長(zhǎng)江上游散貨進(jìn)口碼頭皮帶機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

周　侃　徐　甜

中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司

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長(zhǎng)江上游散貨進(jìn)口碼頭皮帶機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

周侃徐甜

中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司

斜坡式散貨進(jìn)口碼頭工藝布置的關(guān)鍵為皮帶機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以長(zhǎng)江上游散貨進(jìn)口碼頭建設(shè)為例，探討了在山區(qū)地形條件下對(duì)皮帶機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括對(duì)躉船皮帶機(jī)、斜坡道皮帶車的改造。優(yōu)化方案加大了皮帶機(jī)爬坡角度，較常規(guī)布置將碼頭前沿線向陸域方向移動(dòng)30米以上，減少了碼頭建設(shè)對(duì)航道的影響，降低了工程投資。

斜坡式碼頭； 散貨進(jìn)口； 皮帶機(jī)系統(tǒng)

1　前言

按照三峽水庫(kù)的正常調(diào)度運(yùn)行，在正常蓄水條件下，每年10月中下旬從145 m開(kāi)始蓄水，到11月中上旬蓄水至175 m，次年4月中下旬從175 m開(kāi)始降水，到6月中上旬降至145 m，總的水位變幅達(dá)30 m。受上游碼頭地質(zhì)、地形和水文等條件的限制，庫(kù)區(qū)內(nèi)碼頭多采用躉船+斜坡道的形式，但后方陸域多為山區(qū)型地形，起伏較大，且縱深有限，對(duì)散貨進(jìn)口碼頭工藝布置影響較大。作為三峽庫(kù)區(qū)內(nèi)大水位差斜坡式散貨進(jìn)口碼頭，后方陸域?yàn)榈湫蜕絽^(qū)地形，起伏較大，按常規(guī)散貨進(jìn)口碼頭布置型式，因水位差較大，斜坡道水平距離較長(zhǎng)，碼頭前沿線距離主航道較近，對(duì)船舶航行和行洪影響較大，且后方陸域土方工程量較大，工程投資較高。因此對(duì)工藝系統(tǒng)，特別是皮帶機(jī)系統(tǒng)的布置提出新的要求。本文結(jié)合該碼頭工程，對(duì)裝卸工藝特別是皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析，從而優(yōu)化了設(shè)計(jì)方案，減少了陸域占地范圍，對(duì)長(zhǎng)江上游類似散貨進(jìn)口碼頭的建設(shè)具有一定的借鑒意義。

2　工程概況

某電廠碼頭工程位于萬(wàn)州城區(qū)上游10 km的長(zhǎng)江右岸，建設(shè)2個(gè)3 000 t級(jí)散貨進(jìn)口泊位和2個(gè)3 000 t級(jí)散貨出口泊位及相應(yīng)的配套設(shè)施，一期建設(shè)散貨進(jìn)口泊位2個(gè)。散貨進(jìn)口泊位采用斜坡碼頭結(jié)構(gòu)型式，碼頭前方設(shè)躉船，每艘躉船上配備2臺(tái)25 t-30 m浮式起重機(jī)進(jìn)行卸船作業(yè)，卸下的煤炭由躉船上的漏斗轉(zhuǎn)運(yùn)至皮帶機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)碼頭轉(zhuǎn)運(yùn)站運(yùn)至后方電廠。

3　皮帶機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)研究

斜坡式散貨進(jìn)口碼頭工藝布置的關(guān)鍵為皮帶機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括躉船皮帶機(jī)、斜坡道皮帶車以及躉船與斜坡道搭接處的布置等。本工程需要解決的關(guān)鍵點(diǎn)在結(jié)合工程實(shí)際，優(yōu)化皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)，減少后方陸域占地方位，降低工程投資。

