黃河淤沙設備的研究及應用

張永偉 張紅杰 王錦虎

(河南省中原水利水電工程集團有限公司，河南 濮陽 457000)

1 課題立項

之后又引進了泥漿泵，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，在其最優狀態下，含沙量可達80%。但是泥漿泵也有其致命的缺點:?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，當輸送距離超過800m時，即使是8吋泵也經常造成輸沙管堵塞，效率降低，使其使用范圍受到限制。

進入21世紀后，水利部規劃了百船計劃，120m3/h新型挖泥船首次在濮陽二級懸河項目施工中得到應用。施工時絞刀面向上游，旋轉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;挖泥船在施工區內前后移動，靠船尾兩個定位樁輪換倒樁和調整絞刀臂上的左右纜繩松緊來完成。抽沙開始前期出沙慢，待工作平穩后測定，泥漿的含沙量在10%～20%之間。挖泥船和中間的柴油發動機油耗很高，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，達不到理想的抽沙效果。

總結上述施工經驗，在2012年度放淤固堤項目的施工中，對整個抽沙船進行了設備改造。改造了船體平臺、卷揚機、升降機、渣漿泵、變頻柜、推力器、電纜、水管等，且此船經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、輸沙距離長等優點，取得了很好的經濟效益和社會效益。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后，實現了高效節能的目的。

2 設備改造

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、環保等行業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距離輸送等。本文針對傳統泥漿泵的缺點，把渣漿泵引進過來，并進行改進，選取渣漿泵進行抽沙。

潛水渣漿泵主要由泵頭、電機、組合密封三大部分組成，電機與水泵軸一體潛入介質中工作，過流部件(包括泵體、泵蓋和葉輪)均采用耐磨材料制成。該泵產品選料精良，結構先進，流道寬闊，通過能力強。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現高含沙量泥漿的輸送;獨特的密封裝置能夠有效平衡油室內的壓力，使得機械密封壓力保持平衡，最大限度地保證了機械密封的可靠運行，大大延長了其使用壽命。潛水渣漿泵為水泵與電機同軸一體，工作時通過電機帶動水泵葉輪旋轉將能量傳遞給漿體介質，使之產生一定的流速帶動固體物流動，實現漿體的輸送。船用LQ(150LQ-480-6)潛水渣漿泵漿體參數見表1。

表1 船用LQ(150LQ-480-6)潛水渣漿泵漿體參數

渣漿泵的工作特點如下:

a.整機為干式電機下泵式結構，電機采用機械密封保護，能有效防止高壓水和雜質進入電機內腔。

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)，結果見表 2。

b.除主葉輪外，渣漿泵底部還安設有一攪拌葉輪，工作時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、無堵塞、排沙能力強，能有效通過較大的顆粒。

d.不受吸程限制，吸沙效率高。

e.無需配備輔助真空泵，投資低廉。

f.無需配備輔助攪拌或噴擊裝置，操作簡便。

g.電機潛入水下無需建設復雜的地面保護，管理更便宜。

h.簡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.設備直接潛入水下工作，無噪音及振動。

j.平臺可供3臺渣漿泵同時工作。

另外，船上安裝有推力器，可方便移動挖泥船。

2.2 變頻柜的使用

變頻柜最初應用在無塔供水系統，因其良好的啟動性能、調速性能和節能效果而成為當前推廣的動力拖動方式。由電機學公式可知，系統電機功耗與電機轉速成立方關系，在壓力不變時，水泵出水量與電機轉速成正比。本設備采用恒壓量工作方式，當含沙量高時，水泵葉輪阻力加大，為使系統保持管網恒壓，變頻柜通過升高電壓增大水泵轉數來增加輸出功率，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%，電機能耗為額定值的51.2%［(0.83)］節電量為48.8%，考慮到實際系統節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對電網的沖擊和大幅的壓降，節電效果顯著。

2.3 操作技術規程

a.要隨時注意工作面處土層變化，勤活動籠頭、勤移動船位，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，籠頭必須安設網罩。

b.經常注意進水漿管上真空表和出漿管上壓力表的變化，監視出漿管有無堵塞現象。

c.船員要熟悉水性，嚴禁酒后上崗作業，嚴禁作業人員沿管道、浮體上下船只或行走，不準下水洗澡。

d.在生產時每班不能少于5人，并密切關注水情、雨情、汛情的變化;注意機器運轉情況，發現異常情況便于及時處理。

e.船上生產、生活用電要符合有關用電規程，不準亂拉亂接電線，進出船只的電纜應有可靠的防水防潮性，機艙內嚴禁煙火。

f.開工前，應根據地形地貌，合理布置輸泥管線、供水設備、人行安全道，并制定每臺水槍的沖采范圍、沖采順序及有關安全技術措施。

3 應用實例及經濟效益

在2012年度濮陽堤防加固工程三標施工時，對使用(150LQ-480-6)潛水渣漿泵的一單元和使用普通吸泥船的范縣機淤六標二單元進行比較，具體比較情況見表2。經過比較可看出，(150LQ-480-6)潛水渣漿泵具有很大優勢。

表2 濮陽機淤三標一單元和范縣機淤六標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土節電0.6kW·h，節電幅度為26%，施工用動力電單價是0.75元/kW·h，每m3土節約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)費用每天在3000元左右，二單元比一單元多支出29.1萬元，每m3土增加費用0.59元;通過計算，使用150LQ-480-6潛水渣漿泵每m3土節約1.04元。現在一般的機淤固堤標段工程量都在200萬m3以上，照此計算，每個標段可以節約資金200萬元以上，效益非常顯著。

4 結語

在黃河下游放淤固堤工程抽沙工作中，經常遇到含沙量不高、挖泥船和中間的柴油發動機油耗很高等問題，存在施工成本高、輸送距離短等現象，達不到理想的抽沙效果。本文通過實際工程實踐，探討潛水渣漿泵的使用技術，對抽沙船和渣漿泵進行技術改造，引進了變頻柜，規范了操作技術規程，并在工程實例中得到應用，取得了較好的經濟效益和社會效益。

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