接力泵技術(shù)在疏浚工程中的研究應用

譚 嵐 王贊成

（湖南百舸疏浚股份有限公司 長沙市 410007）

近年來，國內(nèi)疏浚市場出現(xiàn)的城區(qū)、景區(qū)、湖泊清淤項目，通常具有排泥場距離施工區(qū)遠且航運不通的特點，而此類疏浚項目一般所采用的絞吸船單船施工時，由于受到設(shè)備揚程的限制，難以將疏浚土直接輸送至排泥場，這時通常在管路中間串聯(lián)1個或多個泵，以起到接力的作用，從而將疏浚土輸送到排泥場。下面主要針對絞吸式挖泥船的接力泵技術(shù)研究運用進行探討。

1 接力泵的選定

（1）兩臺性能不同的泵串聯(lián)工作時，其性能特性曲線如圖1所示。

圖1 不同性能的泵串聯(lián)

H1、H2是兩條管路特性曲線，工作點分別為A和B，當工作點為A時，兩臺泵的工作點分別為A1和A2，兩臺泵都能正常工作，其壓頭合流量都大于兩臺泵單獨工作時的流量和壓頭。而當管路特性曲線在H2以下時，即Q＞Qb時，兩泵的總揚程小于泵2的揚程，若泵1作為串聯(lián)在泵2前的一級泵，則泵1變?yōu)楸?吸入側(cè)的阻力，性能曲線Ⅰ的泵不能工作，該泵不但不能增加液體的能量反而消耗功率，性能曲線Ⅱ的泵吸入條件惡化，液體工作不穩(wěn)定，易產(chǎn)生氣蝕，管路中還有可能產(chǎn)生水錘現(xiàn)象。若泵1串聯(lián)在泵2之后，則泵1變?yōu)楸?排出側(cè)的阻力，泵1處于水輪機工作狀態(tài)，為非正常工作狀態(tài)，所以上述兩種泵的串聯(lián)流量要大于Qb是不可能的。因此，如選用不同性能的泵串聯(lián)使用時，往往一臺泵超負荷，而另一臺泵未達到滿負荷，其結(jié)果使他們的功率都沒有達到充分利用，其經(jīng)濟性和實用性都難以滿足實際工程的需要。

（2）對于兩臺性能相同的泵串聯(lián)時，其流量相等，揚程理論上等于兩臺獨立泵的揚程之和，但實際受管道阻力增大的影響，其揚程小于兩泵揚程之和。雙泵工作時，揚程之和導出的新曲線為整個裝置的泥泵特性曲線，其新的管路特性曲線變陡。圖2為兩臺相同性能的泵串聯(lián)使用時的工作情況，Hm為兩泵疊加后特性曲線。

圖2 相同性能的泵串聯(lián)

（3）3臺或多臺泥泵串聯(lián)時，其計算和考慮的因素與兩泵的規(guī)律相同。

2 接力泵在排泥系統(tǒng)中的布置方式

一般直接在管線上接力布置。如圖3所示，在管線的不同地方分別布置幾臺泵，一臺泵的輸出直接是另一臺泵的輸入。

圖3 直接在管線上接力布置方式

這種布置對設(shè)備的要求也最低，可按單臺設(shè)備的使用要求考慮成本最低，缺點是需建多個泵站，各泵站順序啟動時易出現(xiàn)氣蝕，對各泵站的順序啟動時間精度要求較高。

3 中間有給料池的接力布置方式

如圖4所示，按管線總阻力損失均分，確定泵站的位置，只是每組泵的前方增加一料漿池，以調(diào)節(jié)工況，提高整個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。與第1種布置方式相比，缺點是需增加料漿池，同時泥泵磨損不均時會出現(xiàn)溢池或抽空現(xiàn)象，優(yōu)點是運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，各泵站順序啟動時間相對易于掌控。

4 接力泵站數(shù)量確定

在實際施工中，單個泥泵對于疏浚土的運距取決于土質(zhì)情況、排高、泥漿濃度等因素，即在泥泵揚程一定的情況下，計算出對應的水頭損失，則可以明確接力泵的數(shù)量。

圖4 中間有給料池的接力布置方式

（1）沿程水頭損失計算。

沿程水頭損失hf由達西——魏斯巴赫巴赫公式計算可知：

式中 λ——沿程水頭損失系數(shù)，與管道內(nèi)流態(tài)、管壁特性有關(guān)；

l——最長排距，根據(jù)實際地形和計劃管線走向確定。

（2）局部水頭損失系數(shù)。局部水頭損失為：

（3）其他水頭損失。

排高h為挖泥船泥泵中心點至排泥管出口處斷面中心點的高差。

（4）接力泵數(shù)量確定。

在整個疏浚工程中，中水頭損失為以上水頭損失之和，在已知工程總排距和單個泥泵揚程的情況下，即可計算出該工程所需的接力泵數(shù)量。

5 接力泵技術(shù)在疏浚工程中應用的意義

（1）常規(guī)疏浚施工方式的有益補充。

在常規(guī)的疏浚施工中，絞吸式挖泥船由于受到自身揚程和工程排距的限制，在很多工程中都難以考慮采用。接力泵技術(shù)的應用，理論上消除了這一限制，使絞吸式挖泥船在疏浚工程施工中能夠得到更廣泛的應用，從而也使得今后施工方案有了更多的選擇。

（2）節(jié)約成本，提高施工功效，便于管理。

在常規(guī)施工方式中，為達到工程所需的輸送距離，常常需要投入幾艘絞吸式挖泥船以及一定數(shù)量的配套設(shè)備來轉(zhuǎn)運。由于投入設(shè)備和施工人員的數(shù)量多，導致相應的生產(chǎn)成本也高，且增加日常管理工作。而采用接力泵與絞吸式挖泥船配套施工，使得挖泥船開挖、泥漿輸送同步進行，簡化了常規(guī)挖-運-吸的施工環(huán)節(jié)，同時減少了人員和配套設(shè)備的投入數(shù)量，便于日常的施工管理，降低了施工成本。

（3）減少對施工區(qū)域周邊環(huán)境的影響，更符合環(huán)保要求。

在常規(guī)施工方式中，為了實現(xiàn)疏浚土的轉(zhuǎn)運，常常對施工區(qū)域產(chǎn)生較大影響，相對而言，采用接力泵配合絞吸式挖泥船施工，對周邊環(huán)境影響僅限于挖泥船施工區(qū)域和排泥管線沿途，其影響面要小得多。

6 結(jié) 語

在實際工程施工中，為合理地確定接力泵數(shù)量以及接力泵與絞吸船（泵）之間管線長度，還需考慮諸多其他因素的影響，如防止接力泵末端排除壓力過大和泵前進口余壓不能過低也不能過高等因素的影響。隨著疏浚技術(shù)的日益完善，相信其在疏浚施工中將占據(jù)越來越重要的地位。