CN106088200A - 一种模块化环保疏浚船 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化环保疏浚船，包括浮箱模块、定位桩系统模块、桥架系统模块、挖掘设备模块、门架模块、支撑平台模块、动力系统模块、推进系统模块、居住及控制系统模块、操纵模块。本发明通过功能模块标准化，便于陆路运输及拆装，可通过汽车运达指定湖库区域进行拼装后作业，系列船可根据需要进行标准化模块互用。

Description

一种模块化环保疏浚船

技术领域

本发明涉及环保疏浚技术领域，特别涉及一种模块化环保疏浚船，适用于江河湖库环保疏浚。

背景技术

湖库经长年运行慢慢会出现严重的泥沙淤积现象，大大削减了湖库的有效库容、危及水库大坝，同时底泥中含有有害的污染物对水体形成了污染内源。为解决库区淤积及内源污染问题，需要通过疏浚船等挖泥机械进行清淤。

湖库环保疏浚相对传统疏浚来说有更大的技术难度，同时水库清淤还有其自身的特点和技术难点：

(1)环保疏浚在施工过程中需避免或尽量减少底泥污染物向水体的释放造成二次污染，并对污染底泥进行后处理。

(2)清除污染物时为防止漏挖和超挖，不伤及原生土或将污泥层与沉积泥沙混合，对挖掘精度要求高，通常环保疏浚的施工精度约为5～10cm，而工程疏浚的精度约为50cm，传统疏浚装备无法满足精度要求。

(3)清除污染物时吸入浓度要求高，需要高浓度的吸入和尽可能低的溢出，以减少余水处理量，提高治理效率。

(4)水库多位于内陆及高山峡谷地区，传统的疏浚装备(如绞吸挖泥船、耙吸挖泥船等)无法到达，只能通过陆路运输的方式将疏浚装备送到指定施工地点，因此对疏浚装备的重量和尺寸要求尽量小型化、轻巧化。

(5)不同的水库、库区的水深差别大，而且最大水深比较深，对疏浚设备的挖深适应能力要求高。

(6)水库库底地势条件和沉积物成分复杂(如污染泥层、粗砂层、鹅卵石等)，对挖掘设备要求高，单一化的挖掘设备难以满足施工要求。

水库库区施工对环境环保要求高，不但要避免底泥污染物造成二次污染，同时还要避免或最大程度减少疏浚装备本身对库区环境造成污染。

目前国内主要用于沿海港口、航道的清淤及围海造陆的挖泥船，包括各种大型的绞吸、耙吸、抓斗、反铲、斗轮等挖泥船，属于传统型的疏浚船。或在传统船舶基础上进行改造，但均难以解决上述的技术难点问题。

因此，针对上述技术难点问题，设计适用的环保疏浚船，并将其功能模块标准化设计，便显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块化环保疏浚船，便于陆路运输，可通过汽车运达指定湖库区域进行拼装后作业，系列船可根据需要进行模块标准化互用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种模块化环保疏浚船，其特征在于，包括：

浮箱模块，浮箱模块为船舶主体；

设置在浮箱模块后端的定位桩系统模块；共有两套且对称分布，用于作业时船舶的定位和移位；

设置在浮箱模块上的桥架系统模块；

设置在桥架系统模块前端的挖掘设备模块；

设置在浮箱模块前端的门架模块；

设置在浮箱模块和桥架系统模块上方的支撑平台模块；

设置在支撑平台模块上的动力系统模块；

设置在浮箱模块前端的推进系统模块；

设置在支撑平台模块上的居住及控制系统模块；

设置在支撑平台模块上的操纵模块。

在本发明的优选实施例中，所述浮箱模块至少包括首边浮箱、尾边浮箱和主浮箱，三者依次连接。进一步，所述浮箱模块还包括中边浮箱，中边浮箱连接在首边浮箱和尾边浮箱之间。

在本发明的优选实施例中，所述动力系统模块为船电系统模块或岸电系统模块。所述船电系统模块可采用柴油和LNG燃料模式。

在本发明的优选实施例中，所述门架模块至少包括门架主桁模块、抛锚杆支撑模块和桥架支撑A架模块；门架主桁模块为抛锚杆支撑模块和桥架支 撑A架模块提供支撑；抛锚杆支撑模块为抛锚杆系统提供支撑，上端设置抛锚杆上绞点，下端设有抛锚杆底座绞点。门架主桁模块亦可作为抛锚杆支撑模块。

