短吹距施工條件下絞吸船兩種優(yōu)化施工方法的對(duì)比研究

金曉明

摘 要：文章基于絞吸船在吹距較短情況下施工的作業(yè)條件，采用兩種不同的施工方法，對(duì)比驗(yàn)證絞吸船的施工效率和油耗情況，并且研究了同一船型，在“單泵”和“雙泵”施工條件下的施工效率和油耗情況，最終得出結(jié)論：在吹距較短時(shí)，單泵施工效益較大，成本低；隨著吹距增加，則需要改回雙泵，以提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：絞吸船 泥泵 小時(shí)效率

絞吸船是現(xiàn)代疏浚吹填工程中使用最廣泛的一種挖泥設(shè)備，裝有泥泵和吸泥裝置，多用于內(nèi)河、湖區(qū)和沿海港口的疏浚和吹填工程，適宜于開挖沙質(zhì)土、淤泥等土質(zhì)較松的河底或湖底，采用有齒鉸刀的挖泥船也可開挖較硬的礫石粘土。其通過(guò)絞刀頭將土層切削，靠離心泵產(chǎn)生真空將泥沙與水混合通過(guò)排泥管線吸入、排出，作業(yè)過(guò)程中能夠?qū)⑼谀?、運(yùn)泥、卸泥等工作一次連續(xù)完成，具有效率高、成本低等明顯優(yōu)勢(shì)。其吸入真空和排出壓力都是靠泥泵產(chǎn)生的，因此可以說(shuō)泥泵是絞吸船的“心臟”。一般絞吸船都有2個(gè)或3個(gè)泥泵，“7025”型絞吸船1個(gè)水下泵、1個(gè)甲板泵（或艙內(nèi)泵），“8527”型絞吸船配有1個(gè)水下泵、2個(gè)甲板泵（或艙內(nèi)泵）。

絞吸船的施工往往受到各方面因素的影響，比如開挖土質(zhì)、吹距、揚(yáng)程、水文條件以及自身的船機(jī)性能條件等等。我國(guó)過(guò)去絞吸船疏浚吹填施工主要依靠經(jīng)驗(yàn)，操作水平較低。因此在實(shí)際施工中，要想降低生產(chǎn)成本，提高船舶的生產(chǎn)效率，必須做出科學(xué)合理的調(diào)整以適應(yīng)這些因素，須從疏浚土質(zhì)、泥泵、管線、操作流程等方面綜合考慮。比如當(dāng)在吹距較短的情況下，排泥管路里泥沙混合物的流速高、流量大，很容易會(huì)造成柴油機(jī)超負(fù)荷。一般比較常用的優(yōu)化方法有兩種：（1）在排泥管線出口處加“縮口”；（2）將雙泵改成單泵施工，就是只用水下泵施工。

本文根據(jù)兩艘7025型絞吸船“劍龍”號(hào)和“港海浚336”號(hào)在北方某港口一處港區(qū)港池疏浚施工實(shí)際情況的歷史資料，分析比較了在短吹距施工條件下上述兩種方法的施工效率和油耗情況，并且分析比較了單泵施工和雙泵施工的施工效率和油耗情況。

1.絞吸船泥泵的工作點(diǎn)

絞吸船泥泵的工作點(diǎn)取決于兩條曲線：泥泵性能曲線（流量—揚(yáng)程曲線）和管路性能曲線（流量—揚(yáng)程曲線）。泥泵在某一轉(zhuǎn)速下?lián)P程和流量的變化曲線和泥管水力特性曲線的交點(diǎn)就是泥泵在挖泥工況下的工作點(diǎn)。排泥管路中阻力發(fā)生變化，泥泵的工作點(diǎn)就循著泥泵特性曲線左右移動(dòng)。排泥管中的阻力越大，即水頭損失大，流量越大，工作點(diǎn)就沿著泥泵特性曲線向右移，反之則左移。

之所以要使泥泵在工作點(diǎn)附近運(yùn)轉(zhuǎn)具體包括3個(gè)原因：（1）泥泵在該點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)可以發(fā)揮最大的效率，挖泥效率最高；（2）可以使泥泵和管路的磨損降到最低，延長(zhǎng)泥泵和管路的使用壽命；（3）可以保證管路里泥沙混合物的流速在臨界流速之上，避免堵管的發(fā)生。

當(dāng)吹距較短時(shí)，管路的水頭損失較小，流量較大，工作點(diǎn)右移。此時(shí)，泥泵的流量變大，可能會(huì)造成泥泵特性與柴油機(jī)特性不匹配，引起船體的“喘振”現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可釀成船機(jī)事故，造成巨大損失。實(shí)際上，這種情況還會(huì)發(fā)生在管路磨損較?。ㄩ_挖淤泥或粉細(xì)砂時(shí)）等情況。

