耙吸式疏浚船泥泵特性分析与工况优化 杨 顺 （中港疏浚股份有限公司，上海２００１２０） Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ０ｆ Ｍｕｄ Ｐｕｍｐ ａｎｄ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｏｐｐｅｒ Ｄｒｅｄｇｉｎｇ Ｖｅｓｓｅｌ ＹＡＮＧ Ｓｈｕｎ （ＣＨＥＣＤ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００１２０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｍｕｄ ｐｕｍｐ ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｐｉｐｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｎ ｐｕｍｐ ｓｐｅｅｄ，ｓｏｌｉｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｐｉｐｅｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｙｉｅｌｄ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｕｓｅｄ ｍｏｒｅ ｄｏｕｂｌｅ－ｐｕｍｐ ｓｅｒｉｅｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｉｌｉｎｇ ｈｏｐｐｅｒ ｄｒｅｄｇｅｒ；ｍｕｄ ｐｕｍｐ ｆｅａｔｕｒｅｓ；ｐｉｐｅ ｆｅａｔｕｒｅ；ｄｏｕｂｌｅ ｐｕｍｐ ｉｎ ｓｅｒｉｅｓ ｆｅａｔｕｒｅｓ ０前言 （吹泥）； ２００９年中交集团下属“新海龙”轮远赴非洲尼日 利亚参建了拉各斯港沙坝滩吹填围堤工程，这是中 单泵排压：０．２３ＭＰａ（挖泥），０．７８５ＭＰａ（吹泥） 交上海航道局乃至中国首次由单艘耙吸式疏浚船独 立完成长距离吹填项目，施工过程中采用了海上船舶 １泥泵特性 １．１泥泵基本特性曲线 动力系统定位，与长距离吹泥管路接合，然后用可调 速柴油机复合驱动泥泵双泵串联工作方式，调整泥泵 工况、发挥出船舶的最大功效，完成一次吹泥到位的 施工方法，该方法无以往任何操作先例及经验可以 借鉴． 新海龙轮为由荷兰ＩＨＣ公司制造的一艘 １２０００ｍ 大型自航式耙吸挖泥船，双机双桨，每台主 柴油机同时驱动轴带发电机，泥泵和推进可调桨．新 海龙疏浚船主要设备如下： 推进柴油机二台（瓦锡兰）：２×９０００ＫＷ； 耙吸船所用泥泵为由耐磨材料制成得特大型离 心泵，泥泵特性曲线和离心泵基本一致，但受限于为 柴油机驱动功率，故该泥泵设有最大功率与扭矩 装置． １．２土质、浓度与泥泵特性曲线关系（见图１） 由于泥泵所输送的流体为泥沙而非清水，因此土 质，泥浆浓度将改变泥泵特性，土质越硬、泥浆浓度越 高，需要的压头越高，最高转速对应的流速越低． １．３泥泵工作区域（见图２） 如图２所示，根据柴油机特性，泥泵特性，土质浓 度特性合围所得出的阴影区域就是实际泥泵可工作 区域． 单泵功率：２２００ｋＷ（低速），６５００ｋＷ（高速）； 单泵流量：２５２００ｍ ／ｈ（挖泥），１６２００ｍ ／ｈ 收稿日期：２０１０－０８－１９ 作者简介：杨顺（１９８０一），男，学士，主要从事疏浚船舶设备管理工作 ２６第六期２０１０年技术篇 Ｂｄ窆＼ Ｂｄ ＼ 辕 图ｌ 土质、泥浆浓度对泵特性影响 站 图２泥泵工作区域图 ２输泥管路阻力特性曲线 ２．１ 管路阻力与管路特性曲线的关系 输泥管路越长，需要的总压头越高，流速越高时， 压头增加更快； 输泥管径越小，需克服的阻力越大，需要的压头 越大； 输泥管路附件越多，需克服的阻力越大，需要的 压头越大． ２．