在本发明的优选实施例中，所述推进系统模块包括两套挂浆式推进系统模块，推进系统模块将全回转螺旋桨、电机装置集成为一独立模块。

在本发明的优选实施例中，所述居住及控制系统模块将居住休息、卫生单元及其储存舱柜、排放泵、冲洗及排放管路集成于一体，控制系统部分集成了包括配电系统、变压变频系统及相关接口。

本发明技术方案带来的有益效果：

1、功能模块标准化，便于陆路运输，可通过汽车运达指定湖库区域进行拼装后作业。

2、单船可根据挖深、动力方式、挖掘土质等情况需要进行不同的功能模块组合组装，系列船可根据需要进行模块标准化互用。

3、大挖深、适应挖深范围广。可根据需要进行模块组合，满足最大挖深范围为25m～40m的大挖深需求，在满足湖库水深需要的同时，用最合适的船舶及机械尺度进行作业，即方便运输、拼装、操作，又一定程度上节能减排。

4、采用新型疏挖设备进行封闭式切削，减少对周围水体的扰动。

5、疏挖设备和泥泵采用自动变频控制，使切削量和泵吸量保持合理的比例，既可减少扩散，又可提高浓度。

6、根据疏挖土的特性配置不同的疏挖设备，提高疏挖效率。

7、减少船舶本身对环境造成二次污染，水下驱动单元均为电力驱动，不存在污染风险。

8、采用高精度平面定位系统和动态传感器，对船位和疏浚刀具位置进行精确控制，定位精度±5cm。移位及深度控制绞车采用变频控制技术，速度控制精度高达1/50。

9、单船即可完成疏浚作业需要。

本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。

附图说明

图1为本发明的示意图。

图2为本发明的俯视示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本发明。

参见图1和2，一种模块化环保疏浚船，主要包括浮箱模块、定位桩系统模块、桥架系统模块、挖掘设备模块、门架模块、支撑平台模块、动力系统模块、推进系统模块、居住及控制系统模块、操纵模块。通过功能模块标准化，便于陆路运输，可通过汽车运达指定湖库区域进行拼装后作业，系列船可根据需要进行模块标准化互用。

1、浮箱模块10

浮箱模块是本船的船舶主体，提供本船在水面工作的浮力及主要支撑，是其他功能模块能正常作业的基础。

在本实施例中，浮箱模块由2个首边浮箱、2个中边浮箱、2个尾边浮箱和1个主浮箱组成，浮箱之间通过连接装置、支撑平台、门架连接固定。首边浮箱与中边浮箱连接、中边浮箱与尾边浮箱连接、尾边浮箱与主浮箱连接。在最大挖深需求较小时，可配合其他模块需要将2个中边浮箱省掉，首边浮箱直接与尾边浮箱连接。

本船的浮箱模块精巧设计，使船舶在较小的船体尺度下实现了大挖深的功能。

2、定位桩系统模块20

本船在左右尾边浮箱后端备配两套定位桩系统，主要用于作业时船舶的定位和移位。

定位桩系统主要由“定位钢桩、倒桩架、倒桩油缸、升降油缸、钢丝绳、驱动系统、钢桩支架”等部分组成。

定位钢桩采用自主研发的可拆式钢桩——钢桩分为若干个既独立又统一的部分，每一部分的尺度和重量均控制在便于运输的范围内，既方便运输和 拆装，又可以在不同的最大挖深需求进行有机组合。

