改善绞吸挖泥船绞刀油马达工作能力分析
2016-10-21安传志
安传志
（中交上海航道局有限公司东方疏浚工程分公司，上海 200941）
改善绞吸挖泥船绞刀油马达工作能力分析
安传志
（中交上海航道局有限公司东方疏浚工程分公司，上海 200941）
本文结合疏浚工程施工情况，对目前本公司3 500 m3/h绞吸挖泥船绞刀驱动油马达工作能力进行分析，同时就改善方案作出论证。
绞刀驱动油马达；改型；绞刀液压系统；冲击和防止
近几年来，随着企业快速发展的需要，我公司陆续建造了八艘绞刀采用赫格隆油马达驱动的3 500 m3/h绞吸挖泥船。由于液压系统在设计和制造方面的缺陷，系统的最高工作压力受到限制，致使绞刀驱动油马达的输出转矩不可能得到充分发挥，在绞刀挖掘硬质土或粘性土时，绞刀的挖掘效率无法正常发挥，影响了船舶的整体施工效率。本文通过在某港区施工的某轮为例予以说明，并提出绞刀驱动液压系统改进方案。
1 绞吸船绞刀液压系统工作能力分析
表1为绞刀赫格隆油马达的设计参数。
表1 赫格隆MB2400-1725型油马达额定参数
先从马达实际输出转矩和设计转矩进行比较分析：
马达的输出转矩M（Nm）计算公式为：
式中：
M——马达的输出转矩，Nm；
Ti——比转矩，Nm/bar；
ΔPm——马达压差，bar；
ηm——机械效率。
则：马达的设计转矩为：
以上提到的××轮绞刀系统的压力190 bar，是油泵出口压力，其压力和马达的压差计算公式为：
式中：
P——油泵的出口压力，bar；
p
Δ——管路压力损耗（bar），包括（见图3）油泵到油马达（a点到m点）和油马达到背压阀（m'点到c点）的管路损耗之和，按实际情况取：ξPΔ≈10.0 bar；
Pξ
P——背压阀（c点）工作压力（bar），按实际情况取≈
b
P15.0 bar；
则上式可表示为：
b
根据以上三式，可计算出在不同泵出口压力的情况下的油马达输出转矩。
2 3 500 m3/h绞吸船绞刀液压系统工作能力受限原因分析
首先应指出，设计规格书中的最大功率是不能达到的，即使驱动泵的柴油机全速运转，泵转速达1 650 r/min，五台泵的输出液压总功率最多为950 kW，管路的压力效率（包括马达背压）按0.90计，油马达总效率按0.91计，绞刀油马达的输出功率只能达到950×0.91×0.90≈780 kW，为设计功率的61%。
其次，绞刀液压系统限定的最高压力为200 bar，离设计相差较远，对液压系统的组装也存在问题。
3 提高绞刀油马达工作能力方案
3.1提高马达压差
某轮使用的K3V280泵的额定工作压力为343 bar，按照公式2油泵不存在问题。从压力管路（包括阀块、附件）来说，应能承受马达进油管路可能达到的压力峰值Pmmax，如果用Plmax表示高压管路能承受的最高压力，那么应满足下式：
Plmax≥Pmmax=Pm+ΔPv+ΔPp（4）
我们的目标是提高油马达的稳定工作压力 Pm，按照公式4有两条途径，一是提高管路的承压能力Plmax，二是降低冲击压力ΔPm+ΔPp，如果不对目前系统作很大改动，可同时采取以下措施：
（1）用静压测试现有系统的承压能力，一般要求能达到300 bar以上，对最薄弱管路和元器件予以更换或修理，当Plmax确定后，可按下式确定系统的最高稳定工作压力，安全阀的开启压力按此调定。
（2）启用马达自带的安全阀，目前该安全阀的调定压力为350 bar，实际不起作用，应将调定压力降低到公式5式确定的值。从前述分析知道，防止液压冲击，安全阀离冲击源越近，其响应就越快。该项调定拟请供应商完成，并提供安全阀备件。
（3）增设高压蓄能器。如设蓄能器预充压力250 bar，工作最高压力300 bar，则容量约为35 L。
3.2提高油马达排量
如果将现用的MB2400-1725马达改换成MB2400-2175马达，其比转矩可以提高26%（2 175/ 1 725=1.26）。如果同时提高马达工作压差，忽略机械效率的差异，改动前后马达的最大转矩比为：
现进一步分析马达改型的可行性，首先，改型后马达外形和接口没有任何改变，所以不会引起其连接设备的改变；其次马达改型仅涉及两个内曲线定子环的更换，不存在技术上的问题，需要重点考虑的是油泵的恒功率保护对油马达工作能力的影响。
U674.31；TH137
A
1671-0711（2016）08（下）-0042-02
