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《中国交通报》:匠心细琢成就“国之重器”——记“天鲲号”自航绞吸挖泥船监造技术团队

发布时间: 2019-09-05     来源: 中国交通报 2019年04月09日

 

绞刀旋转


 

“天鲲号”监造组组长王健(左二)和团队一起研讨


 

驶向深蓝的“天鲲号”


 

“天鲲号”试挖

 

二千五百年前,庄子梦见一只鲲鹏,能水击三千里,扶摇直上九万里。

如今,寓言变成现实。中国交通人化“鲲”为船,建造了亚洲最大的重型自航绞吸挖泥船——“天鲲号”。

作为新一代“造岛神器”,“天鲲号”是我国首艘从设计到建造完全拥有自主知识产权的重型自航绞吸挖泥船。其诞生,填补了我国疏浚装备建造领域的空白,标志着中国疏浚装备国产化迈入新阶段,为实现科技强国、制造强国、海洋强国的中国梦增添了新羽翼。

而让“天鲲号”腾飞的那群人,视三载春秋如一日,一头扎进条件艰苦的造船厂,在建造中不断劈波斩浪,规避无数“暗礁险滩”,用自己的智慧和汗水,倾力打造这艘世界领先的钢铁巨舰。

干惊天动地事,做隐姓埋名人。他们,就是“天鲲号”自航绞吸挖泥船监造技术团队。

“别启东,人难舍,意深情长。想当年,明知险,偏向前闯。三年苦楚谁人知?八载探索终天亮。”

2019年3月4日,重型自航绞吸挖泥船“天鲲号”缺陷消除证明文件正式签署,标志着“天鲲号”所有技术监造工作全部完成。“天鲲号”监造组组长王健在自己的微信朋友圈里写下这首诗,用以告别数载的奋斗岁月。

重任在肩 挑战世界领先关键技术

重型挖泥船属于高技术含量、资金密集型的“国之重器”,也是被无数国人爱称的“造岛神器”。无论是世界最大人工深水港——天津港的开挖,还是长江口深水航道的疏浚,都离不开它们的身影。

王健介绍说,近年来,整个疏浚行业面对的挑战越来越严峻,土质坚硬、输送距离长、工况恶劣等因素使得传统挖泥船已经不能完全适应。一些工程由于生态环境保护等原因,不得不转由重型绞吸船承担,如苏伊士运河和巴拿马运河拓宽、远海岛礁建设等。

同时,很多疏浚工程要求的排距也越来越长,如曹妃甸围海造地和珠海横琴工程项目等,施工排距超过13公里。  为适应此类工程施工,更好地满足国家经济发展和国防建设需要,建造拥有超强挖掘能力、更远输送能力以及适应特殊恶劣工况施工的重型自航绞吸挖泥船,成为当务之急。

在这种情况下,“天鲲号”应运而生。

2015年12月,由中交天津航道局有限公司(以下简称“天航局”)投资建造的重型自航绞吸挖泥船“天鲲号”正式开工建造。在业内专家看来,“天鲲号”的建造难度不亚于造一艘国产航母。

此前,国内尚无此类船舶的设计建造经验,且国内尚不具备重型自航绞吸挖泥船建造模拟实验环境,从船舶初步设计到技术规格书的制定,再到生产设计,整个过程举步维艰,船舶建造只能在实际生产中一步步推进。

船舶建造的关键核心技术,要不来、买不来、讨不来。为此,天航局成立了船舶技术监造组,时任天航局副总工程师的王健主动请缨,担任“天鲲号”的监造组组长,同时召集了冯长华、费牖公等在自己造船生涯中配合默契的同事,与几个好学肯干、专业知识丰富的年轻人一起,组成了一支专业技术团队。

重任在肩,这支由老中青三代组成的团队拧成一股绳,合力向着攻坚世界领先的关键技术发起冲锋。

打破封锁 赋予船舶最强适应能力

远远望着“天鲲号”,最引人注目的就是它那一双“大长腿”——两根重184吨、长55米、直径2.22米的巨型钢桩。

钢桩台车系统是绞吸挖泥船的标配。船舶作业时,需要将钢桩插入海底,将船舶牢牢固定在一个点上,从而实现精准挖泥。特别是在恶劣的海况条件下作业,定位系统的优劣直接关系到绞吸船和作业人员的安全。有人将绞吸挖泥船的钢桩比作“定海神针”,监造技术团队为“撬动”这套技术,着实费了九牛二虎之力。

“钢桩台车系统是船舶受力最苛刻的地方,船舶在海上定住以后,波浪拍打的力、绞刀旋转的反作用力、船舶进退摇摆的力,都由这个系统承受。”“天鲲号”监造组副组长冯长华介绍说。