3.1斜坡道角度

本工程陸域東西方向長(zhǎng)約520 m，地面起伏大，東邊最高處約210 m，西邊最低處約172 m，屬典型的山區(qū)型地質(zhì)。為減少棄土量，減少對(duì)周邊環(huán)境的破壞，陸域場(chǎng)區(qū)標(biāo)高按土方挖填平衡來(lái)確定，標(biāo)高取為+180 m。根據(jù)常規(guī)皮帶機(jī)布置形式，斜坡道坡比為1 ∶4(約14°)，由于本工程設(shè)計(jì)低水位為+143.6 m，按此設(shè)計(jì)，碼頭前沿線距離后方陸域坡頂線不小于165 m[1]。由于本工程為電廠專用碼頭，貨種單一，均為煤炭，煤質(zhì)較好，允許最大傾角達(dá)20°，皮帶機(jī)最大傾角位于低水位時(shí)躉船與斜坡道搭接處。經(jīng)復(fù)核，將斜坡道坡度取為1 ∶3.7(約15.1°)，可保證低水位時(shí)躉船與斜坡道搭接處皮帶機(jī)傾角約19°，此時(shí)，碼頭前沿線距離陸域坡頂線僅131.5 m，較以往常規(guī)布置減少航道占用寬度30 m以上。

圖1　碼頭平面布置圖

圖2　進(jìn)口碼頭工藝斷面布置圖

3.2躉船皮帶機(jī)方案

受碼頭結(jié)構(gòu)型式的限制，斜坡碼頭在碼頭前方常采用躉船皮帶機(jī)+鋼引橋皮帶機(jī)轉(zhuǎn)接的型式，如圖3所示。其中一條皮帶機(jī)布置在躉船上，另一條皮帶機(jī)布置在搭接在躉船和斜坡道之間的鋼引橋上，當(dāng)水位變化時(shí)，通過(guò)吊架系統(tǒng)將鋼引橋吊起便于移船。受躉船寬度限制，布置在躉船上的皮帶機(jī)較短，而2條皮帶機(jī)相互之間進(jìn)行轉(zhuǎn)接時(shí)需增加布置在躉船上的皮帶機(jī)的落料點(diǎn)高度[2-3]。這樣產(chǎn)生了2個(gè)問(wèn)題：

(1)由于布置在躉船上的皮帶機(jī)中部受料點(diǎn)高度增加，使得躉船上布置的雙聯(lián)漏斗高度和浮吊重心高度加大，增加躉船和浮吊的投資；

(2)運(yùn)行時(shí)躉船受船舶靠泊和水流沖擊影響，2條皮帶機(jī)之間經(jīng)常對(duì)位不準(zhǔn)，落料點(diǎn)處易灑料，落入水中，造成污染。

為解決上述問(wèn)題，本工程將常規(guī)布置的躉船皮帶機(jī)和鋼引橋皮帶機(jī)合二為一，形成1條皮帶機(jī)，取消鋼引橋，由布置在躉船上的固定皮帶機(jī)機(jī)架(固定皮帶機(jī))和連接躉船和斜坡道的桁架式皮帶機(jī)機(jī)架(活動(dòng)皮帶機(jī))組成。桁架式皮帶機(jī)機(jī)架采用組裝式通廊結(jié)構(gòu)，頭部采用支架結(jié)構(gòu)，直接搭接在斜坡道皮帶機(jī)尾車上，并將驅(qū)動(dòng)裝置布置在皮帶機(jī)中部，與尾部改向滾筒和張緊裝置等均布置在躉船上，桁架式皮帶機(jī)機(jī)架在躉船傳動(dòng)滾筒支架上設(shè)有雙向鉸接支座，可繞鉸接支座旋轉(zhuǎn)，如圖4所示。

按此布置，躉船皮帶機(jī)靠船側(cè)處不需抬高向鋼引橋皮帶機(jī)喂料，躉船皮帶機(jī)靠船側(cè)高度可降至2.3 m，漏斗落料點(diǎn)處高度可降至2 m， 相應(yīng)躉船上漏斗以及浮式起重機(jī)的高度可降低1 m，有效地提高了躉船的穩(wěn)定性并降低設(shè)備整體投資。

