疏浚挖泥设备

1第四章疏浚挖泥设备第一节挖泥船历史现状及发展趋势1．历史回顾中国疏浚业历史悠久，是世界上最早釆用人工方法开挖运河、疏浚河道、沟通水系来发展航运和进行排洪、蓄溉的国家。可追溯到大禹治水“禹疏九河”，春秋战国时期开始开挖的京杭运河目前还在发挥着重要的作用。历史上中国曾经是世界造船和航海业均十分发达的泱泱大国。早在600年前，郑和曾先后七次率领中国自行建造的大型船队出使西洋。然而由于清朝廷的日益腐败和闭关自守，近代中国屡受西方列强的侵扰。1942年鸦片战争失败后，中英签订了“南京条约”，上海等5个沿海港口被辟为通商口岸。此后，西方列强不断向中国政府威逼，要求尽快对上述口岸的航道予以疏浚，在这样的背景下，清政府虽然囊中羞涩却不得不引进“机船”疏通口岸。1895年清朝政府年向荷兰IHC购买了一艘350m3/h链斗挖泥船，并成立了海河工程局，成为中国最早的疏浚公司，即中交天津航道局有限公司的前身。此后1902年～1924年的20余年间，该局又先后向英国、荷兰、日本等购买了20余艘挖泥船和泥驳。如1910年从荷兰引进500m3/h自航链斗挖泥船“新河”号、1920年向英国布莱尼兹购买500m3自航耙吸船“快利”号等。这些装备早期为我国航道疏浚做出过贡献。其后由于长达8年的抗日战争及3年解放战争的影响，直到解放前夕，天津港的疏浚装备不但没有得到发展而且饱受摧残。1901年，列强们更是强迫清政府将抓紧浚治黄浦江航道的条款列入“辛丑和约”。时隔4年，1905年中交上海航道局有限公司的前身——上海浚浦工程局宣告成立，随之西方的疏浚设备也伴随而来，主要装备仍从英、荷、日、德等疏浚制造业发达国家购入。1916年～1937年的21年间形成了以“龙、虎、鲸、象”为主体的疏浚力量，其中海龙号、海虎号为500m3∕h链斗挖泥船，海鲸号、海象号为1000m3∕h吹泥船。1935年从德国买进的自航耙吸挖泥船“建设”号的舱容为3250m3，堪称“远东第一”，然而这一颇具规模的船队在历经抗日战争、解放战争磨难之后，已支离破碎，上海解放时原有的挖泥船只剩下了11艘且散泊于沿海各港。2新中国成立后的五十年代，为了适应工程的需要，挖掘老旧船舶的潜力，进行了大量的技术革新和技术改造，但无论是财力、物力还是技术力量都难以支持，大多只能对解放以前遗留下来的若干进口小型绞吸、链斗挖泥船进行测绘仿造，如中华造船厂建造的“水工一号”、武昌造船厂建造的“洞庭号”，均为同类型进口船的仿制品。六十年代，一批专业设计院所陆续组建，国内开始自行设计、建造了一些中小型挖泥船。并引进了我国第一艘舱容4000m3的双边耙耙吸挖泥船。七十至八十年代，为适应国民经济发展的需要，特别七十年代初期为改变我国港口落后面貌，开始了大规模的港口建设，使疏浚装备得到了较大的发展。国家向荷兰先后二次订购了39艘各类大中型挖泥船，其中4600HP绞吸挖泥船16艘，舱容4500m3耙吸挖泥船4艘以及其他规格挖泥船。向日本订购了包括舱容6500m3耙吸挖泥船在内的多种挖泥船。采购数量之巨在我国疏浚史上是空前的。八十年代再次购进一批中小型挖泥船。这一期间，国产挖泥船也开始走上发展轨道。陆续开发出一大批新船型，较具代表性的有：500m3/h链斗挖泥船、1470kW绞吸挖泥船、280m3/h斗轮挖泥船、350m3自航自载双抓挖泥船、4m3抓斗挖泥船及800m3、1000m3、1500m3、4500m3系列自航耙吸挖泥船等各类疏浚船舶。这期间国内所建造的挖泥船无论在数量、品种、技术含量上都较七十年代以前有了明显进步，并在各项建设中发挥了较好的效益。九十年代，我国除向荷兰购置3艘舱容5000m3耙吸挖泥船及10余艘绞吸挖泥船外，中小型基本上以国产船为主，一批高技术含量的挖泥船相继问世，具代表性的船舶有：多功能1250m3/h吸盘挖泥船，国际首例采用喷水推进的1500m3/h耙吸挖泥船，2000m3/h自航耙吸挖泥船，8m3抓斗挖泥船，装有国产水下监视仪的4m3铲石船，1750m3/h绞吸挖泥船，1600kW系列斗轮挖泥船等。