電軸系統(tǒng)起動(dòng)電機(jī)水下泵技術(shù)在挖泥船中的應(yīng)用

李海民

隨著挖泥船在疏浚行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，如何有效提高該設(shè)備的效率及效益成為亟待解決的問題。本文結(jié)合“通海?！碧?hào)挖泥船的研制，重點(diǎn)介紹了電軸系統(tǒng)起動(dòng)電機(jī)水下泵技術(shù)在挖泥船設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用，該技術(shù)能有效實(shí)現(xiàn)水下泵與艙內(nèi)泵同時(shí)工作，從而提高挖泥泥漿濃度、加大挖深、增加排距，使挖泥船的工作效率及綜合效益顯著提升。

1． 工程概況

山東省南四湖屬淮河流域沂沭泗水系，流域面積3.17萬km2。南四湖湖內(nèi)淺槽工程按50年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，我局承擔(dān)該項(xiàng)目2標(biāo)段的施工，主要完成淺槽四2+800～5+800段共3.0km湖內(nèi)疏浚開挖、圍堰修筑、圍堰基底及取土區(qū)表層清淤等工程。設(shè)計(jì)湖內(nèi)挖槽寬800m，平均挖深1.51m，排距 3.3～4.0km，開挖土方量 3709346m3，施工設(shè)備主要為1000m3絞吸式 （斗輪式）“通海?！碧?hào)挖泥船，設(shè)備的工作效率如何，將直接影響到該項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益、施工安全及完工進(jìn)度。

2． 創(chuàng)新背景及創(chuàng)新思路

國內(nèi)使用的挖泥船一般采用單臺(tái)艙內(nèi)泵形式，為艙內(nèi)泵吸排式，不進(jìn)行水下泵的設(shè)計(jì)和安裝。隨著疏浚行業(yè)的發(fā)展，水下泵與艙內(nèi)泵串聯(lián)連接技術(shù)得以推廣。在“通?？！碧?hào)的研制中，我們應(yīng)用電軸系統(tǒng)啟動(dòng)電機(jī)水下泵施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水下泵和艙內(nèi)泵的串聯(lián)連接，經(jīng)查國內(nèi)外文獻(xiàn)，尚未見此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在類似南四湖湖內(nèi)淺槽工程這樣復(fù)雜工程環(huán)境中的成功報(bào)道，進(jìn)一步證實(shí)了該技術(shù)應(yīng)用具有創(chuàng)新性。

具體的創(chuàng)新思路是，將水下泵前移安裝于斗輪裝置后10m位置，建立了水下泵與艙內(nèi)泵串聯(lián)輸送結(jié)構(gòu)，使兩泵同時(shí)工作，水下泵負(fù)責(zé)抽送泥漿，艙內(nèi)泵起排送作用，大大提高泥泵吸入泥漿的濃度及設(shè)備工作效率，實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新。

3． 技術(shù)特點(diǎn)及系統(tǒng)選型

3.1 技術(shù)應(yīng)用背景“通?？！碧?hào)挖泥船簡介

“通?？！碧?hào)挖泥船主要由以下幾部分組成:水下挖掘機(jī)具斗輪、艙內(nèi)泥漿泵、水下泥泵、臺(tái)車定位樁、輔助定位樁、三臺(tái)甲板絞車及船體。主要技術(shù)參數(shù)有：船體總長61.28m，甲板長48.95m，船寬 12.20m，型深 3.2m，空載吃水1.545m，滿載吃水1.85m。設(shè)計(jì)挖深20m，設(shè)計(jì)最大排距4000m，刀架總長26m，斗輪直徑3.5m，設(shè)計(jì)最高轉(zhuǎn)速27r/min，斗輪動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)采用3臺(tái)液壓馬達(dá)，總功率270kW。

3.2 電軸系統(tǒng)起動(dòng)電機(jī)水下泵技術(shù)簡介

“通海?！碧?hào)挖泥船的電軸系統(tǒng)由1臺(tái)700kW、690V發(fā)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)1臺(tái)600kW、690V電動(dòng)機(jī)組成，電軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)為發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)之間直接連接，無需斷路器及任何布線。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)是通過控制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流來實(shí)施，組成閉環(huán)系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速是調(diào)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)施，發(fā)電機(jī)的頻率、電壓也隨著變化，從而改變了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可在70%～100%(1050～1500r/min)之間變化，電動(dòng)機(jī)以恒轉(zhuǎn)矩輸出。

