62m DCM打桩船动力机械开发研究

徐铁

摘 要：随着中国香港机场填海工程的展开，DCM打桩船被日本、韩国垄断的局面必须打破。为此开发研究DCM打桩船迫在眉睫。本文论述了打桩船的动力和机械部分的功能系统配置、原理和性能。

关键词：DCM打桩船 动力机械 开发研究

1.前言

随着中国香港机场填海工程进度的不断展开，以往DCM打桩船一直被日本、韩国垄断，我国在这方面处于被动局面，工程项目的造价成本显而易见的。为此，我单位受中国施工方的委托，对DCM打桩船进行了系列的开发研究。

2.总体性能参数

2.1概述

本船为非自航水泥搅拌桩工程船，无限航区调遣，沿海航区作业，本船稳性按无限航区船舶设计，船体结构按远海航区船舶设计，其余按沿海航区配置。

用途：主要用于水下水泥搅拌桩施工。

船型：为单底、单甲板，全钢质焊接结构方驳。

本船按中国船级社CCS《钢质海船入级规范》2015，中华人民共和国海事局《国内航行海船法定检验技术规范》及香港《商船（本地船只）安全及检验

规例》。并满足IMO A.749（18）决议《关于IMO文件包括的所有船舶的完整稳性规则》对无限航区的有关稳性要求。

2.2主要尺度及要素（见图1）

3.主要动力机械设备概述

本打桩船主动力电站设备采用淄博柴油机厂的LB6250系列的柴油机作为原动机拖动发电机。主要设备布置见图2。

3.1主柴油发电机组

CCFJ800J-W主柴油发电机组4台，配置发电机为无锡西门子1FC5 562-8 TA42。

主柴油发电机组4台为全船提供电源，作业时，需并车使用。

3.2停泊柴油发电机组

CCFJ120J-W停泊柴油发电机组1台。

3.3甲板机械

150kN电动定位绞车5台。该绞车作为打桩作业时的锚泊使用。

250kN电动起升绞车3台。该绞车作为打桩作业时起桩使用。

50kN电动辅助绞车3台。

3.4打桩机

本船打桩机是船东及设计方联合开发的非标设备。桩机共分3组桩柱，桩柱动力头功率为132kW。

桩架高度47.5m，桩架孔尺寸2400mm×4400mm，最大处理桩柱深度39m。打桩钻杆总长41.6m，分为6节结构（1组打桩钻头+5组直杆），直杆部分通过法兰连接而成，打桩钻头由4根直径1320mm的螺旋头叠加组成，螺旋头中心距1000mm，打桩钻头长度3600mm。打桩机和打桩钻头的结构见图3。

4.压载与中央控制系统

本系统设压载泵2台，流量：160m3/h，扬程：20m，功率：18.5kW。可对全船压载舱进行抽、注及调驳，阀件均可在机舱内操作。

除正常的船舶压载系统功能外，本系统对于主甲板上施工作业的机械设备还要实现中央控制功能：

（1）在自动控制的配浆与储浆的环节中，船体重心逐渐前移（水泥耗材逐渐前移）；通过重复以上操作工艺，压载泵以合适的排量，将艏部压载舱的压载水向尾部压载舱进行调配，以保证船舶的重心平衡。

（2）完成提钻喷浆过程，将移船进行下1次DCM施工作业；船舶在进行散料加注、配浆、储浆工艺时， 压载泵以合适的排量，将艏部压载舱的压载水向尾部压载舱进行调配，以保证船舶的重心平衡。

5.锚泊与桩控系统

DCM打桩船的定位技術与桩柱控制是通过在中央控制室操纵定制具特殊功能的电动绞车实现的。该系统是DCM打桩船的核心技术之一。设计采用了当前多种新技术与性能优化、功能与布置优化。

