2000m-3混凝土搅拌船的设计与应用_王强.pdf

第 31 卷 第 2 期2023 年 2 月Vol.31 No.2Feb.,2023船 舶 物 资 与 市 场 MARINE EQUIPMENT/MATERIALS&MARKETING0 引言中国海上风电前景广阔，市场需求巨大。为了落实新发展理念、保证国家能源安全，实现“双碳”目标，持续推动“风光”清洁能源大发展已成为国家战略。“北京风能宣言”提出，到 2030 年中国风能规模要达到 8109 kW，到 2060 年达到 30109 kW，而到 2021年底中国陆上风电装机容量只有 3.2109 kW，海上风电只有 2535 kW，未来中国风电建设市场十分巨大，海上风电的建设规模不亚于中国传统的港口建设。我国海上风电具有单机容量大型化、开发风场集约化和规模化、建设场址深远海化等特点，承台和桩基等基础设施对混凝土的需求量逐步增大，且需一次浇筑完毕，进而对大方量、高效率混凝土搅拌船需求大量增加。为此，针对大方量、智能化、环保混凝土搅拌船的设计与应用极为重要。中交三航局为解决企业承建的海工结构混凝土海上拌合、浇筑的工效及绿色环保施工难题，同时盘活企业闲置资产、充分挖掘现有船舶使用潜力，将企业闲置的“三航起 16”起重船通过技术研发改造成一艘连续生产能力达到 2000 m3的大方量、智能化、节能环保的混凝土搅拌船，将极大提高三航局及厦门分公司海上混凝土搅拌船作业能力，提升三航局在海上风电及海工混凝土结构市场的竞争力及整个行业的装备技术水平。1 船舶概况和总体性能参数1.1 原起重船“三航起 16”现状“三航起 16”建于 2012 年，船长 81 m，型宽 36 m，2000 m3混凝土搅拌船的设计与应用王 强（中交第三航务工程局有限公司厦门分公司，福建 厦门 361006）摘 要：混凝土搅拌船包含船体、生活楼、混凝土原料补料系统、生产系统、泵送系统，是建设桥梁、港口、海上风电桩基等大型海上建筑的装备保障。中交第三航务工程局有限公司的 250 m3/h 混凝土搅拌船（三航砼 22）采用了最新的设计规范与环保标准，集成了国内先进的工程机械设备，其海上混凝土生产能力与一次性浇筑能力均处于国内先进水平，具备稳性好、可靠性高、集成自动化、生产效率高、节能环保等优点。本文结合该船作业工况与更新改造，介绍了该船混凝土生产系统设计情况。关键词：搅拌船；水上浇注；工程船舶；混凝土中图分类号：U445.3 文献标识码：A DOI:10.19727/ki.cbwzysc.2023.02.014引用格式 王强.2000 m3混凝土搅拌船的设计与应用 J.船舶物资与市场,2023,31(2):42-44.收稿日期：2022-10-31作者简介：王强（1985-），男，本科，工程师，研究方向为船机管理。型深 5.4 m，起重能力 2200 t，T2 排放。该船是艘具备箱形船体、纵骨架式、单甲板钢质焊接结构的国际非自航起重船，专为港珠澳大桥 HKBCF 岛壁施工而量身打造，目前处于闲置状态。为保持船舶证书有效性和船舶状态完好以及防台防汛投入，每年的维护、保养、管理成本相当高。1.2 改建混凝土搅拌船总体布置规划混凝土搅拌船由主船体、位于船体前方的布料系统、位于船体中间的混凝土生产系统和位于船体后方的生活区组成，其中混凝土生产系统由搅拌主楼、骨料楼、骨料进料系统、骨料配料系统以及废砼处理系统组成。保持船舶主尺度不变，拆除原起重船起重设备、两侧甲板室，新增甲板居住舱室。主甲板上甲板室前部布置骨料舱，中首部布置搅拌系统及粉料舱，首部布置 2 个布料臂。