浅谈疏浚船舶施工效率的影响因素

2019-11-28张礼

商品与质量 2019年19期

张礼

中交广州航道局有限公司广东广州 510000

1 疏浚船舶工作原理

在施工过程中，耙吸船主要利用船载耙吸船疏浚系统、DGPS定位系统，以对导航在航道内的挖掘施工进行精确确定。当舱内泥浆的浓度基本稳定以后，装舱溢流便开始起耙，进行全速航行，一直到达抛泥区域，然后在指定区域抛送疏浚土，在所有抛泥全部抛完以后，便立即返航，然后耙吸船会重新返回施工段进行施工，周而复始，直到耙吸船施工区域满足设计要求为止[1]。

2 影响因素分析

2.1 砂石的底质

以某新型工程船在某工程施工为例，该船舱容为10000m3，单位装舱量约1000m3（h·船次），而单位装舱量需达到2000m3（h·船次）才能满足施工任务要求。导致效率降低的直接原因是工程特殊的底质。在深海工程中，施工的区域一般会遇到砂石盘，这些砂石大小不一、形状不规则，最大砂石粒径约0.6m，大部分分布在0.35-0.40m。砂石不是致密的石料，使用高压水对砂石产生破碎作用，只能通过耙头的重力和耙齿破开少量的石块。

2.2 耙头的构造

泥泵、耙头是耙吸式挖泥船的重要设备，其中，挖泥船取砂装舱的效率，在极大程度上深受耙头格栅尺寸、耙头类型的影响。要想吸取泥泵，同时能够顺利通过三通管件、闸阀、泥管，耙头格栅尺寸应比砂石石外形尺寸要大。耙头格栅由多个长方形共同构成，其中每个长方形的尺寸大小为0.23m×0.25m。由于格栅间隔尺寸比较小，格栅被许多石块堵住，使得耙头的通流面积大大减小，导致泥泵无法吸收充足的水分，最终促使高真空的产生，大大降低了泥泵的取砂效率。在后期运行过程中，泥泵在大多数时间中会减小，在少部分时间中会提高泥泵流速。通过对其他施工现场中耙吸式挖泥船耙头的改造成功经验进行学习、对不同部门的数据进行深入分析后，将耙头活动罩的前排格栅予以割除，同时将后排的格栅予以增大。通过深入分析施工数据，在对泥沙挖取15min以后，泥泵流速由9.4m/s降低至3.4m/s，不过并未过多降低泥泵真空吸入量，在泥泵运行3min时，泥泵出现最大真空度-9.2kPa.其中，泥泵吸入真空压力在运行15min的后半段中为35kPa。不过在进行运行过程中，泥泵吸口处的压力大于0，严重影响了对石块、泥沙进行挖取的所需的泵吸力的形成，因为泥泵流速、砂水混合物浓度均过小，严重降低了泥泵对泥沙的挖取效率。只有对挡板入土的深度进行减小，有效修改耙头的其他部位，才能够对耙齿入土深度不造成影响。例如，割平耙头两侧的挡板，增长安装在耙头处的珊瑚切割器，以便对珊瑚进行切割。不过，以上改造有助于施工效率的提升[2]。

2.3 泥泵的性能

拆解船舶的泥泵，对叶轮磨损情况进行测定后，不难发现，叶轮出现一定程度的磨损，前衬板与后衬板尚未出现显著的磨损，和新叶轮厚度相比，旧叶轮厚度减少约6mm，前后衬板厚度约减少0-0.5mm，泥泵原来的后衬板间隙为4mm，前衬板间隙为6mm。

叶轮是泥泵的核心，针对泥泵施工效率，其主要影响因素包括叶轮叶片的转速、尺寸大小、数量、曲线方式等，对泥泵的能力、作用起到决定性作用。通过对施工现场中3艘船舶的泥泵进行比较后，不难发现，这3艘船舶泥泵每船次装舱土方量、施工效果比较结果为900WN＜ZB200-1000A＜1000WN。实际上，如果耙吸挖泥船安装不同型号的泥泵，则其泥泵叶轮具有不同大小的流道截面面积，造成不同船舶具有不同尺寸大小的耙头格栅孔。对于900WN叶轮叶片之间的最小流道宽度为230-255mm，但是石块尺寸范围为300-450mm，因而900WN泥泵的耙头格栅、叶轮极易被挖取的石头、泥沙所片住。

在将泥泵吸口短管导门打开时，尽管在叶轮上并未发现片住石块，不过在泥泵运行时，砂石便会在叶片之间的流道被片住，在泥泵停止转动时，泥泵上部便会倒灌约12m的水流，使得这些石块被冲到耙臂弯管处或者吸口闸阀的周边。通过对相同海域中出现同种问题的绞吸式挖泥船进行参照，在绞吸船水下泥泵对5叶片的叶轮进行使用时，在石头被叶轮吸口处片住以后，将会快速降低泥泵的流速，通过换用3叶片的叶轮，能够有效改善运行情况，能够有效提高施工效率。由此可推断出，泥泵叶轮吸口最小通流面积处极易将石块片住，在石块被叶轮片住以后，叶轮的流量随着石块堆积量的不断增加而不断下降。如果选用的是4片叶子的泥泵叶轮，在将1个吸腔通道封堵以后，便会造成泥泵最大流量的1/4的减少[3]。