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耙吸式疏浚船泥泵特性分析与工况优化


耙吸式疏浚船泥泵特性分析与工况优化





( 中港疏浚股份有限公司, 上海 200120)

要: 介绍疏浚船泥泵特性和管路特性, 并就泥泵运行过程中的转速、 泥浆浓度、 土质情

况、 输送管线等生产要素对泥泵产量的影响进行了分析, 继而讨论了生产实践过程中使用较多 提

出了双泵串联吹泥工作时的运行注意要点. 的双泵串联工作状况, 关键词: 耙吸式疏浚船; 泥泵特性; 管路特性; 双泵串联 中图分类号:U674. 31 文献标识码:A 8354(2010)06002603 文章编号:1005-

Characteristics of 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 of production yield were analyzed and then discussed production practice used more doublepump series working conditions. Key words:trailing hopper dredger; mud pump features; pipe feature; double pump in series features

0

前言
2009 年中交集团下属 “新海龙” 轮远赴非洲尼日

( 吹泥) ; 0. 单泵排压: 0. 23MPa( 挖泥) , 785MPa ( 吹泥) .

利亚参建了拉各斯港沙坝滩吹填围堤工程,这是中 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 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; 6500kW( 高速) ; 单泵功率: 2200kW( 低速) , 单 泵 流 量: 25200m / h ( 挖 泥 ) ,16200m / h
08收稿日期:2010- 19 ) 男, 作者简介:杨顺(1980- , 学士, 主要从事疏浚船舶设备管理工作.
3 3 3

1
1. 1

泥泵特性
泥泵基本特性曲线 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 故该泥泵设有最大功率与扭矩 柴油机驱动功率限制, 限制装置. 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.

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第六期 2010 年

技术篇

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 产生气蚀. 吸上真空度(NPSHR) 在 和水蒸气析出空气, 制造时已确认, 可以参照制造商图纸确认.

3
图1 土质、 泥浆浓度对泵特性影响

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
图2 泥泵工作区域图

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.

2
2. 1

输泥管路阻力特性曲线
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4

泥泵排出的工况点

4
4. 1
图3 泥浆浓度与管路特性图

双泵串联特性分析
泥泵工况点( 见图 5) 短管路时, 如图示 250m 和 500m 时, 仅与单泵有

即仅能一台泵工作; 交点, 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, 定 避 免 在 临 界 流 速 下 工 作 而 一 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

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4. 2

双泵串联工作特性( 见图 5、 6) 图 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

实际上排出泵转速比吸入 速基本相同( 理论上相同, 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) 如果吸入泵和排出泵不相同( 见图 6, 双泵串 联曲线工作于 A 点, 吸入泵工作于 C 点, 排出泵工作 在 B 点( 低于额定功率) , 排出泵比吸入泵的转速高, 功率高. 流量或产量由吸入泵决定, 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.
图6 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 0. 约在 0. 32- 5mm 左右, 排泥管直径为 1m. 根据设备制造商 IHC 经验公式计算出:在排泥 6. 5. 管路中泥浆的临界速度, 1- 5m / s 即泥泵安全工 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 1) 两泥泵低低工况组合( 表 1)

图5

相同性能两台泥泵串联工况图 表1

低低工况( 左泵功率 2200kw, 右泵功率 2200kW) 左主机泥泵转速 510 /182r / m 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

日期 4 月 29 日

吹泥模式 低低模式 吹泥管长度 约 400m

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 率, 应增加负荷, 常规应采用缩口, 降低流速, 但受限
表2 日期 5 月9 日 吹泥模式 右高模式 吹泥管长度 约 450m

流速不能进一步降低, 故不建议低低模 于临界流速, 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

单泵高功率工况( 右泵 6550kW) 左主机油门刻度 0 右主机油门刻度 6. 5 左流速 0 右流速 7. 8 m / s 左泥浆密度 0 右泥浆密度 1. 3

左主机泥泵转速 0 右主机泥泵转速 440 /249 r / m

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

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)

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第六期 2010 年

技术篇

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间连接头绝缘连接盒左右分别 在线监 安装金属电极连接高阻抗的局放差分检测法, 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 件局部放电故障, 在局放低频段能检测几个 pC 的放 电量.

(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:
[ 严璋. 电气绝缘在线检测技术[ . 北京:水利电力出 1] M] 1995. 版社, [ 罗俊华, 2] 马翠娇, 邱毓昌. XLPE 电力电缆局部放电在 J] 1999, 25(4) :3234. 线检测[ . 高电压技术, [ 杨孝华. 交联聚乙烯电力电缆局部放电模式识别的研 3] D] 2002. 究[ . 重庆: 重庆大学, [ 吴倩, 4] 刘毅刚. 高压交联聚乙烯电缆绝缘老化及其诊 J] 2003, 16(4) :1521. 断技术述评[ . 广东电力,

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

本 国 内 外 发 展 状 况, 文 主 要 从 以 下 几 个 方 面 进 行 研究: (1) 研究 XLPE 电缆的局部放电特性, 在此基础 并对四 上建立一套 XLPE 电缆局部放电的检测系统, 种不同缺陷下电缆的局部放电进行模拟试验;

檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 ( 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. 8m / s 左右, 可维持高效吹泥的
表3 日期 9 月 21 日 吹泥模式 低高模式 吹泥管路长度 约 1200m

进行. 3) 两泵低、 高工况

低、 高工况( 左泵功率 6550kW, 右泵功率 2200kW) 左流速 5. 9m / s 左泥浆密度 1. 3

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 右主机 / 泥泵转速 510 /182r / m 6. 5 5923 /510

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 5. 5 4671 /1997 7m / s 1. 22

分析:中等排距, 流量是吸入泵高, 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; 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 提高生产效率. 高排出流速,

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.

参考文献:
[ 胡开华, 1] 陈 祥, 任美康. 疏浚船用耙齿的研制和应用 [ . 工程机械, J] 2005(7) :6365. [ 章庆生, 2] J] 戴雪良. 新型水下泥泵挖泥船的研制[ . 江 2003, 20(6) :1215. 苏船舶, [ 王建设, 3] 曹南. 1600kW 斗轮挖泥船水下泥泵组船台安 J] 2005(4) :5658. 装可行性分析[ . 船海工程,

6

小结
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

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