升降油缸安装于倒桩架上，与倒桩架既可独立又可形成一体，通过钢丝绳拉动进行升降桩作业。

倒桩架以可拆卸的方式安装在尾边浮箱尾端，可通过倒桩油缸将定位桩倒下平方到布置于浮箱上的钢桩支架上，便于船舶航行及拖航。

定位桩系统在船舶作业时操作如下：

下左桩入泥定位，通过横移绞车带动船舶绕桩转动进行扇形挖掘作业，完成一次扇形挖掘作业后，下右桩入泥定位、升左桩出泥，进行下一次扇形挖掘作业，依此往复。

3、桥架系统模块30

本船的桥架系统模块集成“桥架结构、泥泵及其电机、泥泵封水管系、泥泵电机冷却管系、泥管管系、泥泵及绞刀动力驱动系统、横移绞车、横移滑轮、起升滑轮”等部分于一体，是一个构成复杂的模块。

桥架根部为板架式结构，通过耳轴耳板与主浮箱连接，可绕耳轴转动。横移绞车布置于耳轴前的板架式结构区域，可随着桥架的收放与之整体转动。桥架前端为板架式结构，该区域布置水下泥泵、泥泵电机、横移滑轮、起升滑轮组等。泥泵电机为水下电机时该区域板架结构为开敞的非水密结构；泥泵电机为非水下电机时该区域结构局部为水密的箱体结构，电机密封于箱体之内。该板架式结构最前端设置连接法兰，用以连接挖掘设备模块。桥架的中部为桥架结构的主体，由于湖库挖深大，相应需要比一般疏浚船更长的桥架，为保证桥架的强度、刚度及抗扭性的同时尽量减轻桥架重量，桥架结构主体采用桁架式结构。

泥管管系、泥泵及绞刀动力管系和电缆沿桥架结构内部布置。泥管管系于桥架耳轴处设置橡胶软管，软管前端与桥架内的钢质泥管对接，软管后端与主浮箱上尾排的钢质泥管对接，使得桥架可以在其工作范围的角度内绕耳轴旋转时不影响到泥管管系的工作。根据设计挖深范围，将桥架系统模块分为四个子模块分段，使桥架可拆装成适应不同最大挖深需要的长度，同时使解决了超长尺寸桥架系统模块的运输难题。泥管系统、驱动系统在每个子模块端部均设置易于连接的连接法兰、快速接头等，使桥架的子模块能够根据 需要进行有机组合组装。

将为桥架上泥泵服务的封水泵、泥泵电机冷却水泵及管系等尽可能集成于桥架上，避免管系通过耳轴时占用空间，同时减少每次拆装过程中的工作量。

4、门架模块40

本船门架结构装置根据功能需要，由“门架主桁模块、抛锚杆支撑模块和桥架支撑A架模块”等三部分有机组合构成，满足“收放桥架、固定桥架、抛锚杆铰链支撑、抛锚杆限位及固定、浮箱连接”等多种功能需求。

本门架装置为桁架式结构，通过铰接和螺栓连接相结合方式，使三个功能模块既能形成一个有机整体，又可以根据运输及功能需要进行模块拆装、折叠。在运输需要时可将“抛锚杆支撑模块”拆成独立模块后折叠装运，可将“门架主桁模块”折叠后装运，大大节省了装运空间、减少了装运难度，同时组装起来也非常方便。

门架主桁模块是本门架结构装置的主要支撑结构，具有足够的强度，可作为船体浮箱的连接桥，同时为“抛锚杆支撑模块”和“桥架支撑A架模块”提供支撑。

抛锚杆支撑模块主要为抛锚杆系统提供服务，上端设置抛锚杆上绞点，下端可兼作抛锚杆底座绞点，同时可在抛锚杆回收的时候起到定位及绑定作用。该模块可以使抛锚杆的绞点最大程度地接近舷侧，在抛锚杆长度不变的情况下可以将锚抛得更远，有效减少抛起锚次数。

