短吹距施工条件下绞吸船两种优化施工方法的对比研究

金晓明

摘 要：文章基于绞吸船在吹距较短情况下施工的作业条件，采用两种不同的施工方法，对比验证绞吸船的施工效率和油耗情况，并且研究了同一船型，在“单泵”和“雙泵”施工条件下的施工效率和油耗情况，最终得出结论：在吹距较短时，单泵施工效益较大，成本低；随着吹距增加，则需要改回双泵，以提高生产效率。

关键词：绞吸船 泥泵 小时效率

绞吸船是现代疏浚吹填工程中使用最广泛的一种挖泥设备，装有泥泵和吸泥装置，多用于内河、湖区和沿海港口的疏浚和吹填工程，适宜于开挖沙质土、淤泥等土质较松的河底或湖底，采用有齿铰刀的挖泥船也可开挖较硬的砾石粘土。其通过绞刀头将土层切削，靠离心泵产生真空将泥沙与水混合通过排泥管线吸入、排出，作业过程中能够将挖泥、运泥、卸泥等工作一次连续完成，具有效率高、成本低等明显优势。其吸入真空和排出压力都是靠泥泵产生的，因此可以说泥泵是绞吸船的“心脏”。一般绞吸船都有2个或3个泥泵，“7025”型绞吸船1个水下泵、1个甲板泵（或舱内泵），“8527”型绞吸船配有1个水下泵、2个甲板泵（或舱内泵）。

绞吸船的施工往往受到各方面因素的影响，比如开挖土质、吹距、扬程、水文条件以及自身的船机性能条件等等。我国过去绞吸船疏浚吹填施工主要依靠经验，操作水平较低。因此在实际施工中，要想降低生产成本，提高船舶的生产效率，必须做出科学合理的调整以适应这些因素，须从疏浚土质、泥泵、管线、操作流程等方面综合考虑。比如当在吹距较短的情况下，排泥管路里泥沙混合物的流速高、流量大，很容易会造成柴油机超负荷。一般比较常用的优化方法有两种：（1）在排泥管线出口处加“缩口”；（2）将双泵改成单泵施工，就是只用水下泵施工。

本文根据两艘7025型绞吸船“剑龙”号和“港海浚336”号在北方某港口一处港区港池疏浚施工实际情况的历史资料，分析比较了在短吹距施工条件下上述两种方法的施工效率和油耗情况，并且分析比较了单泵施工和双泵施工的施工效率和油耗情况。

1.绞吸船泥泵的工作点

绞吸船泥泵的工作点取决于两条曲线：泥泵性能曲线（流量—扬程曲线）和管路性能曲线（流量—扬程曲线）。泥泵在某一转速下扬程和流量的变化曲线和泥管水力特性曲线的交点就是泥泵在挖泥工况下的工作点。排泥管路中阻力发生变化，泥泵的工作点就循着泥泵特性曲线左右移动。排泥管中的阻力越大，即水头损失大，流量越大，工作点就沿着泥泵特性曲线向右移，反之则左移。

之所以要使泥泵在工作点附近运转具体包括3个原因：（1）泥泵在该点运转可以发挥最大的效率，挖泥效率最高；（2）可以使泥泵和管路的磨损降到最低，延长泥泵和管路的使用寿命；（3）可以保证管路里泥沙混合物的流速在临界流速之上，避免堵管的发生。

当吹距较短时，管路的水头损失较小，流量较大，工作点右移。此时，泥泵的流量变大，可能会造成泥泵特性与柴油机特性不匹配，引起船体的“喘振”现象，严重时可酿成船机事故，造成巨大损失。实际上，这种情况还会发生在管路磨损较小（开挖淤泥或粉细砂时）等情况。

因此，在短吹距施工时，须采取必要的措施避免柴油机超负荷显得尤为重要。

2.单泵施工和加“缩口”施工

“剑龙”和“港海浚336”均是IHC设计的“7025”型绞吸船，总装机功率6155kW，绞刀功率750kW。在疏浚施工过程中，施工初期都遇到了吹距较短的情况。不同的是，“剑龙”采取了改单泵施工的方式，而“港海浚336”采取了双泵施工、在管头加装“缩口”，缩口直径为Φ=350mm。

从表1可以看出，在几乎相同的条件下，“剑龙”和“港海浚336”的小时效率相差无几。按常理来说，“港海浚336”双泵施工，吸排能力要比“剑龙”大的多，小时效率同样也应该优于“剑龙”，但从实际的施工情况来看并非如此。通过分析原因可以得知：“港海浚336”由于加了“缩口”后，限制了排出流量，导致效率下降。

从油耗方面对比“剑龙”和“港海浚336”的施工成本（如表2所示）。

“剑龙”单方成本要比“港海浚336”低，也就是说单泵施工效益较大。实际上，加缩口后会导致泥泵和管路系统的磨损变大，由此将付出更多的油耗成本。

3.单泵施工和双泵施工的比较

“剑龙”初到港池现场施工时，吹距只有900m，土质为中细砂，选择单泵施工；随着吹填进度，陆地管线不断加长，加之下层出现粘土，此时单泵施工出现以下情况：随着吹距的增加，管路内混合物的流速下降，排出压力增大。即使柴油机转速开到最大，已无法提高流速。严重时可能出现“堵管“现象。为了避免堵管现象的发生，只能采取降低浓度的方法来提高流速。“剑龙”刚开始施工时的浓度为20%～30%，后来混合物浓度降到10%～20%才能保证混合物流速在临界流速之上。但是这样做会导致船舶的小时效率降低很多。

表3为“剑龙“在该港池的施工情况统计表，同时包含了“剑龙”单泵和双泵的油耗情况。

从表3可以看出，在吹距较短的情况下，“剑龙”改单泵后施工效率较双泵施工并未降受太大影响，但单方成本比双泵施工降低了10%～20%。但随着吹距的增加，单泵施工时船舶的小时效率下降，这时就需要改为双泵以提高生产效率。

4.分析与结论

绞吸船在短距离施工的时候，泥泵的工作点会发生变化，可以采用双泵改单泵或者双泵加缩口的施工方式。这两种方法虽然都能使船舶适应这种变化，但加缩口的方法往往降低了绞吸船的生产效率，同时还会提高柴油机的油耗，加大了泥泵和排泥管路的磨损，增加了油耗成本。故在实际施工一般不建议采取这种方法。而单泵施工的施工效率并没有下降很多，“剑龙”单方成本却要比“港海浚336”低10%以上，也就是说单泵施工效益较大，因此在吹距较短情况下建议选择单泵的施工方法。

当随着疏浚作业的进行，吹距的增加，管路内混合物浓度下降，绞吸船的效率明显降低时，就需要改回双泵，提高生产效率以满足生产进度的需要。对于绞吸船来说，在一定的作业时间内，最大限度的提高小时效率，从而达到持续稳定且最大化的产量，提高施工进度是其最大的追求目标，同时须保证较低的单方油耗以达到最优的经济效益。

5.结束语

本文从绞吸船在短吹距施工条件下，采用两种优化施工方法进行对比研究，得出结论和建议，对进一步提高绞吸船的工作效率、完善施工操作规程、指导疏浚吹填作业具有有益的作用。

参考文献：

[1]JTJ 319-1999，疏浚工程技术规范[S].北京：人民交通出版社，1999.

[2]JTJ/T 320-1996，疏浚岩土分类标准[S].北京：人民交通出版社，1997.