耙吸挖泥船耗費系統電氣安裝工藝優化

摘 要：通過保航維修及調研分析，發現耙吸挖泥船耙管水下電氣設備頻繁出現故障跟電氣安裝工藝有很大的關系。為此，我們對以往建造工藝進行解析，并模擬水下環境作壓力試驗，創新設置了三層水密填料函的解決方案。同時闡述了耙管水下電纜敷設工藝的優化、分線盒及相關填料函水密施工方法的改良。

關鍵詞：疏浚；耙管；電裝；工藝；水密

1 前 言

挖泥船疏浚施工是一項水下作業，施工人員無法目睹水底情況，施工過程中有很多可變因素。耙管設置相關傳感器，發出檢測監控信號，通過電纜傳導至PLC機柜采集，工作站通過運行SCADA軟件，業面顯示耙臂姿態、深度、角度等實際位置，以使操耙手能及時掌握施工進展情況，從而實現人機合一控制疏浚施工質量，提高施工效率。

挖泥船耙管是疏浚系統專用水下挖泥設備，在水下承受泥沙沖刷及浪涌沖擊的惡劣環境，對相關傳感器、分線盒及電纜保護、分線填料函等安裝工藝及水密要求極高。一旦受外力損壞，波及電纜損傷水密失效，將損壞傳感器等相關電氣設備，耙臂失去監控，存在安全隱患。

如何更完善保護并延長水下電氣設備使用壽命，保障耙管安全使用問題，目前國內相關工藝技術資料和規范不多，僅憑經驗施工，是挖泥船建造過程中耙管電氣系統施工質量、效率難以控制的瓶頸。

挖泥時耙管電氣系統需承受以下幾種惡劣工況：

（1）耙吸挖泥船耙管工作在20～50米水下，挖泥船航行時泥泵高壓水沖松泥沙，泥沙沖刷及震動帶來電纜位移磨損傷害；

（2）耙管十字絞架電纜懸空加上浪涌沖擊擺動，加速了電纜扭動損壞；

（3）水下電纜一旦有破損口，在水壓力浸透下，海水順著電纜芯束線分別向傳感器、分線盒等漫延，電纜線芯DC24電壓和海水產生電解腐蝕損壞傳感器接頭。

水下壓力、泥沙、浪涌沖擊及電纜槽鋼意外折彎變形等環境條件，目前是無法改變的。只有加強電纜保護，對分線盒和傳感器相關水密填料函等進行工藝技術提升，以達到延長水下電氣設備使用壽命、保障耙管安全使用的目的。

2 耙管電纜槽鋼及電纜優化布置

2.1 存在問題

（1）耙管傳感器信號不穩定、失效；

（2） PLC柜顯示絕緣低報警；

（3）耙管十字絞點電纜易折斷，電纜出現破損點。

2.2 改進措施

針對以上故障，對耙管電纜槽鋼及電纜敷設綁扎進行優化設置，如圖1所示：

（1）槽鋼作為水下電纜保護支架及固定點，需將槽鋼設置為背部迎向挖泥方向，電纜內置槽鋼內，再加上扁鐵覆蓋，采用316不銹鋼扎帶綁扎牢固；

（2）槽鋼設置為立式安裝。在耙管施工過程中，存積在電纜上的泥沙在水流作用下卸漏在槽鋼外，減少電纜槽管內遺留淤泥；

（3）電纜直接綁扎在電纜槽內，挖泥工作時電纜裸露既容易遭泥沙沖擊磨損，同時浪涌的擺動造成電纜綁扎松動位移磨損。采用電纜整條預穿膠管，再固定在電纜槽管或液壓軟管里面。既增加電纜外皮保護、防震效能，又減少電纜移動空間，從而加強了對電纜更有效的施工保護；

（4）電纜槽鋼分支到接線盒或傳感器的電纜管出口角度，由90°更改為120°，從而減小電纜彎曲受力及轉角邊緣的摩擦；管口再加膠皮和橡膠管對電纜進行包扎，加強了對電纜緊固，消除引出管口電纜線根部震動及磨損；

（5）電纜保護采用穿液壓軟管，兩法蘭分別固定在絞點的左、右電纜槽鋼上，以適應下耙管和上耙管彎曲施工需要。當電纜在敷設或使用彎曲半徑一定時，電纜半徑越大，護套外側伸長率越大；重量越大，無支撐橫跨敷設時下垂張力越大，越容易造成護套開裂。

如圖2所示， A 、B 、C 三點均為彎曲受力點， A 點和C點固定在左右電纜槽鋼上，電纜本身重量形成的下垂對電纜上側產生外拉力， B點為電纜彎曲和重力造成的下垂點。這是因為一方面絞點彎曲工作時造成電纜彎曲，另一方面電纜本身重量帶來下垂張力，兩者共同作用點使B點電纜的下側相對的伸長率和擺動增大。再加上浪涌沖擊加速下，A點和C點受力更大，更容易裂開。