桥架支撑A架模块主要为桥架系统服务，为桥架收放、固定提供支持，在船长不变的情况下使桥架起升点尽量放远，加大桥架的作业范围，确保起升滑轮在起桥、放桥时钢丝绳处于有利角度，使起桥系统以最小的功率达到作业需求。

5、挖掘设备模块50

本船采用“普通绞刀”、“环保绞刀”及“特殊绞刀”等多种挖掘设备相配合，适应湖库水底复杂环境的需求，降低对底泥扰动和周围水体的挤压，提高吸入浓度并降低余水的处理量。三套挖掘设备可以根据需要进行拆换，安装到标配的桥架接头处。

环保绞刀可在挖掘污染泥层时减少因扰动导致污染物向水体扩散，从而达到挖掘时减少/避免产生二次污染。

普通绞刀的挖掘性能较好、效率高，在污染严重的泥层挖掘完之后，需要进一步清理底泥时使用可以有效提高工作效率。

可拓展安装专门开发的特殊绞刀，如可实现精准而可有效处理堤坝附近的淤积物，避免疏浚时损害堤坝；可处理含鹅卵石淤积物等等特殊绞刀。

6、动力系统模块60

本船的东西系统可标准化配备船电模块和岸电模块。

1)船电系统模块

采用箱体式静音发电机组，配备一台主发电机组，一台应急兼停泊发电机组，两台发电机组均为独立的单元模块。主发电机组模块主要供疏浚作业用电，应急兼停泊发电机组主要供船舶在停泊及维修时使用。

船电模块布置在浮箱上的支撑平台模块上，通过集装箱脚连接固定，连接处的管路及电缆设置快速接头，即方便拆装，又便于运输。

船电模块可分为以下三种形式：

常规柴油发电机组模块

LNG燃气发电机组模块(环保，需配备燃料储罐)

柴气双燃料发电机组模块(环保，需配备燃料储罐)

2)岸电系统模块(环保)

本船配备箱体式的岸电系统模块。

在具备岸电作业条件的湖库区域作业时，可不装船电模块，改用岸电受电模块，将岸电连接到船上通过岸电受电模块转换后分配给用电设备及系统。使用岸电模块可以减少船舶排气污染，提高船舶运营的经济效益(亦可将船电模块放在岸上负责发电再接至船上的岸电受电模块，以使船舶更加精巧，同时更方便加油)。

7、推进系统模块70

本船在船首配备两套挂浆式推进系统模块，船舶在不需要其他船舶辅助情况下即可在湖库内自行移位、调遣。推进系统模块将全回转螺旋桨、电机等装置集成为一独立模块，方便拆装、运输。

8、抛起锚系统模块80

抛起锚系统模块由抛锚绞车、抛锚杆系统、锚架等部分组成，在船舶作业时负责抛起锚，辅助船舶通过横移锚横移实现扇形挖掘作业。

本船的抛锚杆系统是专门为解决尺度较小的绞吸船配备而设计的一套新型装置，优化了传统的抛锚杆装置，经过巧妙设计该系统比传统的抛锚杆系统可省一台绞车，即简化机构又能适应环保疏浚船空间小的需求。

9、支撑平台模块90

本船共设两个支撑平台模块，跨中布置于左右边浮箱上，支撑平台模块底脚与浮箱模块通过螺栓连接，可方便拆卸。

支撑平台的主要作用是为动力系统模块、居住及控制系统模块、操纵模块、起桥绞车等提供支撑，同时用作左右边浮箱的连接结构(相当于两边浮箱的连接桥)。

10、居住及控制系统模块100

本船将居住舱室及控制系统集成为一个独立的模块。

居住舱室部分将居住休息、卫生单元及其储存舱柜、排放泵、冲洗及排放管路等集成于一体，可跟随模块整体拆装，污水系统无任何部分需要拆装，既减少了船舶拆装工作量，又避免在拆装过程污水泄漏对水体环境造成污染。