建造初期,如何提高钢桩台车系统的承受能力,是“天鲲号”监造技术团队日思夜想的问题。为此,他们遍寻国内外相关案例,甚至不远万里跑到荷兰,学习相关技术。

“后来我们就想到了柔性,柔性钢桩台车系统就是设法把钢桩受到的力缓冲掉,这样就能大大提高船舶在恶劣海况的作业能力。”冯长华说。

然而,这套系统虽然国际上已有采用,但由于技术封锁,国人只能望洋兴叹。

为了把这套系统做出来,他们把国内有实力的厂家寻个遍,最后选择与江苏泰州的一家台车制造厂合作打造。

由于没有经验,刚开始仅设计图纸就改了20多回,方案研讨会开了无数次!正是这种不服输、肯较真的精神,使“天鲲号”的柔性钢桩台车系统一点点从图纸变成实物。

“一般的绞吸船倒桩是件很费劲的事,大概需要3天甚至更长时间,还要用人拉滑轮。"天鲲号"就快多了,通过加装液压系统,1天时间便能完成,还很省力。”冯长华表示。

2017年10月4日,适逢中秋节,“天鲲号”台车系统成功运抵船厂,并成功安装,大大提高了抗风浪能力。由于在设计中进行了技术优化,“天鲲号”的柔性钢桩台车系统已比肩甚至赶超世界先进水平!

不仅如此,“天鲲号”还是世界第一艘,也是目前唯一一艘同时配备“柔性钢桩台车系统”和“三缆定位”系统的自航绞吸挖泥船。

所谓“三缆定位”,就是通过3根缆绳和3个船锚代替钢桩,将船舶固定在一个点上。

"三缆定位"系统和柔性钢桩台车的作用一样,其突出优点就是能使船舶在深水区或者岩石区等钢桩无法立足的地方"站稳脚跟",使船舶能正常作业。”冯长华表示。

装备了“柔性钢桩台车系统”的“天鲲号”,可扛住3米高的浪作业;用“三缆定位系统”,可在浪高4米的情况下照常作业。两套系统完美配合,“天鲲号”便拥有了全球最强适应恶劣海况的能力!

直面考验 让重型绞刀啃下海底坚石

今年1月9日12时,完成试挖试验的“天鲲号”带着全船所有人的骄傲与喜悦,缓缓靠向启东船厂码头。

“天鲲号”监造组成员、船长张燚正站在驾驶台前有条不紊地发出各项指令,此时他那严肃认真的脸庞上难以掩饰住内心的激动,嘴角已悄悄上扬。

船舶停稳后,在岸上等候多时的王健一个箭步踏上了船舶甲板,直奔驾驶室——“天鲲号”经历了3个月的试挖,如今胜利归来,他此时心里比谁都开心!

“天鲲号”被众多国人称为“造岛神器”,源于其强大的挖掘和吹填能力。

“天鲲号”装备了亚洲最强大的挖掘系统、最大功率的输送系统,其绞刀电机额定功率6600千瓦,最大功率可达9900千瓦,不仅可以疏浚黏土、密实砂质土、砾石、珊瑚礁,还可以开挖单侧抗压强度50兆帕以内的中弱风化岩石。

同时,泥泵输送功率达17000千瓦,为目前世界上最高功率配置;最大排泥距离15000米,泥泵的远程输送能力居世界首位。

业内人士都知道,岩石才是疏浚行业中的“硬骨头”。2018年11月23日,“天鲲号”开赴大连开展挖岩试验,此时船体下方的岩石是一道考验,也是对整个监造技术团队的最难考验。“天鲲号”到底是不是世界最先进,就看能不能啃下这块“硬骨头”了。

然而,刚刚开始挖掘施工20分钟,张燚就感觉到不对,由特种钢包裹着的绞刀挖不动了。抬出水面一看,绞刀齿磨损殆尽。

如此大的磨损强度,监造组断定海底的岩石硬度远不止30兆帕。通过挖掘时的各项参数分析,加上取样测试,发现岩石的强度远超“天鲲号”设计指标,最高达到100兆帕。

“这哪里是普通石头,比花岗岩还要硬啊!”看着测试结果,大家纷纷感叹。

为了能综合围绕高产量、低能耗的要求开展岩石试挖工作,“天鲲号”由一号施工区换到二号施工区试挖。二号施工区水面相对平稳,岩石硬度虽然有所降低,但依旧超过“天鲲号”的设计标准。

挖岩试验中,磨损最严重的是绞刀齿。几乎每20分钟就要更换一次绞刀齿,每次要换20多个,这对监造技术团队的体力是极大的考验。但是全体人员齐心协力,相互配合,总是第一时间解决遇到的各种问题。

最终,“天鲲号”成功完成挖掘60兆帕岩石强度试验,超过挖掘岩石强度50兆帕的设计标准,顺利通过了最难关卡。

“50兆帕硬度是个什么概念呢?相当于我们靠泊的混凝土码头,而"天鲲号"可以轻松绞碎。说它"削岩如泥",丝毫不夸张!”王健表示。

追梦三十载 自主研发船舶“最强大脑”

