SL3裝船機(jī)溜筒優(yōu)化設(shè)計及實施

曹衛(wèi)沖，李奉生，周 凱

(國能(天津)港務(wù)有限責(zé)任公司，天津 300452)

裝船機(jī)懸臂水平時與碼頭面距離(含碼頭面高程)、懸臂收縮最短長度、煤炭作業(yè)船舶高度(含潮位、特殊船型)、溜筒長度等，是影響裝船機(jī)懸臂煤炭作業(yè)仰角的四大因素[1]，懸臂作業(yè)仰角大小直接影響著所在流程煤炭流量及其能耗、膠帶等懸臂運(yùn)轉(zhuǎn)部件使用周期。國能(天津)港務(wù)公司三臺Thyssen Krupp設(shè)計的裝船機(jī)于2006年投產(chǎn)裝煤，最大煤炭流量6700t/h，設(shè)計船型20000～100000t，其溜筒機(jī)構(gòu)由擺動裝置(使溜筒始終與碼頭面保持垂直狀態(tài))、回轉(zhuǎn)裝置、拋料裝置、溜筒體、回轉(zhuǎn)平臺等部分組成，回轉(zhuǎn)平臺上的一臺液壓站為擺動液壓缸、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、拋料鏟液壓缸提供動力源，溜筒為單節(jié)、非伸縮型防塵溜筒[2]，與裝船機(jī)SL1、SL2比較，SL3懸臂煤炭作業(yè)仰角偏大3°～6°，所在流程煤炭流量降低30%～70%，流程能耗明顯增大，懸臂膠帶打滑故障頻繁。

1 原因及措施分析

與同軌道上的裝船機(jī)SL1、SL2比較，SL3裝船機(jī)懸臂水平時與碼頭面距離小3.1m，溜筒體長度皆為7.6m。分析影響懸臂煤炭作業(yè)仰角的四個因素可知，前三個因素在裝船機(jī)、碼頭設(shè)計時已確定，后期改造經(jīng)濟(jì)差、難度大甚至不可行，唯有裝船機(jī)溜筒長度可優(yōu)化、實施可行性好。

2 溜筒長度優(yōu)化研究

本案只研究SL3裝船機(jī)溜筒長度，其他如回轉(zhuǎn)裝置、拋料裝置等均不做改變，溜筒長度是指從溜筒回轉(zhuǎn)至拋料鏟后鉸點的筒體固定長度。據(jù)現(xiàn)場觀察統(tǒng)計，在絕大多數(shù)情況下(極少數(shù)特殊船型及其壓艙水排空時序、特殊潮位除外)，若溜筒長度過長，則懸臂作業(yè)仰角過大；若溜筒長度過短，則影響煤流拋料且煤塵超標(biāo)，不利于環(huán)保。為了合理優(yōu)化溜筒長度，需要綜合研究煤流拋料軌跡和煤塵控制兩個方面[3]。

2.1 拋料軌跡模擬

理論上，拋料鏟處拋灑煤流的軌跡是近似從原點開始的在第四象限內(nèi)的拋物線，以常見的京塊煤(小煤塊、煤顆粒、煤粉的混合物)拋灑最遠(yuǎn)點作為研究對象初步建立理論拋料軌跡模擬函數(shù)，然后選取并測量煤流實際拋料軌跡上的若干個點，修正理論模擬函數(shù)，獲得煤流實際拋料軌跡函數(shù)。

已知從懸臂膠帶卸料處到拋料鏟最低點高度為16.9m，煤流實際落差為15.5m，根據(jù)自由落體物理公式能量轉(zhuǎn)換可得：

式中，v0為煤流從拋料鏟拋出時的初速度；h為煤流拋灑最遠(yuǎn)點實際落料高度；g為重力加速度。

以拋料起點為原點建立平面坐標(biāo)系，可得煤流理論拋料軌跡模擬函數(shù)為：

式中，取值x≥0。

實際上，煤流在下落過程中與外部摩擦和沖擊造成的能量損失、煤粒度、濕度、流量大小及煤流內(nèi)部能耗等因素對拋料軌跡影響明顯，因此根據(jù)上述建立的理論拋料軌跡模擬函數(shù)，結(jié)合京塊煤實際拋料軌跡進(jìn)行修正調(diào)整，可建立煤流實際拋料軌跡的修正函數(shù)：

