近海域25 m雙體全自動(dòng)水面清潔船的總體設(shè)計(jì)

吳培松

（蘇州飛馳環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，江蘇 蘇州 215621）

0 引言

我國大陸海岸線全長(zhǎng)18 000 km，近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，海洋垃圾對(duì)海洋環(huán)境的污染十分嚴(yán)重。海洋垃圾主要包括海面漂浮垃圾、海灘垃圾、海底垃圾。其中海面漂浮垃圾80%以上為塑料類垃圾（廢棄漁網(wǎng)浮漂、生活垃圾），另外還有木制品垃圾，密度最高的區(qū)域?yàn)楦鞣N農(nóng)漁業(yè)區(qū)、港口航運(yùn)區(qū)等近海域。入海排污口的不達(dá)標(biāo)排放，滸苔、水浮蓮等水生植物污染近海域事件也頻繁爆發(fā)。另外，某些漁港類近海域也存在漁船偷排廢機(jī)油等污染物。加拿大、日本、韓國開發(fā)過相應(yīng)的海洋垃圾清掃船，主要收集方式采用鏟斗式和抓斗式[1]，但國內(nèi)目前對(duì)海面漂浮垃圾水草收集和相關(guān)清掃船的研究基本屬于空白。該文針對(duì)我國近海域漂浮物的實(shí)際情況，研發(fā)了一種25 m雙體全自動(dòng)水面清潔船。

1 設(shè)計(jì)方案

25 m雙體全自動(dòng)水面清潔船主要用來收集各類水面漂浮垃圾水草及污油水，同時(shí)能將收集的垃圾自動(dòng)卸載到指定的裝載船、岸上、碼頭、垃圾運(yùn)輸車等適應(yīng)設(shè)備上[2]。該船主要由船體、作業(yè)功能裝置、上層建筑、動(dòng)力系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等5個(gè)部分組成，全面參照CCS《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》（2015）、《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》（2012）、《國內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則2011》，對(duì)各大部分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。清潔船的設(shè)計(jì)流程如圖1所示，船體主要結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1 。

表1 船體主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

2 詳細(xì)布置設(shè)計(jì)

25 m雙體全自動(dòng)水面清潔船的總布置圖如圖1所示，從船體艙室、主甲板、駕駛甲板三方面詳細(xì)說明布置情況。

2.1 船體艙室布置設(shè)計(jì)

該船船體采用雙頭雙體船型，其中包括位于兩側(cè)片體和位于中間的連接橋。連接橋的結(jié)構(gòu)按照中國船級(jí)社《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》（2015）以及修改通報(bào)（2016、2017）第2篇第19章雙體船附錄1雙體船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，其中抗扭箱體段約為Fr4（Fr N：指船舶肋位編號(hào)，N為0.5 m的倍數(shù)，以下同）至Fr4之間。為滿足垃圾收集的需要，收集口設(shè)置在約為Fr34～Fr40。兩側(cè)片體的艙室結(jié)構(gòu)布置包括7個(gè)部分。1）艉至Fr3：全封閉艉尖艙，設(shè)水密人孔蓋。2）Fr3至Fr8：空艙兼壓載艙，設(shè)出入口。3）Fr8至Fr26：主機(jī)艙，布置推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)、齒輪箱、推進(jìn)軸系、前端輸出系統(tǒng)。艙段前方設(shè)隔離燃油柜，艙中設(shè)隔離液壓油柜。Fr20至Fr25，左舷為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力的柴油機(jī)，右舷為發(fā)電機(jī)艙。4）Fr26至Fr27：燃油艙。5）Fr27至Fr38：輔機(jī)艙，設(shè)置對(duì)外油水分離裝置和污水箱。6）Fr38至Fr43：空艙兼壓載艙，設(shè)置泡沫儲(chǔ)液罐。7）Fr43至艏：艏尖艙，艙內(nèi)設(shè)置錨鏈艙。

2.2 主甲板布置設(shè)計(jì)

上層建筑為雙層整體結(jié)構(gòu)，為全鋁合金結(jié)構(gòu)[3]。主甲板上布置作業(yè)功能裝置。其中，首部為油污水收集裝置，采用喇叭口式收集頭，油污吸口寬度為4 m，吸口升降調(diào)節(jié)高度為水下0～1 m。收集的污油水經(jīng)過油水分離裝置處理后，清水直接排出舷外，污油排至污油箱。主甲板上設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)排放接頭，污油箱污油通過標(biāo)準(zhǔn)排放接頭定期排至岸上接收裝置。