5.1 250kN电动起升绞车

5.1.1主要技术参数

额定拉力（第3层额定拉力）：250kN（最外层）

公称速度：0-15m/min（第1层）

钢索直径：φ3 6 m m（镀锌不防扭钢丝绳6×36WS+IWR-36×400m，抗拉强度1870MPa，破断拉力8800kN）

容绳量：450m（共3层）制动负载（第3层静制力）：375kN

制动方式：变频电机带制动器+变频器能耗制动单元+手动带式制动器。

带盘式制动器的变频电机

电制：380V，50HZ

带冷却风扇

功率：110kW

频率变化范围： 5 -100Hz，5-50HZ：恒扭矩控制，50-100HZ，恒功率控制

工作制：S1

防护等级：IP56

绝缘等级：F级

5.1.2结构简介：

250kN电动起升绞车主要由带制动的变频电机、变频器、能耗电阻单元、减速装置、卷筒、手动带式制动器、机架等组成。

变频电机具有低速时恒扭矩输出，高速时恒功率输出的特点，并满足钢质海船建造规范要求。适用于船舶工作环境，结构简单，操作方便。

变频器带扭矩读取参数

减速装置采用行星减速器+开式齿轮传动

卷筒为刻槽卷筒。

刹车装置：高速端：变频电机带常闭盘式制动、能耗制动单元，低速端：手动带式制动器。

主要钢结构材料为Q345D，主轴用40Cr。

设备用型钢焊接成一个整体，直接安装在公共基座上。

5.1.3起升绞车的控制

起升绞车控制为：机旁控制和远程控制

C-1.机旁控制台（防护等级IP56）

电机控制手柄（4 -20mA）

手动刹车松开显示

电源开关

电源指示

急停按钮

控制位置选择开关（远程控制和机旁控制）

C-2远程控制信号

卖方提供信号，所有信号（远程电机控制信号除外）通过RS485通信方式，提供的信号有：

绳长、绳速、拉力（处理后的信号）

买方提供远程集中控制台，远程电机控制信号（4-20mA），收放缆的方向标志位（开关量）及

c-3升沉补偿自动控制信号

急停控制信号（开关量、断开急停）

控制位置选择信号（开关量）

手动刹车松开显示信号（开关量）

5.2 150kN电动定位绞车

5.2.1主要技术参数

额定拉力（第5层重载低速）：150kN（最外层）

公称速度：0-4m/min（第1层）

轻载拉力（第5层轻载高速）：75kN（最外层）

轻载速度：0-8m/min（第1层）

重载低速：0-4m/min（第1层）

钢索直径：φ50mm（镀锌防扭钢丝绳35W×7-50×450m，抗拉强度1870MPa，破断拉力17100kN）

容绳量：450m（共5层）

支持负载：900kN

制动器：电机带制动、能耗制动单元、手动离合器、手动带式制动器

带制动的变频电机

功率：37kW

频率变化范围： 5 -100Hz，5-50HZ：恒扭矩控制，50-100HZ，恒功率控制

工作制：S1

防护等级：IP56

绝缘等级：F级

5.2.2结构简介：

150kN电动定位绞车主要由带制动的变频电机、变频器、减速装置、主卷筒、排绳装置、制动装置、手动离合装置、机架等组成。

变频电机具有低速时恒扭矩输出，高速时恒功率输出的特点，并满足钢质海船入级规范要求。适用于船舶工作环境，结构简单，操作方便。

变频器带扭矩读取参数

减速装置采用行星减速器+开式齿轮传动

离合器：手动牙嵌离合器卷筒：光筒。

刹车装置：变频电机带制动、变频器、能耗制动单元、手动带式制动器。

主要钢结构材料为Q345D，主轴用40Cr。

排绳装置能很好的帮助钢丝绳在卷筒上排列整齐。为机械自動排绳装置。

设备用型钢焊接成一个整体，直接安装在公共基座上。

5.2.3定位绞车的控制

起升绞车控制为：机旁控制和远程控制

C-1.机旁控制台（防护等级IP56）

电机控制手柄（4 - 20mA）

刹车状态显示

离合状态显示

电源开关

电源指示

急停按钮（手动复位，带保护盖）

控制位置选择开关（远程控制和机旁控制）

C-2.远程控制信号

卖方提供信号，所有信号（远程电机控制信号除外）通过RS485通信方式，提供的信号有：

绳长、绳速、拉力（处理后的信号）

买方提供远程集中控制台，远程电机控制信号（4-20mA），并提供收放缆的方向标志位（开关量）及恒张力自动控制指令信号。

急停控制信号（开关量、断开急停）

控制位置选择信号（开关量）

制动器工况显示信号（开关量）

离合器工况显示信号（开关量）

6.结论

DCM打桩船经过1年多的研发，在此过程中也遇到了不少的技术难题，但经过技术人员的努力都得以解决。开创了我国拥有该类船舶的新局面，为我国家的经济建设作出了应有的贡献。使该类主要技术性能和功能达到国内先进水平。