圖1 SL3裝船機(jī)在各溜筒長度下最遠(yuǎn)煤流實際拋料模擬軌跡

從圖1中可以直觀地看出，在拋料點處于同樣位置(坐標(biāo)系原點)時，隨著溜筒長度變短，在同樣高度下煤流最遠(yuǎn)落料點的水平距離不斷減小，一般地SL3裝船機(jī)裝煤作業(yè)時，拋料點距離船艙煤頂面約1m，第二輪裝船及平艙要求煤流最遠(yuǎn)拋灑距離約2.5m，因此從圖1中可選取溜筒長度優(yōu)化截短范圍約為1.5～2m[14]。

2.2 拋料煤塵控制

溜筒長度優(yōu)化截短后拋料點會抬高，拋料過程中煤塵會有所增加，尤其對于在高潮位、壓艙水排空后的部分特型船舶，在第一輪作業(yè)時其較高的船內(nèi)桿會迫使SL3裝船機(jī)拋料點抬得更高，此時拋料過程煤塵會明顯增多；煤流落到船艙后，艙內(nèi)會返起煤塵，鑒于此，SL3裝船機(jī)溜筒優(yōu)化設(shè)計時應(yīng)同時考慮拋料鏟拋料過程中、落艙后返起的煤塵控制措施。

上述煤塵范圍大、濃度高、起升速度快，海風(fēng)大時煤塵還會順風(fēng)水平飄散，針對該煤塵特點，在溜筒體下方、拋料鏟下端各設(shè)置兩道高壓空心錐螺旋噴霧噴頭，噴灑角度120°，溜筒體下方兩道噴頭主要用于抑制船艙內(nèi)返起的煤塵，拋料鏟下端兩道噴頭主要用于抑制拋料時的煤塵[17]；在拋料鏟中上部增設(shè)抑塵罩，主要用于抑制煤流經(jīng)過拋料鏟時的煤塵，如圖2所示。

圖2 拋料煤塵控制措施

3 溜筒優(yōu)化方案實施

為了盡快落實SL3裝船機(jī)溜筒優(yōu)化改造方案，同時考慮到SL3裝船機(jī)溜筒自2006年投產(chǎn)以來已使用十余年，溜筒體內(nèi)壁無任何耐磨襯板，筒體壁厚已接近安全使用極限[16]，因此落實此次溜筒優(yōu)化改造方案可與溜筒整體更換同時進(jìn)行，只需在加工新溜筒時將溜筒體截短1.7m(符合上述溜筒長度優(yōu)化1.5～2m范圍要求)，SL3裝船機(jī)溜筒其它部分如筒體直徑、兩端連接等均不作改變，拋料、船艙返起煤塵的控制裝置在新溜筒安裝前后實施均可。

3.1 施工流程與準(zhǔn)備工作

舊溜筒拆卸工藝流程：裝船機(jī)定位→作業(yè)準(zhǔn)備→電動葫蘆鋼絲繩牽引就位→懸臂與溜筒剛性加固→電動葫蘆拉緊→拆除各部連接部位→切割剛性加固梁→溜筒下降→懸臂俯仰最大角度→溜筒二次下降→對位檢修支架放置，然后新溜筒準(zhǔn)備完畢，新溜筒安裝工藝流程：裝船機(jī)定位→作業(yè)準(zhǔn)備→電動葫蘆鋼絲繩牽引就位→一次起升懸臂→懸臂恢復(fù)平行→二次提升流通到位→安裝各部連接部位→拆除電動葫蘆鋼絲繩→連接各部管線及電線→空載試車。從前期現(xiàn)場準(zhǔn)備工作到新溜筒安裝調(diào)試完畢，施工工期預(yù)計需要七天時間。停機(jī)施工前，施工準(zhǔn)備工作必需做充分，疏清維修場地，檢查、除銹和保養(yǎng)溜筒維修支架地腳錨固螺栓[8]，并安裝固定好維修支架；由于十余年沒有運(yùn)行使用，吊裝溜筒專用的兩臺懸臂電動葫蘆需要更換新鋼絲繩并做全面潤滑保養(yǎng)[10，11]，相關(guān)滑輪需要除銹、保養(yǎng)，保證它們性能可靠[12]；辦理動火、吊裝、高空作業(yè)手續(xù)[5]，汽車吊、工裝等到現(xiàn)場；特殊工種人員持證上崗[5]，吊裝方案經(jīng)過批準(zhǔn)[15]，對相關(guān)施工人員(含裝船機(jī)操作人員)進(jìn)行了技術(shù)交底和安全技術(shù)交底[5]。

