黄河淤沙设备的研究及应用

张永伟 张红杰 王锦虎

(河南省中原水利水电工程集团有限公司，河南 濮阳 457000)

1 课题立项

之后又引进了泥浆泵，从最初的4吋泵、6吋泵，直到最终的8吋泵。与绞吸式挖泥船相比，泥浆泵可以提高泥浆的含沙量，在其最优状态下，含沙量可达80%。但是泥浆泵也有其致命的缺点:ⓐ只能在滩地取土(需要征地)，不能在河道中抽沙;ⓑ泥浆输送距离短，当输送距离超过800m时，即使是8吋泵也经常造成输沙管堵塞，效率降低，使其使用范围受到限制。

进入21世纪后，水利部规划了百船计划，120m3/h新型挖泥船首次在濮阳二级悬河项目施工中得到应用。施工时绞刀面向上游，旋转绞刀绞起河床泥沙通过泥浆泵吸入挖泥船，再通过船尾的输沙管道将泥浆输送出去;挖泥船在施工区内前后移动，靠船尾两个定位桩轮换倒桩和调整绞刀臂上的左右缆绳松紧来完成。抽沙开始前期出沙慢，待工作平稳后测定，泥浆的含沙量在10%～20%之间。挖泥船和中间的柴油发动机油耗很高，工作也不可靠，施工中证明自吸式抽沙船存在施工成本高、输送距离短、含沙量低等问题，达不到理想的抽沙效果。

总结上述施工经验，在2012年度放淤固堤项目的施工中，对整个抽沙船进行了设备改造。改造了船体平台、卷扬机、升降机、渣浆泵、变频柜、推力器、电缆、水管等，且此船经过改造后具有一次性投入少、成本低、抽沙快、含沙量高、人员投入少、输沙距离长等优点，取得了很好的经济效益和社会效益。特别是将原柴油泥浆泵改为渣浆泵，将中间的柴油加压泵改为由变频柜控制的电机后，实现了高效节能的目的。

2 设备改造

2.1 船用(150LQ-480-6)潜水渣浆泵泵体的改造

潜水渣浆泵广泛用于矿山、电力、冶金、煤炭、环保等行业输送含有磨蚀性固体颗粒的浆体，如:冶金选矿厂矿浆输送、火电厂水力除灰、洗煤厂煤浆及重介远距离输送等。本文针对传统泥浆泵的缺点，把渣浆泵引进过来，并进行改进，选取渣浆泵进行抽沙。

潜水渣浆泵主要由泵头、电机、组合密封三大部分组成，电机与水泵轴一体潜入介质中工作，过流部件(包括泵体、泵盖和叶轮)均采用耐磨材料制成。该泵产品选料精良，结构先进，流道宽阔，通过能力强。除叶轮外，该泵另在底部增加一套搅拌叶轮，能将沉淀的泥沙喷击成水和固体颗粒的混合液体，使水泵在没有辅助装置的情况下实现高含沙量泥浆的输送;独特的密封装置能够有效平衡油室内的压力，使得机械密封压力保持平衡，最大限度地保证了机械密封的可靠运行，大大延长了其使用寿命。潜水渣浆泵为水泵与电机同轴一体，工作时通过电机带动水泵叶轮旋转将能量传递给浆体介质，使之产生一定的流速带动固体物流动，实现浆体的输送。船用LQ(150LQ-480-6)潜水渣浆泵浆体参数见表1。

表1 船用LQ(150LQ-480-6)潜水渣浆泵浆体参数

渣浆泵的工作特点如下:

a.整机为干式电机下泵式结构，电机采用机械密封保护，能有效防止高压水和杂质进入电机内腔。

亚低温治疗后，A组心率明显低于B组，差异有显著性（P＜0.05)。A组患者CVP高于B组，差异有显著性（P＜0.05)。A组MAP高于B组，差异有显著性（P＜0.05)。A组CI低于B组，差异有显著性（P＜0.05)。A组EVLWI与B组比较，差异无显著性（P＞0.05)。A组GEDVI高于B组，差异有显著性（P＜0.05)。A组SVRI高于B组，差异有显著性（P＜0.05)，结果见表 2。