圖3　常規(guī)躉船斜坡道搭接方式

圖4　改進(jìn)后躉船斜坡道搭接方式

為解決躉船受水流沖擊所造成的位移，在躉船皮帶機(jī)頭架下方設(shè)2根滾動(dòng)軸，相應(yīng)地在斜坡道皮帶車尾車支撐架上設(shè)1根滾動(dòng)軸，二者之間垂直布置，見(jiàn)圖5。滾動(dòng)軸之間可相互滾動(dòng)，從而帶動(dòng)躉船皮帶機(jī)在斜坡道皮帶車尾車滾動(dòng)軸上沿水流方向和垂直于水流方向移動(dòng)，以適應(yīng)水流和靠船所造成的沖擊。

圖5　皮帶車頭部搭接示意圖

在活動(dòng)皮帶機(jī)兩側(cè)設(shè)人行通道，并在下方加掛托架，用來(lái)布置上船電纜和水管，如圖6所示。人行通道和水、電纜分開(kāi)布置，可減少相互之間的干擾，避免電纜漏電所產(chǎn)生的安全事故。

圖6　活動(dòng)皮帶機(jī)中部斷面示意圖

當(dāng)水位變化較小，躉船隨水位變化上下起伏時(shí)，斜坡道皮帶車固定不動(dòng)，躉船皮帶機(jī)上活動(dòng)皮帶機(jī)部分隨水位變動(dòng)繞躉船上的鉸接支座實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)，以滿足物料輸送要求。當(dāng)水位變動(dòng)較大，通過(guò)躉船皮帶機(jī)旋轉(zhuǎn)無(wú)法滿足物料輸送要求或水位將斜坡道皮帶機(jī)淹沒(méi)時(shí)，必須移動(dòng)躉船或斜坡道皮帶機(jī)，通過(guò)躉船上的門(mén)架系統(tǒng)牽引活動(dòng)皮帶機(jī)部分，與斜坡道皮帶車尾車脫開(kāi)，進(jìn)行躉船的移船和斜坡道上皮帶車的移動(dòng)作業(yè)，待二者均拖至合適位置后，再將活動(dòng)皮帶機(jī)頭部重新搭接在斜坡道皮帶車尾車支撐架上，進(jìn)行物料輸送作業(yè)。該皮帶機(jī)布置形式已獲得國(guó)家實(shí)用新型專利(一種適用于斜坡碼頭躉船和斜坡道之間散貨物料運(yùn)輸?shù)钠C(jī)，專利號(hào)為ZL 2015 2 0201012674.2)。

3.3斜坡道皮帶車方案

皮帶車是長(zhǎng)江上游為適應(yīng)水位變化而采用的一種特有的輸送設(shè)備，是普通皮帶機(jī)的一種特殊形式。整機(jī)采用多節(jié)分段鉸接的撓性機(jī)架組成，由卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引，通過(guò)行走輪在斜坡道和坡頂陸域的軌道上運(yùn)行，隨水位變化移動(dòng)。

皮帶車有單一式和重疊式2種。因單一式皮帶車對(duì)坡頂處陸域縱深要求較高，本工程若采用單一式皮帶機(jī)所需陸域縱深在120 m以上，工程量較大，且皮帶車輸送量較大，電機(jī)功率達(dá)220 kW，無(wú)法采用單一式皮帶車的電動(dòng)滾筒傳動(dòng)型式。若采用重疊式皮帶車，重疊式皮帶車為半固定式伸縮皮帶機(jī)，結(jié)合了單一式皮帶車和固定式皮帶機(jī)的構(gòu)造特點(diǎn)，坡頂段部分采用固定式皮帶機(jī)，可在固定式皮帶機(jī)頭部采用常規(guī)的電機(jī)+減速機(jī)的驅(qū)動(dòng)型式，斜坡段采用單一式皮帶車，隨水位漲落沿斜坡道軌道移動(dòng)[4]。本工程皮帶車移動(dòng)行程約84 m，為減少工程量，將皮帶車活動(dòng)段布置陸域隧道內(nèi)，隧道長(zhǎng)105 m。

