黃河淤沙設(shè)備的研究及應(yīng)用

張永偉 張紅杰 王錦虎

(河南省中原水利水電工程集團(tuán)有限公司，河南 濮陽(yáng) 457000)

1 課題立項(xiàng)

之后又引進(jìn)了泥漿泵，從最初的4吋泵、6吋泵，直到最終的8吋泵。與絞吸式挖泥船相比，泥漿泵可以提高泥漿的含沙量，在其最優(yōu)狀態(tài)下，含沙量可達(dá)80%。但是泥漿泵也有其致命的缺點(diǎn):?只能在灘地取土(需要征地)，不能在河道中抽沙;?泥漿輸送距離短，當(dāng)輸送距離超過800m時(shí)，即使是8吋泵也經(jīng)常造成輸沙管堵塞，效率降低，使其使用范圍受到限制。

進(jìn)入21世紀(jì)后，水利部規(guī)劃了百船計(jì)劃，120m3/h新型挖泥船首次在濮陽(yáng)二級(jí)懸河項(xiàng)目施工中得到應(yīng)用。施工時(shí)絞刀面向上游，旋轉(zhuǎn)絞刀絞起河床泥沙通過泥漿泵吸入挖泥船，再通過船尾的輸沙管道將泥漿輸送出去;挖泥船在施工區(qū)內(nèi)前后移動(dòng)，靠船尾兩個(gè)定位樁輪換倒樁和調(diào)整絞刀臂上的左右纜繩松緊來(lái)完成。抽沙開始前期出沙慢，待工作平穩(wěn)后測(cè)定，泥漿的含沙量在10%～20%之間。挖泥船和中間的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油耗很高，工作也不可靠，施工中證明自吸式抽沙船存在施工成本高、輸送距離短、含沙量低等問題，達(dá)不到理想的抽沙效果。

總結(jié)上述施工經(jīng)驗(yàn)，在2012年度放淤固堤項(xiàng)目的施工中，對(duì)整個(gè)抽沙船進(jìn)行了設(shè)備改造。改造了船體平臺(tái)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、升降機(jī)、渣漿泵、變頻柜、推力器、電纜、水管等，且此船經(jīng)過改造后具有一次性投入少、成本低、抽沙快、含沙量高、人員投入少、輸沙距離長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。特別是將原柴油泥漿泵改為渣漿泵，將中間的柴油加壓泵改為由變頻柜控制的電機(jī)后，實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能的目的。

2 設(shè)備改造

2.1 船用(150LQ-480-6)潛水渣漿泵泵體的改造

潛水渣漿泵廣泛用于礦山、電力、冶金、煤炭、環(huán)保等行業(yè)輸送含有磨蝕性固體顆粒的漿體，如:冶金選礦廠礦漿輸送、火電廠水力除灰、洗煤廠煤漿及重介遠(yuǎn)距離輸送等。本文針對(duì)傳統(tǒng)泥漿泵的缺點(diǎn)，把渣漿泵引進(jìn)過來(lái)，并進(jìn)行改進(jìn)，選取渣漿泵進(jìn)行抽沙。

潛水渣漿泵主要由泵頭、電機(jī)、組合密封三大部分組成，電機(jī)與水泵軸一體潛入介質(zhì)中工作，過流部件(包括泵體、泵蓋和葉輪)均采用耐磨材料制成。該泵產(chǎn)品選料精良，結(jié)構(gòu)先進(jìn)，流道寬闊，通過能力強(qiáng)。除葉輪外，該泵另在底部增加一套攪拌葉輪，能將沉淀的泥沙噴擊成水和固體顆粒的混合液體，使水泵在沒有輔助裝置的情況下實(shí)現(xiàn)高含沙量泥漿的輸送;獨(dú)特的密封裝置能夠有效平衡油室內(nèi)的壓力，使得機(jī)械密封壓力保持平衡，最大限度地保證了機(jī)械密封的可靠運(yùn)行，大大延長(zhǎng)了其使用壽命。潛水渣漿泵為水泵與電機(jī)同軸一體，工作時(shí)通過電機(jī)帶動(dòng)水泵葉輪旋轉(zhuǎn)將能量傳遞給漿體介質(zhì)，使之產(chǎn)生一定的流速帶動(dòng)固體物流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)漿體的輸送。船用LQ(150LQ-480-6)潛水渣漿泵漿體參數(shù)見表1。

