絞吸式挖泥船泥泵裝置特性探討

唐龍　曹紅亮

摘要：探討絞吸式挖泥船泥泵裝置特性，該篇文章將通過分析泥泵的特點(diǎn)、驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)、管路的特點(diǎn)和泥泵裝置工作點(diǎn)以及范圍等等，確定泥泵和驅(qū)動(dòng)裝置、管路、泥泵裝置的最佳匹配工況。絞吸式挖泥船泥泵裝置特性的探討有利于大幅度提高絞吸式挖泥船的工作效率，從而大大增加企業(yè)的效益，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：絞吸式挖泥船；泥泵；泥泵特性；驅(qū)動(dòng)裝置特性；管路特性；工況

引言

泥泵指的是一種絞吸式挖泥船上面通過管道的途徑實(shí)現(xiàn)連續(xù)地送泥漿重要設(shè)備。泥泵這種主要包括泥泵和驅(qū)動(dòng)裝置（直接驅(qū)動(dòng)泥泵的柴油機(jī)），還包括離合器、高速齒輪箱等等。

1.泥泵的特點(diǎn)

絞吸式挖泥船的主要疏浚機(jī)械是泥泵，因此，泥泵在泥水疏浚工作中扮演著及其重要的角色。 絞吸式挖泥船通常使用離心泵做為泥泵。

2.泥泵的主要參數(shù)

絞吸式挖泥船泥泵的主要參數(shù)有汽蝕余量、功率、流量、揚(yáng)程 、效率 、轉(zhuǎn)速 和泥漿的容重及漿體濃度等等。其中轉(zhuǎn)速是影響泥泵性能的一個(gè)很關(guān)鍵的要素。汽蝕余量是衡量泥泵汽蝕性能如何的參數(shù)。功率指的是泥泵的輸入功率即驅(qū)動(dòng)裝置傳遞到泥泵軸上的功率，輸出

功率指的是當(dāng)有漿體流過泥泵的時(shí)候，泥泵傳遞到它的功率， 通常用 字母Pe 來表示， 則：

Pe=ρgQH/1 000 （kW） （1）

泥泵里的損失功率所指的是輸入功率和輸出功率二者的差，而損失的情況大小用泥泵的效率η 計(jì)算， 這時(shí)候的軸功率為：

P=Pe/η=ρg QH/1 000 η （2）

3.泥漿特性

有過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的都很清楚地知道，在實(shí)際的疏浚工作過程中，泥泵它其實(shí)輸送的幾乎是泥漿。而泥漿一般情況下在土、水、鉸刀共同的作用下所混合而成的物體。并且，泥漿的濃度、粒徑、土質(zhì)、密度間的分配比例都影響著泥漿的特點(diǎn)。通常而言，泥漿的各工作參數(shù)以及它們之間的聯(lián)系是同清水的特性曲線一致，只是有微些不同，不同的程度范圍大小與泥漿的濃度、粒徑、土質(zhì)等等相關(guān)。其變化的傾向?yàn)椋?/p>

第一，粒徑對泥泵的揚(yáng)程和效率產(chǎn)生明顯的影響。當(dāng)遞送的砂比較粗的時(shí)候，揚(yáng)程和效率明顯下降。粒徑也影響著濃度對泥泵的性能。在濃度一樣大小的情況下，泥砂越粗， 揚(yáng)程和效率下降也就趨向于大。

第二，同一的泥泵轉(zhuǎn)速和流量， 輸送泥漿的速度比輸送清水的速度稍微慢些；當(dāng)轉(zhuǎn)速一樣時(shí)， 加大濃度的情況下，泥泵揚(yáng)程和效率都會(huì)下降，揚(yáng)程下降的速度低于效率，綜合起來看則是泥漿濃度越高，粒徑越粗，揚(yáng)程效率下降也越快。 其公式如下：H m =γm （1-k m P v ） ×H w （kPa） （ H m 、 H w 分別為泥泵抽送泥漿和清水時(shí)的揚(yáng)程） k m 為泥砂系數(shù) （見表 1） 。

表 1 泥砂系數(shù)數(shù)值表

土質(zhì) 淤泥 細(xì)沙 中砂 粗砂 礫石

k m 0 0.03 0.05 0.10 0.27 0.42 0.75

第三，在輸送泥漿時(shí)，由于泥漿的混合物比較多，其密度比清水大，假設(shè)泥泵轉(zhuǎn)