因此，在短吹距施工時(shí)，須采取必要的措施避免柴油機(jī)超負(fù)荷顯得尤為重要。

2.單泵施工和加“縮口”施工

“劍龍”和“港?？?36”均是IHC設(shè)計(jì)的“7025”型絞吸船，總裝機(jī)功率6155kW，絞刀功率750kW。在疏浚施工過(guò)程中，施工初期都遇到了吹距較短的情況。不同的是，“劍龍”采取了改單泵施工的方式，而“港海浚336”采取了雙泵施工、在管頭加裝“縮口”，縮口直徑為Φ=350mm。

從表1可以看出，在幾乎相同的條件下，“劍龍”和“港?？?36”的小時(shí)效率相差無(wú)幾。按常理來(lái)說(shuō)，“港?？?36”雙泵施工，吸排能力要比“劍龍”大的多，小時(shí)效率同樣也應(yīng)該優(yōu)于“劍龍”，但從實(shí)際的施工情況來(lái)看并非如此。通過(guò)分析原因可以得知：“港?？?36”由于加了“縮口”后，限制了排出流量，導(dǎo)致效率下降。

從油耗方面對(duì)比“劍龍”和“港?？?36”的施工成本（如表2所示）。

“劍龍”單方成本要比“港?？?36”低，也就是說(shuō)單泵施工效益較大。實(shí)際上，加縮口后會(huì)導(dǎo)致泥泵和管路系統(tǒng)的磨損變大，由此將付出更多的油耗成本。

3.單泵施工和雙泵施工的比較

“劍龍”初到港池現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，吹距只有900m，土質(zhì)為中細(xì)砂，選擇單泵施工；隨著吹填進(jìn)度，陸地管線不斷加長(zhǎng)，加之下層出現(xiàn)粘土，此時(shí)單泵施工出現(xiàn)以下情況：隨著吹距的增加，管路內(nèi)混合物的流速下降，排出壓力增大。即使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速開到最大，已無(wú)法提高流速。嚴(yán)重時(shí)可能出現(xiàn)“堵管“現(xiàn)象。為了避免堵管現(xiàn)象的發(fā)生，只能采取降低濃度的方法來(lái)提高流速。“劍龍”剛開始施工時(shí)的濃度為20%～30%，后來(lái)混合物濃度降到10%～20%才能保證混合物流速在臨界流速之上。但是這樣做會(huì)導(dǎo)致船舶的小時(shí)效率降低很多。

表3為“劍龍“在該港池的施工情況統(tǒng)計(jì)表，同時(shí)包含了“劍龍”單泵和雙泵的油耗情況。

從表3可以看出，在吹距較短的情況下，“劍龍”改單泵后施工效率較雙泵施工并未降受太大影響，但單方成本比雙泵施工降低了10%～20%。但隨著吹距的增加，單泵施工時(shí)船舶的小時(shí)效率下降，這時(shí)就需要改為雙泵以提高生產(chǎn)效率。

4.分析與結(jié)論

絞吸船在短距離施工的時(shí)候，泥泵的工作點(diǎn)會(huì)發(fā)生變化，可以采用雙泵改單泵或者雙泵加縮口的施工方式。這兩種方法雖然都能使船舶適應(yīng)這種變化，但加縮口的方法往往降低了絞吸船的生產(chǎn)效率，同時(shí)還會(huì)提高柴油機(jī)的油耗，加大了泥泵和排泥管路的磨損，增加了油耗成本。故在實(shí)際施工一般不建議采取這種方法。而單泵施工的施工效率并沒有下降很多，“劍龍”單方成本卻要比“港?？?36”低10%以上，也就是說(shuō)單泵施工效益較大，因此在吹距較短情況下建議選擇單泵的施工方法。

當(dāng)隨著疏浚作業(yè)的進(jìn)行，吹距的增加，管路內(nèi)混合物濃度下降，絞吸船的效率明顯降低時(shí)，就需要改回雙泵，提高生產(chǎn)效率以滿足生產(chǎn)進(jìn)度的需要。對(duì)于絞吸船來(lái)說(shuō)，在一定的作業(yè)時(shí)間內(nèi)，最大限度的提高小時(shí)效率，從而達(dá)到持續(xù)穩(wěn)定且最大化的產(chǎn)量，提高施工進(jìn)度是其最大的追求目標(biāo)，同時(shí)須保證較低的單方油耗以達(dá)到最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)效益。

5.結(jié)束語(yǔ)

本文從絞吸船在短吹距施工條件下，采用兩種優(yōu)化施工方法進(jìn)行對(duì)比研究，得出結(jié)論和建議，對(duì)進(jìn)一步提高絞吸船的工作效率、完善施工操作規(guī)程、指導(dǎo)疏浚吹填作業(yè)具有有益的作用。

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