b.除主叶轮外，渣浆泵底部还安设有一搅拌叶轮，工作时能将沉淀于水底的泥沙搅拌成泥浆通过主叶轮送至输沙管中。

c.叶轮、搅拌叶轮、泵壳等主要过流部件采用耐磨材料制造，耐磨损、耐腐蚀、无堵塞、排沙能力强，能有效通过较大的颗粒。

d.不受吸程限制，吸沙效率高。

e.无需配备辅助真空泵，投资低廉。

f.无需配备辅助搅拌或喷击装置，操作简便。

g.电机潜入水下无需建设复杂的地面保护，管理更便宜。

h.简便叶轮直接接触沉积面，通过下潜深度控制含沙量，因而含沙量控制更自如。

i.设备直接潜入水下工作，无噪音及振动。

j.平台可供3台渣浆泵同时工作。

另外，船上安装有推力器，可方便移动挖泥船。

2.2 变频柜的使用

变频柜最初应用在无塔供水系统，因其良好的启动性能、调速性能和节能效果而成为当前推广的动力拖动方式。由电机学公式可知，系统电机功耗与电机转速成立方关系，在压力不变时，水泵出水量与电机转速成正比。本设备采用恒压量工作方式，当含沙量高时，水泵叶轮阻力加大，为使系统保持管网恒压，变频柜通过升高电压增大水泵转数来增加输出功率，耗电量按立方特性增加，反之亦然。例如，供水量为额定值的80%，电机能耗为额定值的51.2%［(0.83)］节电量为48.8%，考虑到实际系统节电率较理论值要低一些，但仍很可观。大功率变频柜可以最大限度减少大功率水泵电机对电网的冲击和大幅的压降，节电效果显著。

2.3 操作技术规程

a.要随时注意工作面处土层变化，勤活动笼头、勤移动船位，保持笼头和泥沙的最佳距离，保证在含沙量与出水量最大的情况下工作，笼头必须安设网罩。

b.经常注意进水浆管上真空表和出浆管上压力表的变化，监视出浆管有无堵塞现象。

c.船员要熟悉水性，严禁酒后上岗作业，严禁作业人员沿管道、浮体上下船只或行走，不准下水洗澡。

d.在生产时每班不能少于5人，并密切关注水情、雨情、汛情的变化;注意机器运转情况，发现异常情况便于及时处理。

e.船上生产、生活用电要符合有关用电规程，不准乱拉乱接电线，进出船只的电缆应有可靠的防水防潮性，机舱内严禁烟火。

f.开工前，应根据地形地貌，合理布置输泥管线、供水设备、人行安全道，并制定每台水枪的冲采范围、冲采顺序及有关安全技术措施。

3 应用实例及经济效益

在2012年度濮阳堤防加固工程三标施工时，对使用(150LQ-480-6)潜水渣浆泵的一单元和使用普通吸泥船的范县机淤六标二单元进行比较，具体比较情况见表2。经过比较可看出，(150LQ-480-6)潜水渣浆泵具有很大优势。

表2 濮阳机淤三标一单元和范县机淤六标二单元施工情况比较

通过比较可以看出，150LQ-480-6潜水渣浆泵用电量比普通吸泥船可每m3土节电0.6kW·h，节电幅度为26%，施工用动力电单价是0.75元/kW·h，每m3土节约0.45元;工期可缩短97d，除去工资(工人工资含在每m3土的工程量中)费用每天在3000元左右，二单元比一单元多支出29.1万元，每m3土增加费用0.59元;通过计算，使用150LQ-480-6潜水渣浆泵每m3土节约1.04元。现在一般的机淤固堤标段工程量都在200万m3以上，照此计算，每个标段可以节约资金200万元以上，效益非常显著。

4 结语

在黄河下游放淤固堤工程抽沙工作中，经常遇到含沙量不高、挖泥船和中间的柴油发动机油耗很高等问题，存在施工成本高、输送距离短等现象，达不到理想的抽沙效果。本文通过实际工程实践，探讨潜水渣浆泵的使用技术，对抽沙船和渣浆泵进行技术改造，引进了变频柜，规范了操作技术规程，并在工程实例中得到应用，取得了较好的经济效益和社会效益。

［1］邢天明，刘敏香，史纪安，浮俊超，葛玮.NL150-25型远距离输沙小泵在机淤固堤工程施工中的应用［C］//机械疏浚专业委员会第十六次疏浚与吹填技术经验交流会论文集.2002.

［2］李中山，邢天明，朱松伟.组合泵运行特性浅析［C］//机械疏浚专业委员会第十六次疏浚与吹填技术经验交流会论文集.2002.

［3］樊晓芳.固液两相流离心泵的设计与性能研究［D］.北京:华北电力大学(北京).2006.

［4］李洪明，潘玉琴，韩晶.冲吸式挖泥船远距离输沙放淤固堤技术［C］//机械疏浚专业委员会第十九次疏浚与吹填技术经验交流会论文集.2006.

［5］马玉臣.绞吸式挖泥船的性能及改进建议［J］.水运工程，2004(11).