骨料舱右侧布置皮带上料系统及 1 台抓斗起重机。原起重船中部的燃油舱、淡水舱和压载水舱改造为骨料输送舱和废砼处理舱，新增燃油舱、淡水舱，左右舷一对压载舱改造为生产用淡水舱。船员的住宿环境必须符合2006 年海事劳工公约和有关法律、法规的规定，对船舶进行重大改建设计，以满足生产、生活和各种工况对船舶安全性能的要求。1.3 主要性能规划“三航砼 22”混凝土搅拌船重大改建是三航局推进核心装备自有化的重要工程项目，是艘能够实现 2000 m3混凝土连续生产的海上移动设备。其总体布置图如图 1第 2 期 43 所示，主要参数见如表 1 所示。改建后作业环境条件：风力蒲氏 7 级，水流速度 2.5 m/s，浪高1.5 m，水深30 m，就地抛锚抗风10级，在国内沿海作业、近海调遣。图 1 混凝土搅拌船总体布置图表 1 三航砼 22 主要参数型长/m 型宽/m 型深/m设计吃水/m工作吃水/m定员/人总吨/t净吨/t81365.43.93.926914627432 主要技术设计2.1 存储仓的参数选定混凝土搅拌船搅拌系统的详细设计应根据原船体、搅拌系统各主要机构和布料机等关键设备的主要参数进行。通过校核船体结构和优化设备布置，搅拌船最终设计的主要参数为：双线生产能力为 250 m3/h，2 台主搅拌机各配备1套独立的骨料、粉料和液体计量输送系统。主甲板艏部设有搅拌楼 1 座（2 机与主楼相连）、混凝土拖泵 2 台、布料臂 2 台。在船中位置自首至尾左右对称布置粗石、细石、砂储舱；船首搅拌楼位置自首至尾左右对称布置水泥、粉煤灰、矿粉仓；中部布置 1 个水泥仓和 1 个膨胀剂舱；减水剂罐和除锈剂罐布置在主甲板首部两侧。为满足不同作业工况的多种混凝土生产需求，配备 3 个水泥仓和 6 个储石仓以便于不同标号水泥和不同尺寸石子的分仓装载，综合考虑船舶主要尺寸、舱室布置、生产损耗、仓余等因素，最终确定各原料储表 2 三航砼 22 各种原材料仓容量原料仓容/t数量沙仓8002骨料仓布置细石仓 13502细石仓 23502粗石仓8002粉料仓布置水泥仓2752水泥仓3501膨胀剂仓1001粉煤灰仓2502矿粉仓1002添加剂罐布置减水剂罐102阻锈剂罐102生产用水4002仓容量，如表 2 所示，储料仓总容积可供搅拌站连续生产至少 2000 m3混凝土。2.2 骨料进料系统一般的混凝土搅拌船，大多配置装载机或抓斗吊进行上料并采用敞篷进料。不仅要增加操作人员数量，采用的装载机还存在尾气排放和噪音污染，敞篷进料容易造成粉尘飞扬，不利于海洋环保。图 2 骨料进料系统为避免以上问题的发生，该船舶改建采用混凝土搅拌船的骨料进料系统，如图 2 所示。该系统结构紧凑，布局合理，不需配置装载机进行上料，能有效减少操作人员数量，同时减少装载机的尾气排放和噪音。整个进料系统采用带舱盖的全封闭结构，能在进料时，防止粉尘飞扬，有效改善工作环境1。2.3 骨料配料系统混凝土搅拌船采用新型的骨料配料系统，如图 3 所示。左、右线均配置配料计量斗、骨料输送带、提升机、中转输送带、折弯挑头皮带机；骨料输送带设在配料计量斗的下方；二级提升机的后、前端各自位于骨料输送带的前端的正前方和伸到骨料过渡中储舱；左线中转输送带的左、右端各自位于左、右线提升机的后端上方；右线中转输送带的左、右端各自位于左、右线提升机的后部上方；左、右线折弯挑头皮带机的后端各自与左、右线骨料输送带的前端连接，左、右线线折弯挑头皮带机的前端各自位于左、右线中转输送带的左、右端上方。