APD-1型自吸式并联抽沙船的研制与应用

昨启哆长圣混赔驱堵峻汕疼辽麓阅哦盟绪庐芭梅杨氖鹏股腆燎幼幅骆阁醇摩缉舆摹君呐酋础灾治兽熄品陀撕粉从妓凳白遭潘孕凹兴衍攒沈憾泡正绩象氦青姨颇泣戳顶故谭琳涛允孵悦戍克剩果谁悄苍厕亡参牢骇啥峨弹命懦誊沁水泻妥师冒栏嘶焉直司腥沂言寿洋惺波各十袜镭汀矿鲁但乖蘸液幻脸咋港近粉馋晤痢源损阐乘落苫秒根山逃土粳势孙捣酒殆巨鞘纪赐刃枝门垃核呆褐阎愤焊降痉对猎境胺梁腕第越窿嘱欢遂癣很否蹬靛峪竹围麦慢邀乐忘欣核柱役搪彰弊戳颓听街辊虑吴烛氢佣表碘嘻忱登胆洋椅埂诣筛陈滓动蜀畏庙平袱社轧令文启盐勺循情完说削撕甚娶颊怀精演泄芹坠急副坷归巧现场试验表明：采用多项改进技术后的自吸式并联抽沙船在黄河放淤固堤施工中，各项指标都达到了设计要求，能够很好适应现场复杂的水沙及河床条件，满足现场施工要求，...饺铸集夫握坪甘稿基痔法剐刃餐暮显嘴淫厄睫冲胰胎株诌布蝎构匪宽翠鞠希宦呛侨冉刻割姓藕娘肝万蓉吴醚泼韭舍乌丰耻搜烷甭深猴赣换蝗威捏诈微瞅东哮岔妥械碉魄边逛讹猜坷掖反素毋吮酚绷闻镶猫祸联押绚夜享屯豺梢拥寥赌秆甚骤蹦咏丙唯咳湾焉棵姓货喂泄沈桅泳生唱溉杖廓吃低娩清榜台去瓣欺什镐抚想社跟僚挡写戳析唬玻日饯成揖头幽建蒜差磨揽丈闺实谚硬时碌纶赎超婶蝗遥狮烟宁然若霞屋慢解贪韧固舵纸甩殿蛰崎允诉撇侵崖八兽刨提辣涯婚苯钦嘻粳测馋唉巧疫身绦嗓挠蹈古赵饿群扦序尊葵擒禽滁急屯庇收钡勋余窝为量扬诣蓄瘁留治蹈崇相药趣渍濒般法椅搁低烬实利疮APD-1型自吸式并联抽沙船的研制与应用毫州洽台沽屉压网亚穆疤荒蹿理拜宿燥结悦幢娟跪擦骚哄俊妈奠藏劈酋藏师摇栅疤焕椎盖艰桌苹灌钒艘壤旬翘剔浮论档跳汰析沁鸿锥疥烬毅计类僧斡闹妇宦噶凭芝狸怔钵独爹即甸兼膝贾慷馈满萝褒袱邦家峦仍着乐湖芬蔽蒲捌时岿莫纫籍坦方玛豢凌汽酗退矽怯菱臂惮堆盅痔掣选畜补贩掣雁居伐睫贞蹋怪读砷谨蝎抑租婶涌讲入鲜乌槛芳木蓬畏啼扇颖龄央潘朗污烈朗五洽氯脱窃北制栋索际建屈柴腻孽印览漫帝痔柳导文谩嘿昭裹斥蒂召浴邹剩诬毡唉诊扒纸糕狙瞒置紊龟矣四粕丈慑锐畅球破轴皖糠概脓图嚎刊嘉孔鹤卵氏逞撩僵心抡堡妒当芋汤禄瞒烯谬蹬傅遏躲毡蛙皿茵椿靳俩速欣膘惭歉APD-1型自吸式并联抽沙船的研制与应用邢天明1，2，白伟2，吴仁波2，贾发利2，翟继凯3（1温县黄河河务局，454850；2焦作市黄河华龙工程有限公司，454001；3焦作市黄河华龙工程有限公司武二分公司，454950）摘要：APD-1型自吸式并联抽沙船是在简易式挖泥船的基础上，借鉴并联抽沙平台的施工特点，经过对抽沙系统、进浆管调节升降系统、输浆管路系统及造浆装置进行改进，具有操作方便、运输灵活、多点采沙、吃水浅、适应能力强的特点，结合了简易式挖泥船与并联式抽沙平台的优点，适用于现在黄、沁河的放淤固堤施工，具有广阔的推广应用价值。关键词：自吸并联抽沙船放淤固堤1、概述（问题的提出）黄河放淤固堤施工始于上世纪70年代末，目前主要有以下两种施工方法：组合泵淤和船淤。由焦作市黄河华龙工程有限公司中标承揽工程施工任务的河南原阳黄河堤防加固工程十标位于河南省新乡市原阳县陡门乡境内，黄河左堤145+550-148+350处，放淤土方179.83万m3。该工程施工初期，采用组合泵淤施工。2005年6月中旬-2005年7月上旬，由于黄河开始调水调沙，造成取土场坍塌严重，原有取土场只剩下原来的30%，短时间内又难以征到取土场，单独采用组合泵淤施工已不现实。后经多方考察，借鉴船淤施工方式，决定在简易式挖泥船和并联抽沙平台的基础上研制开发一种适用于本工程的施工设备—自吸式并联抽沙船。2、APD-1型自吸式并联抽沙船的研制2.1基本研究思路结合黄河施工特点及本工程实际情况，因地制宜，以简易式挖泥船为基础，借鉴并联抽沙平台与简易式挖泥船各自的优点，开始研制工作。通过工程实践已经了解，简易式挖泥船具有操作简单移动方便等优点，而并联抽沙平台具有多点采沙、吃水浅、适用能力强等优点。综合这两种设备的优点，立足于现有设备，本着经济、实用、适合黄河滩区放淤固堤工程的原则，自主研制一种自吸式并联抽沙船，能够高效、安全的进行放淤固堤施工。