２ 泥浆浓度与管路特・性曲线的关系（见图３） 图３ 泥浆浓度与管路特性图 １）如果吸入浓度越高，需要的总压头越高． ２）根据图３所示，在极低速区域，流速较低，所需 压头反而较大，这就意味着存在着临界流速（流速太 慢，粗砂沉淀，管径变小，需要的总压头大），浓度越 高，临界流速越高，…一定避免在临界流速下工作而 堵管． ２．３泥泵真空度与气蚀 真空度是泥泵吸入端的阻力之和，真空度越高，饱 和水蒸气析出空气，产生气蚀．吸上真空度（ＮＰＳＨＲ）在 制造时已确认，可以参照制造商图纸确认． ３泥泵工况点（见图４） 泥泵正常工作时，总压头取决于管泥泵特性曲线 与管路特性曲线的交叉区域点即为泥泵排出的工 况点． １）管路的流速，土质和浓度，流速越高，土质越 粗，浓度越高，总压头就越高． ２）流速低于临界流速，泥沙沉积，不宜在此区域 以下工作． ３）流速太高．使真空度太高，产生气蚀，不宜在此 区域以上工作． ４）尽可能在高流速下施工，使管路阻力减小，节 省油耗． ５）随着管路增长，管路特性曲线将会不断上升， 上升到一定的程度将与泥泵特性曲线无交点，不能工 作．在无法改变泥泵特性曲线的情况下，只有减小排 出管阻力，在低浓度下工作． ６）如管路太短，工作点将降低到柴油机额定转速 以下，甚至低于柴油机最低转速，而不能工作． 矗 山 主 图４泥泵排出的工况点 ４双泵串联特性分析 ４．１泥泵工况点（见图５） 短管路时，如图示２５０ｍ和５００ｍ时，仅与单泵有 交点，即仅能一台泵工作； 中等管路时，如图示７００ｍ和１０００ｍ时，与单泵 与双泵都有交点，即既可一台泵工作，也可两台泵工 作，但双泵串联流速高，产量高； 长管路时，如图示，大于１０００ｍ时，仅与双泵有 交点，即只能两台泵串联． 技术篇２０１０年第六期 ２７ ４．２双泵串联工作特性（见图５、图６） １）理想状况，流量不变，压头叠加． ２）如果吸入泵和排出泵相同（见图５），两泵转 ｌ－Ｏ Ｏ ８ 双 ■ ／／长排距管路曲线 排出高压泵 ＼ ｏ．６ 速基本相同（理论上相同，实际上排出泵转速比吸人 泵稍高），双泵串联曲线工作于Ａ点，各单泵工作于Ｂ 点，负荷基本相同． ３）如果吸人泵和排出泵不相同（见图６，双泵串 联曲线工作于Ａ点，吸人泵工作于Ｃ点，排出泵工作 ０ Ｂ ＼ １ ． ．． 。吸入低压泵 墨ｏ．４ 繁０２ ．＼６ ．． ２ ３ ４ ５ ７ ８ ９ 流速／（ｍ．ｓ一 ） 在Ｂ点（低于额定功率），排出泵比吸入泵的转速高， 功率高．流量或产量由吸人泵决定，压头由双泵串联 压头决定． ４）尽量让吸入泵在全转速下工作，将使流量大， 增加产量． 低、高压两台泥泵串联工况 ５新海龙泥泵吹泥工况优化 新海龙在非洲尼日利亚拉各斯港沙坝滩吹填围 堤工程项目中，结合工程要求与船舶设备情况对船舶 泥泵工况进行了优化组合． ５．１ 当地管路，土质特点 当地土质为砂源性中粗砂，夹杂大量贝壳，粒径 ＼ 约在０．３２—０．５ｍｍ左右，排泥管直径为１ｍ． 丑 根据设备制造商ＩＨＣ经验公式计算出：在排泥 Ｏ 管路中泥浆的临界速度，６．１—５．５ｍ／ｓ即泥泵安全工 图 ６ 作，需控制最小流速在６．１ｍ／ｓ左右（以排出泵，左泵 为准）． ５．２典型吹泥工况分析 流速／（ｍ．Ｓ ） 图５相同性能两台泥泵串联工况图 １）两泥泵低低工况组合（表１） 表１低低工况（左泵功率２２００ｋｗ，右泵功率２２００ｋＷ） 日期 ４月２９日 吹泥模式 低低模式 吹泥管长度 约４００ｍ 左主机泥泵转速 ５１Ｏ／１８２ｒ／ｒｎ 右主机泥泵转速 ５０７／１８０ ｒ／ｍ 左主机油门刻度 ４．８ 右主机油门刻度 ４．８ 左流速 ６ｍ／ｓ 右流速 ６．８４ｍ／ｓ 左泥浆密度 １．２８ 右泥浆密度 １．２４ 分析：排距较短，左右主机在额定转速下工作，喷 油量不足，主机负荷低，不利于主机工作，为提高效 于临界流速，流速不能进一步降低，故不建议低低模 式下操作，否则需换用小的泥泵叶轮工作． ２）单泵高功率工况 率，应增加负荷，常规应采用缩口，降低流速，但受限 表２单泵高功率工况（右泵６５５０ｋＷ） 日期 ５月９日 吹泥模式 右高模式 左主机泥泵转速 ０ 左主机油门刻度 ０ 左流速 ０ 左泥浆密度 ０ 吹泥管长度 约４５０ｍ 右主机泥泵转速 ４４０／２４９ ｒ／ｍ 右主机油门刻度 ６．