孙龙飞
长江重庆航道工程局 重庆 400000
摘要：绞吸式挖泥船输送泥浆原理是通过离心泵产生负压后，将泥浆吸起并经过泥泵增压后，通过管道将泥浆输送至指定区域。泥浆管道输送系统是绞吸船十分重要的组成部分，对疏浚施工影响非常大，也是施工中主要能耗系统之一，本文从实践中寻找管道输送泥浆阻力的影响因素，并对相关因素进行分析，制定优化方案，最大限度的发挥绞吸式挖泥船施工工效，并降低能耗。
关键词：绞吸式挖泥船；泥泵；管系；输泥阻力；施工工效
1、前言
绞吸式挖泥船是水力式挖泥船中较普遍的一种，适用于吹填造陆工程，是目前世界上使用较广泛的挖泥船。绞吸式挖泥船主要设备构成包含定位钢桩、舱内泵、水下泵、输泥管线、卷扬机、桥架、锚机等设备，绞吸式挖泥船施工时，挖泥，输泥和卸泥都是一体化，自身完成，生产效率较高。绞吸船构造图如下图1.1所示。
图1.1 绞吸式挖泥船简要构造图
绞吸式挖泥船生产率分挖掘生产率和泥泵管路吸输生产率两种。研究管道输送泥浆阻力的影响因素，并采取相应的优化措施能有效减小管道阻力损失，避免堵管现象的发生，对于提高船舶施工效率和降低能耗都具有重要的意义。
2、工艺特点
绞吸式挖泥船利用转动着的绞刀绞松河底或海底的土壤，与水泥混合成泥浆，经过吸泥管吸入泵体并经过排泥管送至排泥区。绞吸式挖泥船泥浆输送流程如下图2.1所示：
图2.1 泥浆输送流程图
3、适用范围
管道输送泥浆的水力特性极其复杂，影响因素众多，泥泵的特性曲线会因输送物质的不同而改变，管路阻力消耗会受到泥浆浓度、固体颗粒大小、管线的布设、土质、管道长度与粗糙度等多种因素的共同影响。
本文主要采取在同种工况作业条件下，以管道线路的优化为出发点，分析管道输送泥浆阻力的影响因素，采取合理的优化方案，达到减少沿程能量损失，充分发挥绞吸式挖泥船施工工效的目的。
4、可控因素
泥浆阻力损失的内在机理在于泥浆运动过程的能量耗散，主要表现为沿程压力下降。管路内泥沙能量消耗的影响因素包含输泥管路管径、管长、管壁粗糙程度、扬程、管路附件的使用以及流态、浓度、粒径等；本文主要从同种工况下，泥浆在管系内输送过程中产生的能量损失进行分析，主要可控因素如下：
吹距，即管道线路的总长度，泥沙的吹填距离，吹距越远，沿程能量损失越大。
扬程即泥沙扬起的高度，吸口与排泥口的垂直间距产生的阻力，扬程越高，能量损失越大。
管路附件局部阻力，主要包括吸口、弯头、异型管、橡胶接头、三通、缩口等造成的能量损失，如下为不同管径局部附件阻力的折算长度，根据表中不同附件的折算长度可以计算出排泥管路的总折算长度，下表4.1即为不同附件不同管径的这算长度。
表4.1附件的折算长度
沉石箱98.4107.6128.0
不同的管路附件其折算长度不一，减少管路附件的使用，可以有效减少管线长度，降低能量损失。
5、优化方案
5.1 船体管系优化
以下以长江重庆航道工程局自有绞吸式挖泥船“长狮9”为例进行说明，“长狮9”为1台水下泵+2台舱内泵三泵联动工作，将泥浆输送至指定地点，其输泥管线直径为750mm。
吹距较近时，绞吸式挖泥船往往采用水下泵单泵作业，而“长狮9”受限于船舶构造，单泵作业时，泥浆经水下泵吸起并加压后，流经经泵舱段管线，再经外部管线排入指定地点。
而泵舱段管线含有多种管路附件，如闸阀、弯头、异径接头、橡胶接头、三通等，流动的泥浆经过该段管线时，能量损失极大；且流动的泥沙对叶轮、泵壳等核心设备磨损较大，减少其使用寿命；水下杂物容易在舱内泵段管系聚集，造成管路堵塞，对正常施工影响极大。如何使泥浆越过舱内泵，是提高提高“长狮9”管道输泥效率的关键。
“长狮9”通过船体管系改造，在舱内泵段管线两端搭桥，绞吸式挖泥船单泵作业时通过调整闸阀，泥浆越过舱内泵段直接输送，避开了舱内泵及多种管路附件，有效的减少了输泥管线的计算长度，降低了沿途能量损失，有效的避免管路堵塞，提高了工效；同时避免了对叶轮等设备的磨损，有效的保护了舱内泵等核心设备。船体管系改造示意图详见下图5.1所示：
图5.1 船体管系搭桥示意图
5.2 水上浮管优化
绞吸船施工过程中，及时调整水上自浮管固定锚，避免自浮管出现弯折，保证管线顺直，提高输泥效率。
自浮管与水下沉管之间的端点固定牢固，不能因水流影响而出现移动，否则管路泥浆经过弯折区段时会引起额外的阻力消耗。
5.3 水下沉管布设要点
绞吸船水下沉管线路选取水下地形比较平坦、平均水深尽量满足沉管下沉后仍能满足安全通航水深的线路。
为了使沉管更好的适应水下地形变化，最好每两节排泥管之间加一根橡胶软管（详见下图5.2），延长使用寿命减少损坏机会。
当沉管线路存在斜坡时，斜坡中部尽量不使用橡胶软管（详见下图5.2），避免发生弯折。
图5.2 沉管布设示意图
沉管与船尾连浮管接端钢缆用绞吸式挖泥船绞缆机收紧，使整段沉管顺直且对准沉放设计线，当绞吸式挖泥船向管内充水时，随着管线逐步下沉，同时逐步放松钢缆，最终解除绞缆机上的钢缆并收回，保证放沉质量。
沉管下沉完毕后，对固定沉管两端的锚缆做进一步收紧加固。
5.4 陆上管线布设要点
陆上管线布设线路往往受地貌环境、周边建筑物等影响较大，陆上管线布设线路选择原则：①地形平坦，避开高程起伏较大区域，必要时进行线路场地平整；②线路顺直，避免出现较多拐角，减少弯管的使用数量；③综合考虑选择吹距较短的线路。
6、结语
输泥管系作为绞吸式挖泥船重要的构件之一，如何最优化的管道线路是绞吸船施工工效是否有效发挥的关键，本文所述来源于实践，并将继续在实践中完善，使其更好的服务于实践。
参考文献：
[1]熊庭，杨文等.绞吸挖泥船泥浆管道输送模型构建，武汉理工大学学报（交通科学与工程版）2015年4月
[2]中华人民共和国交通部，疏浚工程技术规范（JTJ319-99）
[3]中华人民共和国交通运输部，水运工程质量检验标准（JTS257-2008）
[4]全国一级建造师执业资格考试用书编写委员会，港口与航道工程管理与实务，2017年
作者简介：
孙龙飞（1989-），男，助理工程师，主要从事内河及沿海疏浚工作。
论文作者:孙龙飞
论文发表刊物:《防护工程》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/31
标签：挖泥船论文; 泥浆论文; 管线论文; 管路论文; 阻力论文; 管道论文; 水下论文; 《防护工程》2018年第8期论文;