短吹距施工條件下絞吸船兩種優(yōu)化施工方法的對比研究

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，對比驗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，最終得出結論：在吹距較短時，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。

關鍵詞：絞吸船 泥泵 小時效率

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排泥管線吸入、排出，作業(yè)過程中能夠?qū)⑼谀唷⑦\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。其吸入真空和排出壓力都是靠泥泵產(chǎn)生的，因此可以說泥泵是絞吸船的“心臟”。一般絞吸船都有2個或3個泥泵，“7025”型絞吸船1個水下泵、1個甲板泵（或艙內(nèi)泵），“8527”型絞吸船配有1個水下泵、2個甲板泵（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、揚程、水文條件以及自身的船機性能條件等等。我國過去絞吸船疏浚吹填施工主要依靠經(jīng)驗，操作水平較低。因此在實際施工中，要想降低生產(chǎn)成本，提高船舶的生產(chǎn)效率，必須做出科學合理的調(diào)整以適應這些因素，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，很容易會造成柴油機超負荷。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”號和“港海浚336”號在北方某港口一處港區(qū)港池疏浚施工實際情況的歷史資料，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

絞吸船泥泵的工作點取決于兩條曲線：泥泵性能曲線（流量—揚程曲線）和管路性能曲線（流量—揚程曲線）。泥泵在某一轉速下?lián)P程和流量的變化曲線和泥管水力特性曲線的交點就是泥泵在挖泥工況下的工作點。排泥管路中阻力發(fā)生變化，泥泵的工作點就循著泥泵特性曲線左右移動。排泥管中的阻力越大，即水頭損失大，流量越大，工作點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附近運轉具體包括3個原因：（1）泥泵在該點運轉可以發(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。

當吹距較短時，管路的水頭損失較小，流量較大，工作點右移。此時，泥泵的流量變大，可能會造成泥泵特性與柴油機特性不匹配，引起船體的“喘振”現(xiàn)象，嚴重時可釀成船機事故，造成巨大損失。實際上，這種情況還會發(fā)生在管路磨損較小（開挖淤泥或粉細砂時）等情況。

因此，在短吹距施工時，須采取必要的措施避免柴油機超負荷顯得尤為重要。

2.單泵施工和加“縮口”施工

“劍龍”和“港海浚336”均是IHC設計的“7025”型絞吸船，總裝機功率6155kW，絞刀功率750kW。在疏浚施工過程中，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“港海浚336”的小時效率相差無幾。按常理來說，“港海浚336”雙泵施工，吸排能力要比“劍龍”大的多，小時效率同樣也應該優(yōu)于“劍龍”，但從實際的施工情況來看并非如此。通過分析原因可以得知：“港海浚336”由于加了“縮口”后，限制了排出流量，導致效率下降。

從油耗方面對比“劍龍”和“港海浚336”的施工成本（如表2所示）。

“劍龍”單方成本要比“港海浚336”低，也就是說單泵施工效益較大。實際上，加縮口后會導致泥泵和管路系統(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)場施工時，吹距只有900m，土質(zhì)為中細砂，選擇單泵施工；隨著吹填進度，陸地管線不斷加長，加之下層出現(xiàn)粘土，此時單泵施工出現(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。即使柴油機轉速開到最大，已無法提高流速。嚴重時可能出現(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提高流速。“劍龍”剛開始施工時的濃度為20%～30%，后來混合物濃度降到10%～20%才能保證混合物流速在臨界流速之上。但是這樣做會導致船舶的小時效率降低很多。

表3為“劍龍“在該港池的施工情況統(tǒng)計表，同時包含了“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，單泵施工時船舶的小時效率下降，這時就需要改為雙泵以提高生產(chǎn)效率。

4.分析與結論

絞吸船在短距離施工的時候，泥泵的工作點會發(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，同時還會提高柴油機的油耗，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“港海浚336”低10%以上，也就是說單泵施工效益較大，因此在吹距較短情況下建議選擇單泵的施工方法。

當隨著疏浚作業(yè)的進行，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，就需要改回雙泵，提高生產(chǎn)效率以滿足生產(chǎn)進度的需要。對于絞吸船來說，在一定的作業(yè)時間內(nèi)，最大限度的提高小時效率，從而達到持續(xù)穩(wěn)定且最大化的產(chǎn)量，提高施工進度是其最大的追求目標，同時須保證較低的單方油耗以達到最優(yōu)的經(jīng)濟效益。

5.結束語

本文從絞吸船在短吹距施工條件下，采用兩種優(yōu)化施工方法進行對比研究，得出結論和建議，對進一步提高絞吸船的工作效率、完善施工操作規(guī)程、指導疏浚吹填作業(yè)具有有益的作用。

參考文獻：

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