水下泵的驅(qū)動(dòng)方式按傳動(dòng)方式可分為長軸和短軸，動(dòng)力裝置又可分為電動(dòng)機(jī)和液壓馬達(dá)等類型，在兼顧性能的可靠性、維修工作的難易、價(jià)格及改造難度等因素后，最終選定“電動(dòng)機(jī)+短軸”的驅(qū)動(dòng)方案。實(shí)踐證明，這種驅(qū)動(dòng)形式具有傳動(dòng)效率高、安裝經(jīng)濟(jì)便捷、維修保障率高等優(yōu)點(diǎn)。

3.3 系統(tǒng)選型

艙內(nèi)泵選型型號(hào)為JFC112-23-55，技術(shù)參數(shù)為排量（清水）4000m3/h，揚(yáng)程58m，泥泵清水軸功率為841.4kW。如輸送中砂比重為 1950kg/m3、20%的泥漿濃度時(shí)，泥漿比重為1190kg/m3，則泥泵中砂軸功率為1002.5kW，輸入功率1023kW（η 傳=0.98）。

水下泵選型型號(hào)為JFCS112-23-55，技術(shù)參數(shù)為排量（清水）4000m3/h，揚(yáng)程25m。泥泵清水軸功率為362.67 kW，泥泵中砂軸功率為432kW，輸入功率622.5kW。

柴油機(jī)選型可參照以下參數(shù)，泥泵主機(jī)型號(hào)為LB6250ZLCZ-11，持續(xù)功率1103kW，額定轉(zhuǎn)速825r/min。水下泵柴油機(jī)型號(hào)為6210ZLC-6，額定功率735kW，額定轉(zhuǎn)速 830r/min。

水下泵驅(qū)動(dòng)液壓油泵選用250CY14-1B型柱塞式液壓油泵五臺(tái)，其中四臺(tái)定量，一臺(tái)變量，額定轉(zhuǎn)速1500r/min，額定壓力 31.5MPa，容積效率 0.9，主機(jī)轉(zhuǎn)速 830r/min，通過分動(dòng)箱減速至1100r/min，則油泵總流量為1863L/min。

水下泵驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)選用A2F250型定量軸向柱塞式液壓馬達(dá)四臺(tái)，額定壓力35MPa，容積效率0.9。水下泵齒輪箱速比取3.7，動(dòng)力箱總排量3.7L/r，水下泵435r/min時(shí)，所需液壓油流量為1788L/min，水下泵動(dòng)力箱在△P=19MPa時(shí)，輸出功率為458.7kW。

3.4 技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

船體試運(yùn)行期間，應(yīng)對船體設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行全面校核，一是要對船體浮性、穩(wěn)定性進(jìn)行重新校核；二是在選擇水下泵時(shí)，應(yīng)對艙內(nèi)泵和水下泵特性曲線進(jìn)行比較分析，選擇合適的水下泵，以提高挖泥效率；三是在增加泥漿濃度后，應(yīng)對主柴油機(jī)的功率進(jìn)行校核，以防止動(dòng)力不夠；四是在增加挖泥濃度后，應(yīng)對原設(shè)計(jì)進(jìn)行流體管道攜沙能力校核，計(jì)算吸泥管路和排泥管路是否能達(dá)到要求。

4． 經(jīng)濟(jì)效益分析

經(jīng)與同類挖泥船綜合比較，應(yīng)用了電軸系統(tǒng)啟動(dòng)電機(jī)水下泵施工技術(shù)的“通?？！碧?hào)挖泥船，能夠?qū)⑹杩ｉ_挖土方單方油耗量降低36%，電機(jī)短軸傳動(dòng)機(jī)械效率可提高到95%以上，預(yù)期可節(jié)約成本資金680萬元以上，大大提高了挖泥產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，此技術(shù)的成功應(yīng)用可為國內(nèi)疏浚行業(yè)的項(xiàng)目施工提供有益借鑒。