過100余個夜以繼日的緊張作業(yè)，“天鯨號”駛離贛榆港區(qū)，順利完成連云港港贛榆港區(qū)10萬噸級航道南延伸段一期工程階段性施工保障任務。

2023年8月20日，中國自主建造的首艘超大型自航絞吸船“天鯨號”現(xiàn)身廣西平陸運河項目航道15標入海口近海段，正式投入平陸運河建設施工。

工作原理

絞吸式挖泥船的挖掘作業(yè)主要依靠絞刀、泥泵和吸泥裝置，在挖泥作業(yè)中，絞刀轉動、切削、打碎土壤，泥泵吸人打碎的泥土，然后借助水上與陸地的排泥管道，輸送泥漿到指定的區(qū)域，完成疏凌或者吹填施工過程。在施工過程中，作為絞吸式挖泥船的核心部件，泥泵在柴油機驅動下進行吸泥和排泥工作。為了挖出作業(yè)面規(guī)定的深度、寬度和長度，挖泥船還需移動，其部有鋼柱兩根，挖泥時將其中一根插人河底作為定位樁，用纜拉動挖泥船，以定位樁為中心，左右擺動挖泥。前移時，用另一根鋼樁交替地換樁，因此，絞刀挖泥過程呈扇形前進。

施工方法

絞吸式挖泥船常用的施工方法有三種，即橫挖法、分段挖法和順逆流法：

橫挖法適用于裝有鋼樁的挖泥船在一般區(qū)域施工；裝有三纜定位設備的挖泥船在風浪較大的區(qū)域施工；裝有錨纜橫挖設備的挖泥船在流速和風浪較大的區(qū)域施工。

分段挖法適用于開挖溝槽長度大于挖泥船水上管線的有效伸展長度的溝槽；開挖含有轉向曲線的溝槽；開挖不同規(guī)格和工期的溝槽；開挖受航行或其他因素干擾的溝槽。

順逆流法根據(jù)不同施工條件進行選擇。順流法適用于在內河采用鋼樁定位施工或者在流速較大時，采用尾錨施工；逆流法適用于采用錨纜橫挖法施工。

泥泵形式

“天鯨”號的機泵艙形式中，兩臺艙內泥泵及驅動柴油機布置在艙內機艙，不同的是為水下泥泵和絞刀服務的疏凌發(fā)電機組同時驅動螺旋漿，即疏凌發(fā)電機組“一拖二”驅動發(fā)電機和螺旋樂（見圖1）。因為絞吸挖泥船“作業(yè)時不航行，航行時不作業(yè)”，所以該種形式的“一拖二”與粑吸挖泥船上的“一拖二”驅動系統(tǒng)最大的區(qū)別是發(fā)電機和螺旋漿不會同時工作，即螺旋獎可以采用固定螺距螺旋槳而不需按照粑吸挖泥船那樣配置成可調螺距螺旋漿。

基本構造

“天鯨”號船體為單體、雙底、局部設中間甲板的雙機雙槳船型。橋架布置在船首，鋼樁臺車布置在船尾。主船體從艏至分別為橋架區(qū)域、變頻設備與泥管區(qū)域、泥泵區(qū)域、機艙區(qū)域和鋼樁臺車區(qū)域，鋼樁臺車區(qū)域也是推進軸系和螺旋槳布置區(qū)域。主甲板上設有艏艉樓，部設六層住艙甲板室，舯艉兩舷設輔助用甲板室，在船舯區(qū)域的左右兩舷各設置一套裝駁系統(tǒng)。

挖掘系統(tǒng)

挖掘系統(tǒng)主要由絞刀進行運作，絞吸式挖泥船的松土器具刀其實是主要的挖掘器具，但只挖泥不輸泥，與機械式挖泥船有所不同。鉸刀有多種類型以適應不同泥質的挖掘，其基本形狀是冠狀多刀片結構，刀片對旋轉軸線斜置，因此呈螺旋線狀，這是為了使阻力負載均勻。鉸刀有開式、閉式之分。現(xiàn)在閉式有齒鉸刀是主流類型。鉸刀挖泥所需功率范圍很大，微小型挖泥設備用的小鉸刀，消耗功率20kW，大型海上自航絞吸式挖泥船的鉸刀，所需功率達到6000～8000kw。中國建造的大型絞吸式挖泥船“天鯨”號，絞刀功率4000kW。

泥漿輸送系統(tǒng)

“天鯨”號配置一臺水下泵和兩臺艙內泵。水下泵采用變頻電動方式，具有恒扭矩和恒功率的特性，能較好適應不同排距和裝駁功能要求。艙內泵采用柴油機通過齒輪箱直接驅動泥泵，系統(tǒng)效率高，成本低，為了提高對不同排距的適應性，齒輪箱均為雙減速比齒輪箱，使每臺艙內泵能夠在兩個額定狀態(tài)下利用驅動柴油機的額定功率。

定位系統(tǒng)