中部為收集艙、存儲(chǔ)艙。收集艙和存儲(chǔ)艙之間的輸送帶由帶齒鉤高強(qiáng)度尼龍鏈片、鏈軸、連接片組成，該種輸送帶可以各類漂浮垃圾和水草。當(dāng)漂浮垃圾存放到一定量及高度時(shí)，啟動(dòng)存儲(chǔ)艙輸送帶向后移動(dòng)一段距離，使垃圾繼續(xù)向存儲(chǔ)艙后部移動(dòng)，繼續(xù)存放垃圾。存儲(chǔ)艙完全包覆在上層建筑內(nèi)；尾部為卸載艙。該船卸載方式是在船體側(cè)面卸載。卸載艙安裝在船體中后部，能伸出船側(cè)2 m，可單獨(dú)動(dòng)作。卸載艙通過2個(gè)液壓缸頂升至一定高度后卸載。收集艙、存儲(chǔ)艙、卸載艙均采用液壓驅(qū)動(dòng)。

2.3 駕駛甲板布置設(shè)計(jì)

駕駛甲板前部為上下斜梯和駕駛室，中部為休息室和會(huì)議室，會(huì)議室后部左右舷分別布置廚房間、衛(wèi)生間，最后部為休息平臺(tái)。駕駛甲板尾部左右舷各設(shè)有1套電動(dòng)水炮、1套電動(dòng)泡沫炮，射程為80 m，電動(dòng)水炮用于沖散密集漂浮物，電動(dòng)泡沫炮用作應(yīng)急消防水泡。

圖1近海域25 m雙體全自動(dòng)水面清潔船的總體設(shè)計(jì)流程

3 動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該船采用2臺(tái)濰柴WD10C278-15柴油機(jī)作為主機(jī)，功率，匹配杭齒HC201船用齒輪箱[4]。采用一臺(tái)205 kW柴油機(jī)供液壓系統(tǒng)和消防炮，另采用一臺(tái)64 kW發(fā)電機(jī)組向全船用電設(shè)備供電。根據(jù)規(guī)范要求設(shè)置艙底水系統(tǒng)、機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)和防污染系統(tǒng)等。

4 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該船采用3種電制。1）動(dòng)力系統(tǒng)采用AC380V，50 Hz，三相三線制。2）照明系統(tǒng)采用AC220V，單相雙線制。3）該船監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)、航行燈信號(hào)燈、應(yīng)急照明系統(tǒng)、通訊和導(dǎo)航系統(tǒng)采用DC24V，雙線制。按照規(guī)范要求配置主配電板、充放電板、助航分電箱、照明分電箱等[5]。該船電氣控制系統(tǒng)包括為船舶主機(jī)和舵機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、收集作業(yè)視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和收集裝置控制系統(tǒng)[6]。其中，收集作業(yè)視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置在駕控臺(tái)，船尾、船首、左右機(jī)艙、駕駛室等設(shè)航行工況攝像探頭，在主甲板作業(yè)區(qū)設(shè)作業(yè)工況攝像探頭，監(jiān)控系統(tǒng)具備攝像、多畫面、回放，儲(chǔ)存和傳輸?shù)裙δ?。收集裝置控制系統(tǒng)主要用于工作艙液壓缸升降和輸送帶的運(yùn)轉(zhuǎn)。

5 結(jié)語

該文是對(duì)近海域25 m雙體全自動(dòng)水面清潔船的總體設(shè)計(jì)。船體采用對(duì)稱片體雙體船船型，既滿足了穩(wěn)性、操縱性和安全性方面的要求，又能充分利用雙體船片體間的負(fù)壓吸附機(jī)理和船首變曲面吸漂流道線型，實(shí)現(xiàn)高效清漂。充分利用船首2個(gè)片體之間的豁口增加了油污收集裝置，采用輸送帶式的收集方式和前收側(cè)卸的收集卸載模式，保證了垃圾在收集和存儲(chǔ)作業(yè)的銜接連續(xù)性，可實(shí)現(xiàn)垃圾水草日常清掃、應(yīng)急油污收集和消防作業(yè)等多種用途功能，提高了收集效率和作業(yè)范圍。采用仿游艇式造型，造型美觀大方，上層駕駛辦公區(qū)與下層收集作業(yè)區(qū)相對(duì)獨(dú)立；駕駛室集中操控的收集作業(yè)視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和收集裝置控制系統(tǒng)，提高了清掃作業(yè)的安全性和舒適性。