绞吸船泥泵特性曲线在吹填施工部署中的应用

2016-03-11马定强谢萍李刚

珠江水运 2016年2期

马定强+谢萍+李刚

摘要：泥泵工作时各参数间的变化情况可用泥泵特性曲线表示，通过该曲线可测算绞吸船吹填施工的生产效率、最大吹距，对吹填施工船舶、管线部署具有重要指导意义。本文结合具体实例，介绍了该推算过程。

关键词：泥泵吹填施工

1.概述

吹填施工是综合利用疏浚土、围海造地的重要手段，其通过挖泥船将开挖的疏浚土吹卸至指定泥塘或岸上洼地实施。绞吸船则是吹填施工部署中最常用的船型之一，其能够将挖掘、输送、排出和处理泥浆等疏浚工序一次完成，并能适应黏性土、砂砾土等不同挖泥工况，在吹填造地工程中具有其他挖泥船所不能比拟的巨大优越性。绞吸船进行挖泥吹填施工的工作原理是：在桥梁重量的作用下，在横移绞车的拉动下，绞刀自转在水下切削破土，随后泥泵运转产生压力差，被切削的泥水混合物在大气压的作用下进入泥泵，再经过排泥管线输送至指定区域。整个吹填过程，吸泥、排泥均通过泥泵完成，可见，泥泵运转的正常与否，直接关系着挖泥吹填施工的效率。

泥泵的性能参数可用于描述泥泵的工作情况，包括扬程（压头、水头）、流量（流速）、转速、功率等。泥泵工作时，这些参数间的变化关系可绘在直角坐标系中，用不同类型的曲线表示，是为泥泵特性曲线。Q-H曲线是其中最常用的一种，其以流量Q作为自变量，扬程H作为因变量，点绘制直角坐标图上后形状上凸。利用该曲线，不仅能了解泥泵的性能，而且还能较为准确地测算出不同工况下绞吸船的生产效率、排泥距离，对挖泥船舶的吹填施工部署工作大有裨益。

2.在船舶调遣及部署中的应用

现今吹填工程趋于大型化，具有工期紧、工程量大、设备折旧成本高的普遍性特征，因而大型船舶设备资源的配置是工程进度与成本控制的重点，船舶资源的高效部署直接影响工程效益的创造。根据泥泵特性曲线可测算绞吸船挖泥的生产效率，从而可根据工程量、节点工期的要求，充分有效地调动和整合船舶资源。

泥泵扬程指的是泥泵运转所产生的将液体吸入和排出的能量，实质就是其传递给液体的“潜在势能”，现场这种潜在势能可分为两大部分——吸泥与排泥，可分别用真空和排压表示，计算公式如下：

式（1）中，H为总扬程（m）；

P真为真空度（Pa）；

P压为排压（Pa）；

h为修正高度（m），与压力表与真空表间的高差有关；

γ为液流比重。

绞吸船在不同工况中施工，可通过仪表测出泥浆比重，然后根据真空表和压力表读数得出真空度和排压，即可通过上式求得扬程。利用扬程-流量泥泵特性曲线，可查得相应扬程下的流量，便可得出绞吸船挖泥的生产效率。

在确定绞吸船生产效率后，我们可通过预估船舶的时间利用率，得出船舶施工的月产量，进而得出完成整个吹填工程所需的时间，为施工船舶的调遣、船机设备、后勤补给提供决策依据。

3.在管线布置中的应用

排泥管线作为泥浆输送通道，在吹填施工中具有连接取土区与吹填区的桥梁纽带作用。

根据泥泵特性曲线测算绞吸船在不同土质下的吹距，可为施工中管线设备的部署提供指导。

泥泵驱动泥浆吸入排出的过程可视为泥浆在排泥管线中克服阻力做功的过程，该过程中水头的损失可按其性质分为沿程摩阻损失与局部水头损失，见下式：

式（2）中，H为泥泵总水头（m）；

式（3）中，L为吸入及排出管线总长（m）；

d为管道直径（m）；

v为管中平均流速（m/s）；

g为重力加速度（9.8m2/s）；

λ为沿程阻力系数（0.02～0.025），取值与管径有关。

实际运用中由于管线组合多采用橡胶接头，水头损失较大，常取1.3～1.75倍Hf作为沿程水头损失取值。而局部水头损失Hj则取沿程摩阻水头损失的10～20%，管线越长，局部损失越小。

4.工程实例

某吹填工程绞吸船进场后开挖取土区，通过管线直吹至围堰内侧，开工后试挖测得泥浆比重为1.14，真空表读数为1.55×104Pa，压力表读数为99.5×104Pa，修正高度为2m，根据式1可得泥泵排泥扬程H泥=105.11m，排水扬程H水=H泥/1.14=92.2m。通过查找该绞吸船的泥泵特性曲线（如图1），可知当H=92.2m时，Q=13750m3/h。

地质勘探结果显示水下原状土密度为1.6t/m3，则含泥量，