可实现左、右线的骨料同时或交替使用，并在左、右线搅拌室之间设置共用水泥舱和公用膨胀剂舱实现左、右王强：2000 m3混凝土搅拌船的设计与应用船舶物资与市场第 31 卷 第 2 期 44 线搅拌室调节使用，防止偏载现象，从而实现连续生产混凝土2。左线骨料输送带 左线折弯挑头皮带 左线中转输送带机 左线提升机 左线骨料过渡中储舱右线骨料输送带 右线中转输送带 右线折弯挑头皮带 右线提升机 右线骨料过渡中储舱图 3 骨料配料系统2.4 废砼处理系统混凝土搅拌船在生产混凝土的过程中，通常会产生各种砼废料（通常由碎石、沙子和废水构成），将这些废料直接排至水里或陆地上容易导致自然环境带来极大破坏。主甲板 废砼处理舱骨料输送舱出料溜槽 污水处理器 振动筛卸槽 振动筛AA压滤机 压滤清水箱 左线搅拌主机 右线搅拌主机 出料溜槽BB图 4 废砼处理系统为解决上述问题，本船在改建过程中采用混凝土搅拌船的废砼处理系统，如图 4 所示。这一系统可自行对砼废料进行处理，有效避免砼废料对环境的污染，过滤后获得的清水可用于工业生产，从而降低工业生产的成本。2.5 电力负荷控制原船机舱设 2 台主发电机组（350 kW，400 V，50 Hz三相）；设1台停泊发电机组（64 kW，400 V，50 Hz三相）。改造后新增电力设备较多，根据电力负荷计算结果，进行混凝土搅拌作业时，发电机负荷率达到 84.66%，负荷率偏高。深入研究该船各工况下电力负荷，决定将混凝土搅拌系统电力供应与原船电力系统分开布置。在主甲板上新增 2 台 400 kW 箱式发电机组，每台发电机组负责 1套搅拌系统电力供应，且 2 台发电机组互为备用；机舱主发电机组负责移船使用及日常用电，并提供 1 套搅拌系统工作的备用电力。更改方案后，进行混凝土搅拌作业，甲板箱式发电机负荷率 66.67%；进行移船作业，机舱主发电机负荷率 79.33%，应急生产时机舱主发电组可为 1套搅拌系统提供电力供应，提高了船舶的利用率，同时也增强混凝土搅拌船生产施工的可靠性和安全性。3 船舶改建全船改建历时 8 个月，即完成船舶改造项目、相关试验取证、搅拌系统调试和计量检验等工作，船舶具备生产能力，投入公司在建工程中使用，效果较好。建造过程中根据实际情况，对原设计进行了少量优化和修改，主要包括：1）研发一种节能环保型混凝土搅拌船，改善搅拌船工作环境，防止粉尘飞扬，平衡消耗左、右线骨料舱的骨料，实现连续生产混凝土。2）研发一种混凝土搅拌船数据交互系统，外接搅拌机工控系统和岸基服务器，实现对混凝土搅拌船生产、用料信息的实时采集，提升数据的及时性和透明性。3）研发一种混凝土搅拌船的骨料进料系统，使骨料配料系统结构紧凑、布局合理，能防止粉尘飞扬。既能提高混凝土的工作性能，又能降低生产成本，提高企业的经营效益，解决环境污染问题，提高资源利用率，形成综合效益。4）研发一种混凝土搅拌船的骨料配料系统，使左、右线骨料舱的骨料平衡消耗，实现连续生产混凝土。5）研发一种混凝土搅拌船的废砼处理系统，通过自行对搅拌船上的砼废料进行处理，有效避免砼废料对环境的污染，过滤后的清水可用于工业生产，降低工业生产的成本。4 结语通过研究与实践，将闲置的专用起重船改造为大型搅拌船，可充分挖掘现有闲置船舶的使用潜力，改造后的搅拌船连续生产能力达到 2000 m3，每年可减排约 900 t 碳氧化物，对促进船舶节能减排，加快船舶更新升级，助力“双碳”目标的实现，具有重要意义。参考文献：1 汪亮,刘勇,袁鹏,等.2 MVA 电磁搅拌电源逆变模组设计与应用 J.电力电子技术,2022,56(3):30-33.2 王现鹏,梁勇钧.新型榫卯混凝土结构节点设计与应用 J.新型建筑材料,2022.49(2):86-89.