3.2 溜筒安裝施工

SL3裝船機(jī)定位后懸臂放平并收回，在溜筒擺動鉸點座的螺栓切割之前，溜筒必須用鋼梁或四臺5t手拉葫蘆將懸臂和溜筒進(jìn)行剛性固定[9]，啟動兩臺電動葫蘆拉住溜筒并使其兩根鋼絲繩拉力均等[4]，拆除溜筒擺動油缸下部鉸點座和吊掛裝置鉸點座的螺栓，摘除手動葫蘆，切割所有的加固鋼梁，啟動電動葫蘆緩緩下降溜筒，離開障礙物約1m(如圖3所示)，緩慢下放懸臂，俯仰角度變化，陸續(xù)下降溜筒，微調(diào)裝船機(jī)行走機(jī)構(gòu)，對位后放置在溜筒檢修支架上。注意在電纜、電線拆除前，必須留有標(biāo)識以利于更換電纜[6]，同時所有與中控設(shè)置的聯(lián)鎖裝置予以解除。

圖3 拆卸舊溜筒(mm)

在舊溜筒拆落后更換新制的溜筒體及其下部(回轉(zhuǎn)軸承及其以上漏斗仍使用原有的)，恢復(fù)、保養(yǎng)溜筒回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、拋料鏟調(diào)整液壓缸及配管、部分水噴淋系統(tǒng)管線、電氣控制系統(tǒng)的更換部分檢測元件等。在第二次起升吊裝前一定要重新檢測兩臺電動葫蘆的運(yùn)行情況，同時檢查鋼絲繩、滑輪組的使用情況以及鋼絲繩端部的楔塊安裝到位情況。溜筒整體在維修支架上完成所有需要裝配、調(diào)整、保養(yǎng)、恢復(fù)功能等的工作后，重新利用電動葫蘆進(jìn)行溜筒的安裝，在第二次提升吊裝溜筒整體的過程中，提升到一定位置后，啟動懸臂下放動作，平穩(wěn)下降停放在基本水平位置，然后稍微提升電動葫蘆，當(dāng)接近到位的位置后，利用四臺5t手拉葫蘆精調(diào)整溜筒高度，當(dāng)溜筒吊裝到位后，首先必須先將上部溜槽與溜筒漏斗之間的吊掛鉸點座可靠連接，并緊固連接螺栓(如圖4所示)。恢復(fù)懸臂和溜筒之間的各連接節(jié)點以及機(jī)、電、液、水各種管線的連接，嚴(yán)禁泄漏和污染油管內(nèi)部，最后可以空載、重載試車[7-13]。

圖4 吊裝新溜筒

4 結(jié) 語

SL3裝船機(jī)溜筒優(yōu)化及實施過程零成本投入，實施后與原溜筒狀態(tài)時相比，SL3裝船機(jī)在臂架作業(yè)仰角小于等于8°時很少做動作即可完成大型船舶的第一輪煤炭作業(yè)任務(wù)；SL3裝船機(jī)在對小型船舶、窄體船的內(nèi)桿進(jìn)行第二輪及平艙作業(yè)時改善效果尤其明顯，煤塵能得到有效控制；SL3臂架作業(yè)仰角在達(dá)到允許最低作業(yè)角度-12°之前，拋料鏟可達(dá)到甚至低于碼頭面高度，滿足低角度煤炭作業(yè)要求；公司MIS生產(chǎn)系統(tǒng)顯示，SL3裝船機(jī)懸臂作業(yè)仰角降低3°～5°，所在流程流量平均提高95t/h，經(jīng)計算每年收獲額外煤炭噸經(jīng)濟(jì)效益1500多萬元，每年節(jié)省能耗約152040kW·h，同時獲得了每年150h的停機(jī)維修時間，延長了懸臂膠帶等部件的使用周期。