基于上述原因分析，在彎曲絞點電纜敷設安裝時應采取以下幾點措施：

（A）滿足耙管絞點電纜彎曲半徑需要的同時，盡可能將液壓保護軟管拉直設置；

（B）減小其重力造成的下垂張力，給予橫跨電纜支撐。采用不銹鋼鏈條綁扎，并張緊在左右電纜槽鋼端口上，整體拖住電纜，減輕其下垂張力；

（C）減少擺動阻力。不銹鋼鏈條不僅是良好的耐腐蝕及抗拉構件，而且對減小護套彎曲應力有良好的作用。

（6）對耙管上的電纜敷設、安裝納入報驗項目，施工質量全程監控減少施工遺留隱患。

2.3 改進后效果

（1）試用在GWS411、GWS412挖泥船上， 耙管上電纜槽鋼整體布置合理，轉彎角流暢，電纜穿膠管加強保護，在電纜槽鋼內空間充實并有減震效能，不銹鋼扎帶綁扎牢固可靠，重點消除了震動對電纜帶來的松動磨損隱患。實踐證明，延長電纜的使用周期1倍以上。

（2）從管理和工藝兩方面進行改進，按新工藝技術規范施工，節約生產成本，提高工作效率，工程質量得到提升。

3 耙管分線盒設置改進

3.1 問題提出

（1）耙管上分線盒和出現故障的傳感器內有水，接線端已銹斷損壞；

（2）延伸水密填料函法蘭固定螺栓易扭斷。

3.2 改進措施

挖泥船兩側耙管上的分線盒及水密填料函，工作在20～50米水底，壓力達0.3-0.5 MPa，這就要求分線盒及填料函的殼體、蓋板接口部分、及電纜進線處的密封性能均能承受這樣的壓力。

（1）連接方式改為迷宮密封加密封圈的方式，屬雙重密封。原4個M6的螺絲改為6個M6的螺絲緊固。迷宮式密封為一配合齒口，并可間接承受側面徑向的撞擊力；另外，從密封角度考慮，海水必須經過齒口后才能進入密封圈的密封層，然后才能進入分線盒內部，比原來的密封方式多了一層水密。

（2）座體的優化設計包含以下幾個方面：

（A）蓋板與殼體也采用雙重密封設計；

（B）底板與套管的焊接處改為緊配入的齒口后再焊接。當水壓壓向套管時，齒口可承受相當強的壓力；

（C）改進后2/2進出線水密填料函安裝好后， 分線盒蓋板緊固， 封堵3個出口，加水壓至0.5 Mpa，保壓20分鐘，滿足使用要求。

4 耙管水密填料函改進

4.1 存在問題

傳感器信號中斷或P L C絕緣低報警，檢查傳感器及分線盒內進海水腐蝕電氣元件。

4.2 電纜及填料函水密試驗

對供應商提供的分線盒及傳感器水密填料解體分析研究，并抽取耙管使用中的水下電纜，模擬電纜破損作水下密性試驗。希望從試驗中探索、分析、查明電纜至填料函及傳感器進水的原因、路徑，從中找出相應的解決方法。

傳感器填料函接入電纜并安置在密封加水壓的管道中，模擬電纜斷裂水壓從裂口向水密填料函作浸透試驗。

水下電纜12x0.75 mm2，長度1米。電纜線整段設置在密封管內，管一端安裝在水密填料函內，另一端連接試壓管、壓力表、開關閥和加壓水泵。壓力范圍0～0.6 Mpa，試驗工裝如圖3所示。

4.3 新型水密填料函電纜工藝改進

通過對電纜解剖、分析、實驗得知，電纜破損進水滲漏有三個途徑，分別是電纜護套、線芯束間隙及線芯多股銅芯導線間隙有滲漏。根據線芯多股銅芯導線間隙路徑長、滲漏阻力增大的特點，以密封填料可重復拆裝不傷電纜為目標，采用不同填料層層封堵，為更換電纜爭取了時間，且達到易于靈活拆裝、更換電纜、方便施工的目的。

（1）層用螺帽機械緊迫填料和電纜護套間隙來達到密封效能；

（2）將延伸過來的線芯束灌注密封劑，即完成對填料函內腔的電纜線芯束之間的間隙實現技術封閉；

（3）線芯預栽好長度，將線芯剝去塑膠皮，露出銅芯線，冷壓線耳，線耳垂直向上，在線耳與導線膠皮口處滴滿 “495” 瞬干膠（包括接地線），2分鐘后 “495” 膠水凝固，將線耳接觸導電位置膠水刮去，實現了對多股塑膠銅芯軟線進行填料函技術封閉；

（4）電纜穿入進線口，填料函法蘭與外殼法蘭用M8x12的不銹鋼內六角螺絲對接，完成整套水密填料函的電纜水密工藝安裝工作；

（5）加水壓至0.5 Mpa，保壓20分鐘，滿足使用要求。

5 結束語

電纜填料函三級填料水密裝置成功投入使用，阻隔水從填料函沿電纜芯線進入損壞傳感器的路徑，延長電纜使用壽命，減少由于不良工藝造成的電器損壞及故障，提高了整個系統的可靠性。此外，新型水密填料函與新填封工藝應用，使拆裝靈活、易于更換電源、施工方便、縮短正常維修時間。經GWS411、 GWS412耙吸挖泥船耙管安裝使用一年以來，未出現因安裝工藝技術和施工方法引起的耙管電氣故障，電纜及傳感器各增加1倍以上使用壽命。本文對建造耙吸挖泥船耙管電氣設備安裝工作的同行，有一定的參考價值。

參考文獻

[1] 顧龍祥. 挖泥船耙管位置監視器和產量計算系統. 船舶電氣， 2000年

[2] 鄭懇. 船舶電工工藝.哈爾濱工程工業大學出版社， 2006年

[3] 陸祥潤. 船舶電氣實用指南. 大連海運學院出版社， 1993年