速、流量不變，泥泵的軸功率比清水時(shí)大，伴隨漿體濃度的增大而不斷增加，且輸送泥漿的時(shí)候其泵軸功率曲線幾乎是向上平移。

第四，泥泵葉輪幾何參數(shù)也會(huì)對泥泵性能產(chǎn)生影響，在濃度相同的情況下，葉輪外徑大的泥泵性能相比較外徑小的泥泵下降得快。

4.驅(qū)動(dòng)裝置的特性

泥泵驅(qū)動(dòng)方式主要是柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)、電力驅(qū)動(dòng) 、液力驅(qū)動(dòng)等形式 。其中柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)泥泵是絞吸式挖泥船最常見的泥泵驅(qū)動(dòng)形式。對于柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)泥泵的形式，泥泵的工況與柴油機(jī)的特性緊密相聯(lián)：在調(diào)速器的工作范圍之內(nèi) ，當(dāng)負(fù)荷在減少時(shí)， 柴油機(jī)負(fù)荷會(huì)在額定扭矩點(diǎn)的下面 ，轉(zhuǎn)速保持恒定的狀態(tài)。

如果柴油機(jī)正常工作，一般是在調(diào)速器工作區(qū)域內(nèi)，其功率比額定功率?。蝗绻裼蜋C(jī)負(fù)荷變化是在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，則柴油機(jī)的速度變化相對較小，柴油機(jī)速度的變化主要受到調(diào)速

器的影響。

5.管路特性

當(dāng)絞吸式挖泥船的泥泵裝置和輸送的管路特性相匹配的時(shí)候才能很安全地工作。而管路特性與泥漿的管徑、輸送的土質(zhì)、排距與排高和各種各樣的阻力損失有關(guān)聯(lián)，包括管路長

度上的吸泥頭、 彎頭、軟管 、 閥件等之處的局部阻力損失。對于管路阻力的計(jì)算方法有很多計(jì)算公式都可以用來計(jì)算，由于篇幅有限，這里就不一一例舉。一般用來計(jì)算管路總阻力損失的公式是：H z =H s +H p（H s 代表吸入端阻力損失；H p代表 排出端阻力損失。）

泥泵的工況點(diǎn)

泥泵挖泥裝置的工作點(diǎn)指的是柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的泥泵特性曲線和整個(gè)管路特性曲線的交點(diǎn)。因?yàn)槟啾玫墓r如何幾乎影響到整體的疏浚效率，由此，選擇合適、理想的工況是很重要的。通常在確定最佳工況步驟為：首先繪畫出不同的轉(zhuǎn)速下泥泵清水和不同泥漿的濃度的特性曲線；然后依據(jù)管路的實(shí)際情況去準(zhǔn)確計(jì)算和繪制管路特性曲線；隨即把這兩種不同的曲線交疊，各轉(zhuǎn)速下的交點(diǎn)就是工況點(diǎn)，最后在這些工況點(diǎn)中挑選比較適合的工況范圍，并檢查這個(gè)范圍內(nèi)是否存在有超負(fù)荷，柴油機(jī)的功率在這相應(yīng)的范圍內(nèi)是否得到充分的利用，使泥泵效率達(dá)到較高的效率區(qū)。

在探討絞吸式挖泥船泥泵裝置特性時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮到泥泵、泥泵特性、驅(qū)動(dòng)裝置特性、管路特性及工況之間的互相關(guān)聯(lián)，從而提高絞吸式挖泥船的工作效率，提高絞吸式挖泥船裝置工作的可靠性。在實(shí)際疏浚和吹填工程中， 隨著排距、 土質(zhì)、 濃度的不斷變化， 也應(yīng)能做到根據(jù)各曲線匹配情況及時(shí)調(diào)整泥泵工作范圍避免柴油機(jī)超負(fù)荷等不利現(xiàn)象從而提高泥泵效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]高偉.絞吸船挖巖工藝研究[D].天津大學(xué) 2007.

[2]唐建中.絞吸式挖泥船疏浚作業(yè)優(yōu)化與控制研究[D].浙江大學(xué) 2007.