表1 船用LQ(150LQ-480-6)潛水渣漿泵漿體參數(shù)

渣漿泵的工作特點(diǎn)如下:

a.整機(jī)為干式電機(jī)下泵式結(jié)構(gòu)，電機(jī)采用機(jī)械密封保護(hù)，能有效防止高壓水和雜質(zhì)進(jìn)入電機(jī)內(nèi)腔。

亞低溫治療后，A組心率明顯低于B組，差異有顯著性（P＜0.05)。A組患者CVP高于B組，差異有顯著性（P＜0.05)。A組MAP高于B組，差異有顯著性（P＜0.05)。A組CI低于B組，差異有顯著性（P＜0.05)。A組EVLWI與B組比較，差異無(wú)顯著性（P＞0.05)。A組GEDVI高于B組，差異有顯著性（P＜0.05)。A組SVRI高于B組，差異有顯著性（P＜0.05)，結(jié)果見表 2。

b.除主葉輪外，渣漿泵底部還安設(shè)有一攪拌葉輪，工作時(shí)能將沉淀于水底的泥沙攪拌成泥漿通過主葉輪送至輸沙管中。

c.葉輪、攪拌葉輪、泵殼等主要過流部件采用耐磨材料制造，耐磨損、耐腐蝕、無(wú)堵塞、排沙能力強(qiáng)，能有效通過較大的顆粒。

d.不受吸程限制，吸沙效率高。

e.無(wú)需配備輔助真空泵，投資低廉。

f.無(wú)需配備輔助攪拌或噴擊裝置，操作簡(jiǎn)便。

g.電機(jī)潛入水下無(wú)需建設(shè)復(fù)雜的地面保護(hù)，管理更便宜。

h.簡(jiǎn)便葉輪直接接觸沉積面，通過下潛深度控制含沙量，因而含沙量控制更自如。

i.設(shè)備直接潛入水下工作，無(wú)噪音及振動(dòng)。

j.平臺(tái)可供3臺(tái)渣漿泵同時(shí)工作。

另外，船上安裝有推力器，可方便移動(dòng)挖泥船。

2.2 變頻柜的使用

變頻柜最初應(yīng)用在無(wú)塔供水系統(tǒng)，因其良好的啟動(dòng)性能、調(diào)速性能和節(jié)能效果而成為當(dāng)前推廣的動(dòng)力拖動(dòng)方式。由電機(jī)學(xué)公式可知，系統(tǒng)電機(jī)功耗與電機(jī)轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系，在壓力不變時(shí)，水泵出水量與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。本設(shè)備采用恒壓量工作方式，當(dāng)含沙量高時(shí)，水泵葉輪阻力加大，為使系統(tǒng)保持管網(wǎng)恒壓，變頻柜通過升高電壓增大水泵轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)增加輸出功率，耗電量按立方特性增加，反之亦然。例如，供水量為額定值的80%，電機(jī)能耗為額定值的51.2%［(0.83)］節(jié)電量為48.8%，考慮到實(shí)際系統(tǒng)節(jié)電率較理論值要低一些，但仍很可觀。大功率變頻柜可以最大限度減少大功率水泵電機(jī)對(duì)電網(wǎng)的沖擊和大幅的壓降，節(jié)電效果顯著。