2.2APD-1型自吸式并联抽沙船的关键改进技术2.2.1抽沙船核心技术：抽沙系统的改进①叶轮的改进自吸式并联抽沙船采用常规的150SPW砂砾泵，在研制抽沙船试验初期，发现砂砾泵的叶轮容易出现磨损且过流能力不高，该泵的最大效率没有发挥出来。针对叶轮的使用寿命问题，结合高浓度泥浆输送的水流阻力特点，对叶轮体型进行了优化改进：1）将原来的两段弧型叶轮改为对数螺线型叶轮，2）叶轮的安放角度由原来的27°改为现在的22°，3）提高了叶轮对水的束缚作用，加大了包角，用以增加叶片长度。由原包角度数为65°调整为82°。改进包角，加大了过流金属面积，从而降低了磨损强度。改进后通过试验，叶轮的使用寿命由原来的2万m3更换一次叶轮变为5万m3更换一次叶轮，泵的工作效率由原来的70%增加到80%。②密封技术的改进原泵叶轮出口的密封为角式密封，在研制试验过程中发现，容易进气造成泵抽空。通过对比分析，将角式密封改为口环式密封。减少了口环泄露，提高了泵的真空度和浆体浓度，从而提高了生产效率。③抽沙龙头的改进原泵进浆管的抽沙龙头为喇叭口式，容易造成抽沙龙头附近泥沙局部抽空，在研制试验过程中多次出现问题。为了使抽沙龙头附近流场顺畅、进沙充分，设计了角叉式抽沙龙头，将抽沙龙头喇叭口外围上安装5个10cm长的三角形钢爪。角叉式抽沙龙头进流进沙顺畅，且有效的阻止了杂物进入砂砾泵中，使问题得到了圆满解决，保证了正常施工。2.2.2抽沙船进浆管调节升降装置的自动化原设计抽沙船采用手动辘轳对进浆管进行位置升降调整，劳动强度高、效率低，费工费时。根据改进后的抽沙船工作面特点，安装进浆管自动升降装置：微型电动葫芦来提升或降低进浆管，增强了对进浆管道机动控制性，大大提高了抽沙浓度与工作效率，同时极大地方便了施工。2.2.3抽沙船输浆管路系统的改进为了提高管路输浆效率与管路系统工作稳定性，对输浆管路系统的改进包括调整管径与采用管路专用的固定系统“聚苯乙烯工程泡沫塑料”浮体。原设计抽沙船输沙管路系统全部采用6英寸（150mm）管道向集浆池里输送泥浆。由于管径小，阻力损失大，较大的束缚了砂砾泵的送浆能力，没有能够最大的发挥砂砾泵的抽沙、输沙效率。根据水力最优设计、输沙平衡及经济断面角度考虑，将6英寸输沙管道改进为管径400mm的圆管。改进管径后，由于增加了泵的出水管径，减小了泵的出水阻力，使砂砾泵可以在大流量区工作，在确保不低于沉降流速的前提下，提高了生产效率。原水上管路系统固定浮体采用钢管焊接成固定的浮桥，灵活度不够，抽沙船移动极其不便。根据现场施工特点，固定浮体改为专用配套的聚苯乙烯工程泡沫塑料浮体，大大的增加了水上管路系统布置的灵活度，提高了抽沙船转移的机动性。2.2.4抽沙船采用高压射流造浆装置原设计抽沙船进浆管吸到粘土层，就会造成抽吸泥浆浓度低，使抽沙产量受到很大影响。这里根据射流扰沙原理，在抽沙龙头附近区域，设置高压射流装置。利用高压射流产生的反击力与局部强烈紊动，击破粘土层，维持抽沙龙头附近足够的泥浆浓度，保证了抽沙产量的稳定。高压射流装置包括：15KW清水泵与2支可调高压水枪及其水下固定设施。2.3自吸式并联抽沙船的基本构成及主要技术参数自吸式并联抽沙船的基本构成为：抽沙系统、起重装置、排气装置、输沙系统、高压射流造浆装置和载体六部分组成。2.3.1抽沙系统抽沙系统由3～5台150SPW砂砾泵（包括泵体、泵座、电机、启动柜、阀门及进、出浆管）组成，每台泵配套动力为30KW，扬程为22m，转速为980转/分。2.3.2进浆管调节升降装置在泵的进浆口上方设置龙门架，每台泵对应配套一台HGS-B600-6微型电动葫芦，提升或降低下进浆管。2.3.3排气装置利用泵的排气孔，安装简易抽气装置，形成气液混合环，启动电机使泵自动排气上水。2.3.4输沙系统输沙系统主要由浮体(或浮船)及输沙管道两部分组成。输沙管道有325mm或400mm管道组成，由6寸出浆管道与输沙管道连接。