控制系统部分集成了包括配电系统、变压变频系统及相关接口等，涵盖了本船疏浚、推进等操作功能的电气控制系统，满足在不同的动力方式间的转换需要。

采用高精度平面定位系统和动态传感器，对船位和疏浚刀具位置进行精确控制，定位精度±5cm；移位及深度控制绞车采用变频控制技术，速度控制精度高达1/50。

11、操纵模块110

操纵模块是一个集全船自动化设备控制于一体的独立模块，安装于居住舱室上方。主发电机组、应急兼停泊发电机、定位桩系统、泥泵发电机、横移绞车、起桥绞车、推进系统、航行信号灯、抛起锚系统、挖掘设备等全船各项自动化设备及系统均可通过操纵模块完成。

操纵及控制系统模块使本船实现了高度自动化，1～2人即可操纵作业。

12、驱动系统

本船的动力驱动系统采用电力变频驱动及少部分液压驱动相结合的方式，相比其他采用纯液压驱动的船，既有效提高了功率的使用效率，一定程度上节能减排，又减少了液压油泄露的可能性。

其中，泥泵、挖掘设备、推进设备、横移绞车、起桥绞车、抛起锚绞车、各类水油泵等大部分设备均采用电力变频驱动方式，仅定位桩系统采用液压驱动方式。液压泵站间布置于尾边浮箱上尽量靠近定位桩系统区域，通过巧妙布置，减少了液压管路长度，同时在模块拆卸时仅需拆少数几路液压管即可，大大减小了因液压管路破损导致液压油泄露的风险。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种模块化环保疏浚船，其特征在于，包括：

浮箱模块，浮箱模块为船舶主体；

设置在浮箱模块后端的定位桩系统模块；共有两套且对称分布，用于作业时船舶的定位和移位；

设置在浮箱模块上的桥架系统模块；

设置在桥架系统模块前端的挖掘设备模块；

设置在浮箱模块前端的门架模块；

设置在浮箱模块和桥架系统模块上方的支撑平台模块；

设置在支撑平台模块上的动力系统模块；

设置在浮箱模块前端的推进系统模块；

设置在支撑平台模块上的居住及控制系统模块；

设置在支撑平台模块上的操纵模块。

2.根据权利要求1所述的一种模块化环保疏浚船，其特征在于：所述浮箱模块至少包括首边浮箱、尾边浮箱和主浮箱，三者依次连接。

3.根据权利要求2所述的一种模块化环保疏浚船，其特征在于：所述浮箱模块还包括中边浮箱，中边浮箱连接在首边浮箱和尾边浮箱之间。

4.根据权利要求1所述的一种模块化环保疏浚船，其特征在于：所述动力系统模块为船电系统模块或岸电系统模块。

5.根据权利要求1所述的一种模块化环保疏浚船，其特征在于：所述门架模块至少包括门架主桁模块、抛锚杆支撑模块和桥架支撑A架模块；门架主桁模块为抛锚杆支撑模块和桥架支撑A架模块提供支撑；抛锚杆支撑模块为抛锚杆系统提供支撑，上端设置抛锚杆上绞点，下端设有抛锚杆底座绞点。

6.根据权利要求1所述的一种模块化环保疏浚船，其特征在于：所述推进系统模块包括两套挂浆式推进系统模块，推进系统模块将全回转螺旋桨、电机装置集成为一独立模块。

7.根据权利要求1所述的一种模块化环保疏浚船，其特征在于：所述居住及控制系统模块将居住休息、卫生单元及其储存舱柜、排放泵、冲洗及排放管路集成于一体，控制系统部分集成了包括配电系统、变压变频系统及相关接口。