５ 右流速 ７．８ ｍ／ｓ 右泥浆密度 １．３ 分析：排距较短，右主机低于额定工作工作，喷油 量适中，主机负荷适中，工况较好，如为进一步提高效 ２８第六期２０１０年技术篇 率，可同时增加两台主机的转速，但为避免气蚀，可稳 （下转第３７页） 研究在国内也取得了巨大进步，如太原变压器厂研究 的用磁浮式探头检测超声信号的变压器局部放电超 声定位检测法，监测效果优于电气测量法．西安交通 大学研究了在电缆中问连接头绝缘连接盒左右分别 安装金属电极连接高阻抗的局放差分检测法，在线监 测１１０ｋＶ及以上ＸＬＰＥ电力电缆局部放电，在缆中间 连接头安装高频电磁耦合传感器配合局放信号分析 仪的方法在线监测１０ｋＶ及以上ＸＬＰＥ电力电缆及附 （２）检测到ＸＬＰＥ电缆局部放电信号后，利用硬 件和软件技术去除干扰，提高信噪比，从而提取可靠 的局部放电信号用于分析研究； （３）研究描述ＸＬＰＥ电缆局部放电的多种特征参 数，从中选择出能有效表征电缆在不同缺陷下局部放 电信号的特征量； （４）选择合适地特征量采取支持向量机的方法 对ＸＬＰＥ电缆局部放电进行模式识别． 参考文献： ［１］严璋．电气绝缘在线检测技术［Ｍ］．北京：水利电力出 版社，１９９５． 件局部放电故障，在局放低频段能检测几个ｐｃ的放 电量． ３本文研究的主要内容 针对上述ＸＬＰＥ电力电缆局部放电在线检测的 国内外发展状况，本文主要从以下几个方面进行 研究： ［２］罗俊华，马翠娇，邱毓昌．ＸＬＰＥ电力电缆局部放电在 线检测［Ｊ］．高电压技术，１９９９，２５（４）：３２—３４． ［３］杨孝华．交联聚乙烯电力电缆局部放电模式识别的研 （１）研究ＸＬＰＥ电缆的局部放电特性，在此基础 上建立一套ＸＬＰＥ电缆局部放电的检测系统，并对四 种不同缺陷下电缆的局部放电进行模拟试验； 究［Ｄ］．重庆：重庆大学，２００２． ［４］吴倩，刘毅刚．高压交联聚乙烯电缆绝缘老化及其诊 断技术述评［Ｊ］．广东电力，２００３，１６（４）：１５－２１． （上接第２８页） 定在此转速工作，随着管路的延长，适当提高主机转 速，保持排出流速在７．８ｎｖ／ｓ左右，可维持高效吹泥的 进行． ３）两泵低、高工况 表３低、高工况（左泵功率６５５０ｋＷ，右泵功率２２００ｋＷ） 日期 ９月２１日 吹泥模式 低高模式 左主机／泥泵转速速 左主机油门刻度 左主机功率／左推耗用功率 ４４０／２４９ｒ／ｍ ６．５ ５９２３／５ １０ 左流速 ５．９ｍ／ｓ 左泥浆密度 １．３ 吹泥管路长度 右主机／泥泵转速 右主机油门刻度 右主机功率／右推耗用功率 右流速（平均） 右泥浆密度 约１２００ｍ ５ｌ０／１８２ｒ／ｍ ５．５ ４６７１／１９９７ ＿ ７ｒｒｒ／ｓ １．２２ 分析：中等排距，流量是吸人泵高，排出泵低；浓度是 吸入泵低，排出泵高． 右主机于额定转速工作，喷油量偏低，主机负荷 偏低； 的数量，及低高档位．通过合理调节柴油机的转速，使 两台泥泵匹配最佳，既能降低泥泵气蚀磨损，又能达 到高效节能的效果． 左主机低于额定转速工作，左泥泵转速高于右泥 泵转速约６７转，功率高于右泥泵，但距单机额定功率 ９０００ｋＷ尚有一定差距，可进一步提高左主机转速，提 高排出流速，提高生产效率． ６小结 参考文献： ［１］胡开华，陈祥，任美康．疏浚船用耙齿的研制和应用 ［Ｊ］．工程机械，２００５（７）：６３－６５． ［２］章庆生，戴雪良．新型水下泥泵挖泥船的研制［Ｊ］．江 苏船舶，２００３，２０（６）：１２—１５． ［３］王建设，曹南．１６００ｋＷ斗轮挖泥船水下泥泵组船台安 装可行性分析［Ｊ］．船海工程，２００５（４）：５６—５８． 耙吸船双泵吹泥工作时，施工人员需根据管路的 长度，土质，需要的生产效率的不同，来选择泥泵串联 技术篇２０１０年第六期３７