“天鯨”號的定位采用柔性鋼樁平車系統(tǒng)，安裝在船尾中部開槽內，由二個滑動導向機構支撐，一個在左舷，一個在右舷。這個導向機構裝有彈性橡膠單元，臺車上的導向單元與臺車用球軸承鉸接。鋼樁臺車和船體間設橫向導向機構，裝有復合材料襯墊。使用纜索系統(tǒng)控制鋼樁架的穩(wěn)定，纜索交叉方式布置，每根十字交叉的鋼絲繩均設置的液壓缸，液壓油缸可預加載，并配有蓄能器，可緩沖沖擊載荷（見下圖）。一個鋼樁臺車液壓缸驅動鋼樁架的縱向移動。

主推進裝置和側推

“天鯨”號由柴油機通過齒輪箱驅動的普通定距螺旋槳，此柴油機在挖泥作業(yè)時作為主柴油發(fā)電機組的原動機，驅動螺旋槳和用作發(fā)電機組的原動機是此柴油機兩個獨立工況，因此柴油機能切換不同工作模式，以適應用作推進主機和發(fā)電機組柴油機，使“天鯨”號在航行時推進裝置為雙機雙槳。

絞吸式挖泥船經(jīng)常在狹窄水域作業(yè)，為了提高操縱性，一般配置側推裝置。“天鯨”號的側推裝置安裝在船首橋架開槽右側。初看上去，此安裝與常規(guī)船舶一樣，但因為船首有開槽，則需要側推導管貫穿橋架和開槽另一側的船體，或者側推可伸縮。“天鯨”號因為航行時橋架高于側推的導管，橋架開槽有7m寬，因此橋架和另一側船體無需有側推導管，使艏側推裝置簡單。

電氣設備

“天鯨號”電氣設備采用的變頻系統(tǒng)，具有驅動功率大、啟動平滑、控制精準等特點，并且可靠性好，基本實現(xiàn)了“免維護”，極大提高了生產(chǎn)率。

絞刀

絞刀由兩臺交流電動機通過一個齒輪箱驅動。每個電動機均由主電站的配電板通過AFE（Active Front End）電壓可變頻驅動器（VSD）供電。

水下泵

水下泵由一臺交流電動機通過一個齒輪箱驅動。電動機安裝在橋架的水面以上部分，由主電站的配電板通過AFE VSD供電。

橫移絞車

橫移絞車使用的是由主交換機供電的兩臺交流變頻電動機。每臺電動機由VSD驅動。

橋架絞車

橋架起落所使用的是由主交換機供電的兩臺交流變速電動機。每臺電動機由VSD來驅動。

變頻系統(tǒng)

由于橋架絞車電機和橫移絞車電機功率較大且經(jīng)常會切換于電動和制動兩狀態(tài)，所以橫移絞車和橋架絞車的電機分別通過開關連接到直流母線上——即采用變頻直流母線技術。之所以選用直流母線技術，是因為它可以實現(xiàn)電動機電動狀態(tài)和再生制動狀態(tài)的能量自動補償，而且減少了制動電阻的數(shù)量。為保持一定的牽伸張力，被拖電機必須處于制動狀態(tài)，與直流母排連在一起，被拖電機變成發(fā)電機經(jīng)續(xù)流二極管整流成直流回饋到直流母線，電機不但無須從電網(wǎng)吸收能量，還可將能量供給其它逆變器，既有利于直流母線電壓穩(wěn)定，又達到節(jié)能目的。

電纜和配線

“天鯨”號所有的電纜均符合船用標準，導航和測量儀器用線需遮蔽。線的端部會被良好絕緣，用一種符合標準的壓縮型電纜襯墊使用梯形的索道，電纜固定于索道上。使用防水、油和氧化的尼龍帶固定電纜。

在垂直的索道上每隔1m使用鋼固定帶。索道由焊接固定在船艙壁上。動力艙地板下的電纜和挖掘泵艙的電纜需要保護，被布置在整體拉伸的金屬管里。

甲板上的電纜和其他需要保護的電纜，布置在鋼管里。鋼管內端部有塑料管端，外端部有密封管。在電纜穿過甲板和水密艙壁的地方，使用水密通道。連往鋼樁和架的撓性纜安裝于不銹鋼質的AISI 316轉動纜架（能量鏈）上。架上的電纜受到機械保護。

輔助電源

“天鯨”號有2套230V系統(tǒng)，一套為正常使用，一套為緊急狀況準備，分別由兩臺400V/230V變壓器供電，為挖泥船的照明和其他230V的設備提供電源。

應用領域

“天鯨號”裝備交船時期亞洲最強大的絞吸挖泥船，是現(xiàn)有挖泥船中的一種主要類型，適合于開挖沙質土、淤泥等土質疏松的河底和較硬的爍石黏土，通常用于內河、湖區(qū)和沿海港口施工中的疏理泥沙灘涂和吹填工程。

“天鯨號”承擔的遠海島礁建設、一帶一路國內外港口建設等重大工程200多項，在維護國家安全和推進國家戰(zhàn)略中發(fā)揮了無可替代的作用，極大地推動了中國疏浚行業(yè)的技術發(fā)展，實現(xiàn)了大型絞吸挖泥船從“被封鎖”到“限制出口”的歷史性跨越發(fā)展，也為中國領土、領海權益維護和重大基礎設施建設提供了大國重器。