2018年11月,江苏启东吕四港码头上,“天鲲号”巍然驻泊,一节节浮管伸向远方。这一刻,“天鲲号”正在进行自动挖泥试验。

船长一声令下,操作人员按下智能挖泥启动按钮,“天鲲号”的各项作业设备按照预定程序动作。台车行距9米,绞刀挖深负5米至负10米,挖宽140米以内,绞刀每分钟15到25转,横移速度每分钟18米,挖泥浓度稳定在1.25到1.32之间……工作参数一切正常。

驾驶舱内窗明几净,白色的操作台前,再也寻不见数名操作员七手八脚地操控各类控制手柄的场景。一名操作员只需轻轻按下按钮,便可实现多种挖泥模式的自动操控选择。

“挖泥作业时,我们不用再像以前一样手忙脚乱了!”张燚说。

此次挖泥试验中,“天鲲号”智能挖泥控制系统获得巨大成功,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。

如此强大的功能,要归功于“天鲲号”的“大脑”——智能挖泥控制系统。

走进驾驶舱,科技感扑面而来,国内最先进的智能挖泥控制系统就在舱内正中。有了这个“大脑”,便可实时显示疏浚作业的三维土质,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。

谈起这套系统,“天鲲号”监造组组长王健变得滔滔不绝:“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。”

在此之前,国内绞吸船作业需要人工操作完成。挖泥的效率和质量,自然取决于个人的经验和能力,操作员水平高低、责任心大小,都将大大影响挖泥的效率、效果。

人工操作带来的另一个麻烦,便是劳动强度。作业时常常4小时一班岗,工作期间要“眼观六路、耳听八方”,一天下来操作人员特别累,挖泥产量因而波动很大。

“要是能自动控制挖泥就好了!”30多年前,第一次上船工作累得瘫在椅子上时,王健便动了这样心思。有了这个想法,却无法用技术手段实现,一直像块石头压在他心里。

终于,在“天鲲号”上,监造组决定启动自动挖泥控制系统的研发,让王健心中的那块石头落地。

“之所以敢自主研发,是因为我们攒足了底气。”王健说,底气来自天航局多年的丰厚积淀——疏浚装备、疏浚技术、人才队伍等,经历了从无到有、从小到大、从弱到强。

“我们最自豪的,就是这套系统实现了几大技术突破,让它站在了世界智能疏浚技术最前沿。”王健说。

据介绍,通过这套系统,绞刀横摆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,有些区域泥沙浓度过高,就会造成堵管,而有些区域浓度过低,作业效率又下降。“天鲲号”有了智能系统,问题迎刃而解。此外,在挖掘边线、边坡时,也不会出现人工操控常见的超挖现象。

几大技术的突破,足以让“天鲲号”实现最大经济产能,成为真正的疏浚重器。

“不近人情” 精雕细琢使重器臻于完美

深知“天鲲号”对于我国疏浚业的重要意义,在船舶建造过程中,监造组对待监造工艺达到了“不近人情”的标准;同时,在以往技术沉淀的基础上不断升级、创新,使这一“国之重器”臻于完美。

在建造现场,船厂工人有点“怕”负责船体监造的侯国辉,因为他对施工的要求极为苛刻:在船体对接上,设计误差为5毫米以内,而他则要求提高到3毫米以内,这无形中增加了劳动强度,有的船厂工人闹情绪。

"天鲲号"要安装很多设备,而要保证每个设备的牢固可靠,首先要保证船体的平整度。”侯国辉耐心地向工人解释。他精益求精的精神和诚恳的态度,得到了工人的理解,最终船体平整度误差被控制在2毫米以内。

作为监造组组长的王健,带领监造技术团队像打造艺术品一样对待“天鲲号”,精工细作、精雕细琢。监造中,他对技术的追求没有停留在原有的技术沉淀中,而是在桥架波浪补偿系统、三缆定位系统等诸多方面大胆创新,取得诸多突破。

如老一代大型挖泥船“天鲸号”倒立钢桩需要3天,而经过改进后的“天鲲号”则缩短到1天以内;“天鲸号”远海作业时船体震动过大,“天鲲号”安装了148只主动空气调节气囊,有效缓冲了震动……诸多方面的技术创新,将这艘新的“国之重器”打造得日趋完美。

特别值得一提的是,“天鲲号”建造期间,监造技术团队在工作上与时间赛跑、与难关较量,敢做探路者,积累形成了多项国内首创、世界领先的技术成果。

监造技术组的核心成员主编修订了《绞刀传动装置修理技术要求》等行业标准,并作为代表赴欧洲主编和参编了两项国际疏浚行业标准,为中国疏浚业在国际舞台上赢得了话语权。依托“天鲲号”的技术成果,中国疏浚业专家也能在国际标准舞台上,更自信地阐述中国观点、推广中国经验、贡献中国智慧。

今年3月12日,江苏连云港的海面上,我国新一代“造岛神器”、亚洲最大的重型自航绞吸挖泥船“天鲲号”完成通关手续,正式首航。

汽笛声声,嘹亮而悠长,仿佛在向中国科技研发团队致敬,在向敢于奋发的中国交通人致敬!

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