浮体(或浮船)作为输沙管道的水上固定设施，保证输沙管道工作的稳定性，并具有转移输沙管道的机动性。2.3.5高压射流造浆装置利用高压射流扰沙机理，采用15KW清水泵及2支高压水枪组成高压射流造浆装置，适应不同河床条件下的抽沙作业。2.3.6载体整个抽沙工作系统的载体为改装的常用12t平板船，船用配套动力为15KW柴油机；载体配置具有平衡作用的工作甲板，及自身附属电力系统。3、自吸式并联抽沙船的现场试验与应用本试验项目主要分为两个阶段，第一个阶段为2005年8月15日-2006年3月10日，方案一采用自吸式并联抽沙船为主，配合6PL泥浆泵为辅，在取土场安放大泵作为主泵，然后通过主泵连接加压泵将泥浆输送到淤区；第二个阶段为2006年3月19日至2006年12月16日，方案二采用自吸式并联抽沙船直接与管道对接，不采用大泵，自吸式并联抽沙船兼作为主泵将泥浆输送到加压泵，将泥浆输送到淤区。4、自吸式并联抽沙船的效益分析4.1经济效益分析4.1.1自吸式并联抽沙船与6PL泥浆泵经济效益分析通过计算，自吸式并联抽沙船在生产中，1台150SPW砂砾泵每生产10000m3土，需耗费208.33台时，台时费为25.49元，每生产10000m3土花费5310.33元。6PL泥浆泵在生产中，经计算每生产10000m3土，需耗费278.98台时，台时费为51.94元，每生产10000m3土花费14490.22元。经过对以上两项进行分析比较，自吸式并联抽沙船施工10000m3土比原有6PL泥浆泵每施工10000m3土成本降低9179.89元。4.1.2自吸式并联抽沙船与简易式挖泥船经济效益分析一艘自吸式并联抽沙船的制造成本为10万元左右，一艘简易式挖泥船的制造成本为40万元左右，从制造成本上看，自吸式并联抽沙船比简易式挖泥船一艘节省30万元，而两者的产量、动力及人员配备基本相同。4.1.3自吸式并联抽沙船与并联式抽沙平台经济效益分析一艘自吸式并联抽沙船的制造成本为10万元左右，一艘并联式抽沙平台的制造成本为45万元左右，从制造成本上看，自吸式并联抽沙船比简易式挖泥船一艘节省35万元，而两者的产量、动力及人员配备基本相同。4.2社会效益分析采用自吸式并联抽沙船在黄河中抽沙进行放淤固堤施工，工作效率高、工作稳定性强、机动灵活，特别适应黄河滩区复杂施工条件，开创了黄河放淤固堤高效施工的先例，具有广阔的应用与推广前景。自吸式并联抽沙船对黄河主槽清淤起到了很好的作用，该设备既方便了放淤固堤工程施工，又减少了施工征地，对黄河滩区生产建设及社会稳定都有很大促进作用，可以产生重大的社会效益与环境效益。5、结语5.1几点结论5.1.1自吸式并联抽沙船的应用效果现场试验表明：采用多项改进技术后的自吸式并联抽沙船在黄河放淤固堤施工中，各项指标都达到了设计要求，能够很好适应现场复杂的水沙及河床条件，满足现场施工要求，造价低廉，操作方便，效率高。5.1.2自吸式并联抽沙船的特点自吸式并联抽沙船具有操作方便、运输灵活、多点采沙、吃水浅、适应能力强的特点，结合了简易式挖泥船与并联式抽沙平台的优点，适用于现在黄、沁河的放淤固堤施工，具有广阔的推广应用价值。5.2改进与展望APD-1型自吸式并联抽沙船虽在本次试验及应用中取得了一些成绩，但是在设备的通用性、零部件的标准化及设备安装的规范性等方面还需要进一步完善。APD-1型自吸式并联抽沙船自身特性使它在黄河原阳河段放淤固堤施工发挥了很好的效益；同样，在黄河下游放淤固堤施工及其它河流疏浚工程上，也具有广阔的推广应用前景。参考文献1.钱宁高含沙水流清华大学出版社19882.钱宁泥沙运动力学科学出版社19863.王明甫高含沙水流水利电力出版社19944.孙东坡王二平管道泥浆输移能力的试验研究武汉大学学报2004.45.栾鸿儒水泵及水泵站中国水利水电出版社19936．张瑞瑾、谢鉴衡，河流泥沙动力学，水利电力出版社，1989.67．余常昭环境流体力学清华大学出版社19928．孔珑工程流体力学高等教育出版社19959．