2．现状及发展趋势进入新世纪以来，在我国经济持续快速增长，进出口贸易急剧攀升的情况下，迎来了我国港口建设史上的新高潮，长江口及珠江口航道治理工程、洋山深水港、天津港25万吨级航道等一批重大国家战略项目相继并工。同时随着国家经济结构和产业布局的调整，天津滨海新区、曹妃甸工业区等沿海工业区的兴起，造就了大批围海造地项目，在这一巨大市场需求和广阔的发展空间刺激下，我国的疏浚装备也得到了前所未有的快速发展。挖泥船趋向大型化、智能化，且集中向大型耙吸、绞吸挖泥船发展。2.1耙吸挖泥船2002年11月，中交上海航道局有限公司在荷兰IHC公司成功地建成3了1艘当时世界上技术最先进、自动化程度最高、舱容为12888m3的自航耙吸挖泥船“新海龙”轮。这一举措打破了国内无10000m3舱容耙吸挖泥船的历史。该船长152.71m，宽27.0m，型深10.4m，航速16.8kn，总装机功率19528kW，最大挖深达45m，船舶除了具有通常的挖抛功能外，挖喷、挖吹、右挖左填、浅水抛泥及深水深抛等作业更是其强项。船上配置的集成控制系统，可实现船舶位置和航线的全自动化控制，如图4-1-1。图4-1-1“新海龙”轮船舶图在“新海龙”轮建造的同时，该局公司在充分吸收国外先进装备技术的基础上，于2002年初和2002年底分别将2艘2.6万吨级的旧散货船改造成舱容12000m3的耙吸挖泥船；2004年11月又成功地改建了1艘舱容13000m3、取砂深度达70m的疏浚工程船“新海狮”轮。在此期间，中交广州航道局有限公司也于2004年在荷兰IHC建造了1艘舱容为10028m3的自航耙吸挖泥船“万顷砂”轮；此后，中交上海航道局有限公司又在广州文冲船厂建造了2艘由国内自主设计、世界先进、国内一流的舱容分别为13500m3和16888m3的自航耙吸挖泥船，中交天津航道局有限公司也建造了1艘舱容为13500m3的大型耙吸挖泥船，至此我国共有舱容万m3以上耙吸挖泥船8艘。目前中交股份将在“十一五”期间规划1艘国际自航耙吸挖泥船的旗舰船。2.2绞吸挖泥船2000年以前，国内最大的绞吸挖泥船为中交天津航道局有限公司的津航浚215轮，该船舶总长113m、型宽19m、最大排距4500m、总装机功率10800kW、设计生产效率2500m3/h。其他疏浚公司的船舶装机功率均小4于6000kW。2002年，中交上海航道局有限公司从国外引进了被称之为“亚洲第一”的，总装机功率为11952kW，最大挖深达27m，生产能力达3500m3/h的斗轮（绞吸）挖泥船“新海豹”轮如图4-1-2；接着2004年又引进了总装机功率为11617kW的双刀轮挖泥船，设计生产效率2700m3/h，最大排距6500m；在引进装备技术的基础上，2006年又成功地在国内建造了神州第一绞“新海鳄”轮，该船总装机功率为14576kW，排距7000m，设计生产效率3500m3/h。与此同时中交天津航道局有限公司、中交广州航道局有限公司也分别建成了“天狮”轮、“恒龙”轮等一批大型绞吸挖泥船。至此，我国大型绞吸挖泥船的装备能力越上了一个新的台阶。目前中交天津航道局有限公司在招商局重工有限公司建造1艘世界第三、国内第一的超大型自航绞吸挖泥船“天鲸”轮，该船装机功率达20000kW，生产效率为4500m3/h。此外由于市场需求的不断刺激，一些民营企业也纷纷建造了一批生产效率为2500m3/h～3500m3/h的大型绞吸挖泥船。图4-1-2“新海豹”轮船舶图在大力发展大型耙吸、绞吸挖泥船的同时，国内一些主要疏浚公司，考虑到施工装备上的配套和一些特殊工程上的要求，也在建造少量的大型抓斗挖泥船，原有的链斗等斗式挖泥船因施工占用水域大、施工效率低、成本高等因素逐步萎缩，有的已退出疏浚市场。5第二节耙吸挖泥船舶1．耙吸式挖泥船基本原理耙吸挖泥船是一种装备有耙头挖掘机具和水力吸泥装置的大型自航、装舱式的挖泥船。在它的舷旁，或尾部开槽，或船中的耙井里，安装有耙臂（吸泥管）。