圖7　皮帶車頭部布置圖

由于陸域場(chǎng)區(qū)地形起伏較大，為減少土方開(kāi)挖量，皮帶車應(yīng)盡早進(jìn)行落料轉(zhuǎn)接，以減少陸域占地范圍。本工程共建設(shè)2個(gè)散貨進(jìn)口泊位，每個(gè)泊位分別布置一條接料皮帶機(jī)，但下游側(cè)2#泊位接料皮帶機(jī)與上游側(cè)1#泊位皮帶車活動(dòng)段存在交叉，因此采用皮帶機(jī)錯(cuò)層交叉布置，將皮帶車活動(dòng)段布置在隧道內(nèi)，隧道底標(biāo)高為+177 m；接料皮帶機(jī)布置在坑道內(nèi)，坑道底標(biāo)高為+174m。為避免落料管影響皮帶車伸縮段，將皮帶車頭部落料點(diǎn)抬高，采用斜溜管落料，溜管避開(kāi)皮帶車活動(dòng)段，抬高高度2 m，如圖7和圖8所示。按此布置，2個(gè)泊位陸域?qū)挾确謩e為26.5 m和23.3 m，最大程度減少陸域占地范圍。

圖8　皮帶車頭部斷面布置圖

4　結(jié)語(yǔ)

本工程作為專用碼頭項(xiàng)目，在充分了解煤炭來(lái)源的基礎(chǔ)上，對(duì)煤炭特性進(jìn)行分析，加大皮帶機(jī)爬坡角度，最大傾角達(dá)19°，較常規(guī)布置將碼頭前沿線向陸域方向移動(dòng)30 m以上，極大地降低了碼頭建設(shè)對(duì)航道通行和庫(kù)區(qū)行洪的影響。本工程皮帶機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用新型的皮帶車搭接方式，減少了躉船和斜坡道間皮帶機(jī)轉(zhuǎn)接點(diǎn)數(shù)量，降低躉船上卸船設(shè)備的高度，有效緩解了躉船和斜坡道之間相對(duì)移動(dòng)對(duì)物料轉(zhuǎn)接所造成的影響，減少了灑料的可能性。斜坡道皮帶車采用重疊式，充分適應(yīng)上游水位變化的要求，并采用常規(guī)的電機(jī)+減速的驅(qū)動(dòng)型式，減少后期設(shè)備維護(hù)工作量，接料皮帶機(jī)與皮帶車采用錯(cuò)層交叉布置形式，最大程度降低陸域占用范圍，減少土方開(kāi)挖量，有效控制工程投資。

[1]JTJ 212-2006. 北京： 河港工程總體設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2006: 26-29.

[2]安東. 大水位差散貨出運(yùn)碼頭皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 港口裝卸， 2010(5)：12-13.

[3]王誠(chéng). 長(zhǎng)江上游大水位差散貨碼頭裝卸工藝及設(shè)備研究[J]. 港口裝卸， 2006(2)：16-18.

[4]喻弘. 重疊式皮帶車的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J]. 港口裝卸，2012(3)：4-7.

Optimization Design on Belt Conveyor System at Bulk Import Terminal of Upper Yangtze

Zhou KanXu Tian

CCCC Second Harbor Consultants Co.,Ltd

The key issue for the process layout of the sloped bulk import terminal is the proper design of belt conveyor system. Taking the upper bulk import terminal construction along Yangtze river as an example, this paper discusses the optimization method of belt conveyor system at the condition of mountain area terrain, which includes the reconstruction of barge belt machine and ramped belt car. In the optimum proposal, the ramp angle has been increased. And the wharf apron has been shifted more than 30 meters toward the landside. Through this way, it can reduce the influence of wharf construction on the waterway, and cut down the engineering budget.

sloped terminal； bulk imports； belt conveyor system

2016-03-10

10.3963/j.issn.1000-8969.2016.04.007

周侃: 430073, 武漢市武昌區(qū)民主路555號(hào)