耙吸式挖泥船的复合驱动技术，“一机多带”成效斐然

耙吸式挖泥船是指，具有自航能力且设有大装载泥舱，并配有泥泵和耙头、耙管的挖泥船。它的工作原理是：在低速航行时放下耙头，使其接触作业面，在泥泵真空吸力的作用下，紧贴底部泥层的耙头连续吸起泥砂经由泥管进入泥舱，在泥舱满后自行运至排泥处排掉舱内的泥砂，接着再自行返回作业区域作业。

耙吸式挖泥船

这样的话，挖泥船的实际每个工作循环由3种工作状态构成：一是，挖泥船空载快速驶向疏浚作业地点，此时推进功率需求较高；二是，到达作业地点后进行挖泥作业，此时推进功率需求较低，泥泵功率需求及冲水泵等电力负荷功率需求较高；三是，挖泥船满舱后从作业区域快速驶向抛泥区域，此时推进功率需求较高。相较于其它类型的挖泥船，耙吸式挖泥船的作业工况频繁多变，对动力装置的设计要求也更高。

挖泥船艏喷

耙吸式挖泥船动力装置所面临的问题

20世纪90年代以后，耙吸式挖泥船的作业区域，逐步由近海浅水区域朝外海深海区域发展，大型化已成耙吸式挖泥船重要的发展趋势。在此背景下，耙吸式挖泥船的航速也越来越高，从早期的15~16kn逐步提升至17~18kn。熟悉笔者文章的都知道，船舶主机所需的马力与航速的立方成正比，这意味着耙吸式挖泥船的“航行调遣工况”功率的急剧增加。此外，耙吸式挖泥船的舱容、挖深不断增加，除了导致舱内泵功率增加外，还得加装大功率的潜水泵；而超大型耙吸式挖泥船为了提高操纵性能还会加装艏艉侧推装置等，所有这些功能的升级都依赖于功率的支撑。

大型耙吸式挖泥船的挖深可达140~160m

而大型自航式耙吸挖泥船有一个重要的技术指标，即动力系统装机总容量（主机和辅机， 不包括应急机组）与泥舱容积的比值，称之为单位泥舱装机功率（单位：kW/m3） 。除主推进系统外，泥泵、高压冲水泵、侧推、液压系统等配套设备也是能耗大户。如按以前设计思路（一机一带）去设计耙吸船动力系统，推进器、泥泵、发电机，甚至高压冲水泵均应有柴油机作为原动机进行驱动，那么在这样一艘大型耙吸式挖泥船上将配置多达10台柴油机，计算单位泥舱装机功率往往会大于2kW/m3 ，甚至更高。

泥泵

举个浅显的例子，我国某研究所在承接某单位4200m3耙吸挖泥船设计任务时，由于基层用船单位的习惯，导致该船的动力装置采用了传统的“一机一带”的模式，结果导致该船装备了10台柴油机，总装船功率高达10000kW，是国外同类型船舶的1倍左右。而实际中，耙吸式挖泥船正常疏浚作业时，主机往往运行在40%-80% 的负荷下，这造成主机的“闲置”功率过高，这样的结果是：挖泥船初投资高，造成经济性下降，且船体舱室布置困难，减少了有效装载容积，以及柴油机过多造成的不必要能耗增加，对环境污染的可能性也加大。

当主机过多，机舱布置就会非常困难

动力装置的复合驱动技术

近十几年来，国外大型、超大型耙吸式挖泥船的单位泥舱装机功率逐步下降，现一般都已在1.5kW/m3时以下，先进的实例已小于1kW/m3。这得益于复合驱动技术的应用。

所谓的复合驱动技术，就是指主机等动力源的“一机多带”技术，通过合理配置，使各种工况下都能尽可能充分利用装船功率，减少动力装置，以尽可能小的能耗获取更大的功效。常见的复合驱动模式有：主机“一拖二”和“一拖三”。主机“一拖二”一般是指主柴油机既作为主推进系统的原动机，同时也可以作为带动轴带发电机的原动机；主机“一拖三”则更为复杂，即一台主柴油机不仅能为船舶提供主推进系统的动力，同时也可作为轴带发电机的原动机以及泥泵的原动机。

采用了复合驱动技术的耙吸式挖泥船动力装置实例

复合驱动技术的优势

采用了复合驱动技术的耙吸式挖泥船，主机可基本运行在60%～ 100% 的负荷区间，这恰恰是主机运行的最佳经济区间，可大大提高主机的燃油经济性。同时，在该区间内也能保证柴油机的功率充分使用，大大降低了整船的单位泥舱装机功率。整船柴油机台数减少意味着装机容量减小、有效装载容积增加、初投资大大降低、营运成本包括日后柴油机的总维护成本也大大降低，其经济性不言而喻。

合理的负荷能提高主机经济性

电推时代对复合驱动模式展望

近些年，电力船的发展迅猛，尤其是综合电力推进技术的出现，更是给耙吸式挖泥船指明了新的方向。设想一下，在综合电力技术的基础上，柴油机作为发电机的原动机，既可去掉齿轮箱简化结构直接驱动发电机，又可使柴油机保持在最佳经济转速下工作，提高经济性；在另一面，发出的电通过统一管理调配，那么复合驱动模式也将更加灵活高效。虽然现有耙吸式挖泥船采用全电驱动的仅属个例，但是相信它的未来前景一定是光明的。

电力驱动的船舶

参考文献：《印象国内外疏浚装备》，《大型自航耙吸式挖泥船“新海凤”轮机概述》，《11000m3耙吸式挖泥船动力系统模拟改装》，《6500m3耙吸式挖泥船动力装置选型研究》，《大型耙吸挖泥船“ 新海虎” 号的轮机设计》