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在海上 挖泥也要动“脑子”

2019-03-22 09:33 来源:科技日报

  “天鲲号”配备的重型挖岩绞刀,绞刀速度可随泥沙浓度的高低而变化。图片由受访者提供

  作为国内首艘从设计到建造拥有完全自主知识产权的、首艘采用全电力驱动型式的重型自航绞吸船,“天鲲号”输送系统能力世界第一、挖掘能力亚洲第一,适应恶劣海况的能力全球最强……

  细数“天鲲号”的技术性能,每一项关键领域无不融合了世界最先进的科技成果。

  赵小康 本报记者 张 晔

  江苏启东长江入海口,海面浩浩汤汤。吕四港上,“天鲲号”巍然驻泊,一节节浮管伸向远方。

  船长张燚一声令下,大副宋长春按下智能挖泥启动按钮,桥架、横移锚、绞刀等设备有条不紊,按照预定程序启动。“挖泥作业时,我可以悠闲地喝着咖啡,这在之前想都不敢想。”宋长春说。

  此次挖泥试验中,作为目前亚洲最大、最先进的绞吸挖泥船,“天鲲号”不仅展现出强大的挖掘能力,还以先进的智能化挖泥控制系统令世人瞩目,这是绞吸船自动挖泥技术在我国的首次应用,也是中国疏浚技术领域的又一重大突破。目前,该系列技术正在打包申请发明专利。

  买不来的大国重器

  重型挖泥船属于高技术含量、资金密集型国家重要基础装备。无论是世界最大人工深水港天津港的开挖,还是长江深水航道的疏浚,都离不开重型挖泥船。

  不过,在中交天津航道局有限公司(以下简称“天航局”)投资建造的“天鲸号”诞生前,我国重型挖泥船进口比例高达八九成。

  1966年,从荷兰引进自航耙吸船“津航浚102”轮时,天航局曾花费了折合4吨黄金的高价。“天鲲号”建造决策者、中交疏浚(集团)股份有限公司董事长周静波说,从国外进口的超大型挖泥船通常不是技术最先进的,在关键工程中有时难以担当重任。

  对进口的依赖直接导致了我国疏浚装备研发制造领域技术人员匮乏、技术资料紧缺、技术积累薄弱,严重限制了我国疏浚业整体发展。因此,中国只有实现重型挖泥船的自主研发、建造,才能突破封锁,不受制于人,实现我国河道疏浚、航道开挖、海疆建设的独立自主。

  但是,全世界只有欧洲几个国家掌握重型挖泥船设计建造技术,并作为国家战略装备统一管理,核心技术我们学不到、买不来。

  2005年,天航局相继启动了“天狮”船、“天牛”船的设计建造工作,由此迈出了我国自主设计建造大型绞吸式挖泥船的第一步。2007年9月,天航局正式成立工程船舶设计所。在随后的10年时间,“滨海型”“程途恒远”系列、“天鲸号”等相继建成投产,使我国比肩世界先进国家,为自主设计建造大型疏浚装备奠定了雄厚的技术积累。

  天航局新近投产的“天鲲号”是“天鲸号”的姐妹船,在自主创新上又向前迈进了一大步。它是首艘国内设计建造、拥有完全自主知识产权的重型自航绞吸挖泥船。标志着我国已经能够自主设计建造新一代的重型自航绞吸挖泥船,实现了该船型关键技术的突破,使中国成为世界上少数几个能够用自己的设备和技术疏浚航道、吹填造地的国家之一。

  智能大脑实现挖泥作业高产稳产

  走进“天鲲号”驾驶舱,十足的高科技感扑面而来,让人想起电影《流浪地球》里的太空飞船。白色的操作台前,国内最先进的智能挖泥控制系统就位于其中。

  有了这个“智能大脑”,只需轻轻按下按钮,便可实时显示疏浚三维土质,推算潮位,管理能效,实现无人操控自动挖泥,并能根据施工区域实际情况自动调节动作,真正实现挖泥作业的高产稳产。

  “我们之所以研发这套系统,就是为了改变人工操控的短板,实现高效疏浚的目的。”天航局技术中心常务副主任丁树友告诉记者。

  过去,国内绞吸船作业时,需要人工操作实施,挖泥的效率和质量只能取决于个人的经验和能力,而且人的劳动强度很大。“作业时常常4小时一班岗,其间还要眼观六路耳听八方,劳动强度特别大,而且常常劳累一天,产量却不稳定。”丁树友说。

  “天鲲号”最大的突破,便是这套系统下,绞刀横摆的速度,会随泥沙浓度的变化而变化。而目前国际上自动控制系统的横摆速度是提前设定好的,这样一来,因为速度一定,有些区域泥沙浓度过高,就会造成堵管;有些区域浓度减低,作业效率就会下降。使用这套智能系统,问题迎刃而解。另外,在挖掘边线、边坡时,不会出现其他操控下常见的因为绞刀惯性而产生的超挖现象。这几项技术突破,足以让“天鲲号”实现经济产能和最大产能,成为真正的疏浚重器。

  同时,“天鲲号”还拥有全球最强的适应恶劣海况的能力,这都要归功于钢桩台车和三缆定位系统。当船舶作业时,钢桩插入海底,从而实现精准挖泥。钢桩台车系统的受力水平,直接决定着船舶适应恶劣海况的能力。这套系统突破了国外技术封锁,是我国自主设计制造的、世界上最先进的油缸式柔性重型钢桩台车系统。

  “以上这套系统实现的几个技术突破,让它站在了世界智能疏浚技术的最前沿。”丁树友说。

  “天鲲号”挖出一份满意答卷

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  “天鲲号”全长140米,宽27.8米,最大挖深35米,总装机功率25843千瓦,设计每小时挖泥6000立方米,绞刀额定功率6600千瓦,最大可达9900千瓦,风化岩、岩石、淤泥、黏土等不同土质均不在话下,通渠造岛一马平川。细数“天鲲号”的技术性能,每一项关键领域无不融合了世界最先进的科技成果。

  2018年11月20日,“天鲲号”在启东完成挖泥调试工作,调试中“天鲲号”挖泥最高生产率达到每小时7501立方米,远超每小时6000立方米的设计标准,同时验证了该船15公里超长排距的挖掘输送能力。

  2018年11月23日,“天鲲号”又开赴大连开展挖岩实验,岩石是疏浚行业中的“硬骨头”,也最能考验船舶挖掘的性能。经过一个多月的反复磨合检验,“天鲲号”共进行了绞刀在岩床上的挖掘姿态试验、不同性能的刀齿试验、绞刀转速试验、极限横移拉力试验、正反刀挖掘试验5个方面的试验。成功完成挖掘60兆帕岩石强度,超过挖掘岩石强度50兆帕的设计标准,顺利度过了最后一道考验,至此“天鲲号”正式具备了投产能力。

  今年1月9日,经过近三个月的挖泥、挖岩试验,“天鲲号”顺利返航至江苏启东船厂。“大考”归来,“天鲲号”交出了一份令人满意的答卷。

  今年3月12日,“天鲲号”完成通关手续,成为亚洲最大的重型自航绞吸船,从江苏连云港开启首航之旅,奔赴“一带一路”沿线国家,为当地建设发展贡献中国力量。

(责任编辑:王蔚)

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