在耙臂的后端装有用于挖掘水下土层的耙头，其前端以弯管与船上的泥浆吸入管相连接。耙臂可作上下升降运动，其后端能放入水图4-2-1耙吸挖泥船布置简图6下一定深度，使耙头与水下土层的疏浚工作面相接触。通过船上的推进装置，使该挖泥船在航行中拽曳耙头前移，对水下土层的泥沙进行耙松和挖掘。泥泵的抽吸作用从耙头的吸口吸入挖掘的泥沙与水流的混合体（泥浆）经耙臂、弯管等吸泥管道进入泥泵，最后经泥泵排出端装入挖泥船自身设置的泥舱中。当泥舱满载疏浚泥沙后，即停止疏浚挖泥工作，提升耙臂和耙头出水，再航行至指定的抛泥区，通过泥舱底部所置的泥门，自行将舱内的泥沙卸空；或通过泥舱所置的吸泥管，用船上的泥泵将其泥浆吸出，经甲板上的排泥管系与输泥浮管或岸管，将泥浆卸至指定区域或吹泥上岸。然后，驶返原挖泥作业区，继续进行下一次挖泥作业。自航式耙吸挖泥船的一般布置见图4-2-1所示2.泥泵泥泵是一种特殊结构的离心泵，是吸扬装置的核心部件。挖泥船使用的泥泵，都是单级单吸悬臂式离心泵，它在原动机的驱动下，通过叶轮在泵壳内的旋转产生吸入真空和排出压力进行吸排泥工作。图4-2-2是闭式泥泵简图。图4-2-2闭式泥泵简图为了提高泥泵使用寿命和效率，除在材料上采用新型的耐磨材料外，诸如20Cr5Cu、耐磨橡胶等，泥泵的轴侧、吸入侧均需装设密封装置。7设计泥泵时应满足下列特殊要求：1）叶片宽度是等宽的。一般离心水泵的叶片宽度从进口到出口是逐渐减小的，这样会使一些较大的固体物卡在叶片内。2）前、后盖的内侧均装有可更换的耐磨衬板，有的在蜗形流道内也装有衬板。耐磨衬板可借助于调整螺钉作轴向移动，以保证初始安装轴向间隙，但这种结构难以调整，在实用上受到一定的限制。由于磨损的结果，使叶墙和前、后盖之间的轴向间隙增大，这样既破坏了“水封”，又加剧了泥泵内部漏泄，使泥泵的容积效率降低。鉴于以上原因，人们就把泵壳内的各种衬板连接成整体，也就是上述的双层泵壳。3）配置水封泵。对叶轮前、后叶墙和泵壳压盖衬板之间进行冲水，防止或减少砂粒渗入，从而提高了叶轮轴毂、密封装置的寿命。冲水泵的压力必须超过泥泵所产生的扬程。冲水泵还可兼作灌注泵，供泥泵启动时作灌水用。叶轮是泥泵的主要部件，它有很多种型式。主要包括闭式叶轮、半开式叶轮、开式叶轮。由于开式叶轮的摩擦损失较大，造成磨损严重、效率降低等缺陷，所以现在一般均采用闭式叶轮。闭式叶轮虽然也有磨损，然而能较好地保持叶片原型，保证泥泵工作效率稳定，据观察，在整个挖泥作业期间闭式叶轮的效率只下降2%--3℅，而开式叶轮效率下降得很多。采用了闭式叶轮后，对泥泵也带来了一些新的要求。首先要求通过吸泥头的颗粒状物质也能顺利无阻地通过叶轮，尽管在设计中对此赋予了特别注意，但在实际使用中仍会有较大的硬性物质（如锚链、铁棒等）卡在泵壳和叶轮之间。当叶轮被硬性物质突然卡住时，有可能损坏泵轴的悬臂部分，或者更有甚者损坏泥泵柴油机的曲轴。因此要求在柴油机和泥泵之间需要凭借安全离合器来避免柴油机突然卡死的工况。目前，较新型的国内外泥泵都采用气胎离合器和高弹性摩擦离合器。安装这种离合器的优点是：当泥泵卡住时，离合器的主动部分和从动部分发生位移，并输出信号释放压缩空气，使主、从动部分脱开，从而起到安全保护作用；在维护时也可把泥泵和柴油机脱离，给装拆、检修带来方便；另外，在便于遥控、吸收震动、补偿船体变形、简化安装工艺等方面也都带来了很多好处。此外，也有在驱动泥泵的减速箱内安装片式摩擦离合器，超负荷发出讯号，并使主机和泥泵脱开。采用闭式叶轮后的第二个要求是：由于前、后叶墙面积不同，因此带来了比开式叶轮要大得多的轴向力。因此在泥泵装置的轴线上加装推力轴承，8近代都以滚珠轴承取代老式的滑动式推力轴承。3.耙管吸泥管有两段长度管组成，用万向接头连接，用臂杆连接到吸泥管弯头/滑动装置上。耙管组件：吸泥管主要由下列各部件组成（见图4-2-3）：图4-2-3耙管组件1.吸泥管弯管枢轴臂2.吸泥软管3.带枢轴臂的中间管4.