2.3 操作技術(shù)規(guī)程

a.要隨時(shí)注意工作面處土層變化，勤活動(dòng)籠頭、勤移動(dòng)船位，保持籠頭和泥沙的最佳距離，保證在含沙量與出水量最大的情況下工作，籠頭必須安設(shè)網(wǎng)罩。

b.經(jīng)常注意進(jìn)水漿管上真空表和出漿管上壓力表的變化，監(jiān)視出漿管有無(wú)堵塞現(xiàn)象。

c.船員要熟悉水性，嚴(yán)禁酒后上崗作業(yè)，嚴(yán)禁作業(yè)人員沿管道、浮體上下船只或行走，不準(zhǔn)下水洗澡。

d.在生產(chǎn)時(shí)每班不能少于5人，并密切關(guān)注水情、雨情、汛情的變化;注意機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)情況，發(fā)現(xiàn)異常情況便于及時(shí)處理。

e.船上生產(chǎn)、生活用電要符合有關(guān)用電規(guī)程，不準(zhǔn)亂拉亂接電線，進(jìn)出船只的電纜應(yīng)有可靠的防水防潮性，機(jī)艙內(nèi)嚴(yán)禁煙火。

f.開工前，應(yīng)根據(jù)地形地貌，合理布置輸泥管線、供水設(shè)備、人行安全道，并制定每臺(tái)水槍的沖采范圍、沖采順序及有關(guān)安全技術(shù)措施。

3 應(yīng)用實(shí)例及經(jīng)濟(jì)效益

在2012年度濮陽(yáng)堤防加固工程三標(biāo)施工時(shí)，對(duì)使用(150LQ-480-6)潛水渣漿泵的一單元和使用普通吸泥船的范縣機(jī)淤六標(biāo)二單元進(jìn)行比較，具體比較情況見表2。經(jīng)過比較可看出，(150LQ-480-6)潛水渣漿泵具有很大優(yōu)勢(shì)。

表2 濮陽(yáng)機(jī)淤三標(biāo)一單元和范縣機(jī)淤六標(biāo)二單元施工情況比較

通過比較可以看出，150LQ-480-6潛水渣漿泵用電量比普通吸泥船可每m3土節(jié)電0.6kW·h，節(jié)電幅度為26%，施工用動(dòng)力電單價(jià)是0.75元/kW·h，每m3土節(jié)約0.45元;工期可縮短97d，除去工資(工人工資含在每m3土的工程量中)費(fèi)用每天在3000元左右，二單元比一單元多支出29.1萬(wàn)元，每m3土增加費(fèi)用0.59元;通過計(jì)算，使用150LQ-480-6潛水渣漿泵每m3土節(jié)約1.04元?，F(xiàn)在一般的機(jī)淤固堤標(biāo)段工程量都在200萬(wàn)m3以上，照此計(jì)算，每個(gè)標(biāo)段可以節(jié)約資金200萬(wàn)元以上，效益非常顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

在黃河下游放淤固堤工程抽沙工作中，經(jīng)常遇到含沙量不高、挖泥船和中間的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油耗很高等問題，存在施工成本高、輸送距離短等現(xiàn)象，達(dá)不到理想的抽沙效果。本文通過實(shí)際工程實(shí)踐，探討潛水渣漿泵的使用技術(shù)，對(duì)抽沙船和渣漿泵進(jìn)行技術(shù)改造，引進(jìn)了變頻柜，規(guī)范了操作技術(shù)規(guī)程，并在工程實(shí)例中得到應(yīng)用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］邢天明，劉敏香，史紀(jì)安，浮俊超，葛瑋.NL150-25型遠(yuǎn)距離輸沙小泵在機(jī)淤固堤工程施工中的應(yīng)用［C］//機(jī)械疏浚專業(yè)委員會(huì)第十六次疏浚與吹填技術(shù)經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)論文集.2002.

［2］李中山，邢天明，朱松偉.組合泵運(yùn)行特性淺析［C］//機(jī)械疏浚專業(yè)委員會(huì)第十六次疏浚與吹填技術(shù)經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)論文集.2002.

［3］樊曉芳.固液兩相流離心泵的設(shè)計(jì)與性能研究［D］.北京:華北電力大學(xué)(北京).2006.

［4］李洪明，潘玉琴，韓晶.沖吸式挖泥船遠(yuǎn)距離輸沙放淤固堤技術(shù)［C］//機(jī)械疏浚專業(yè)委員會(huì)第十九次疏浚與吹填技術(shù)經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)論文集.2006.

［5］馬玉臣.絞吸式挖泥船的性能及改進(jìn)建議［J］.水運(yùn)工程，2004(11).