方向：船舶机械。
力，使叶片流道中的固液混合物受到叶片强制转动和推
动，使固液流压力在泥泵出口处增大，从而产生扬程，达
到输送固液混合物的目的。同时，在叶轮进口的吸入室
构成局部真空而产生吸力，连续吸入由绞刀头工作所产
生的固液泥合物。
2.1 泥泵主要参数
绞吸式挖泥船泥泵的主要参数有流量 Q、扬程 H、转
速 n、汽蚀余量 NPSH、功率 P 和效率 η、泥浆的容重及浆
体浓度、最大允许通过粒径等。
转速是影响泥泵性能的一个重要因素。泥泵的汽蚀
余量是表征泥泵汽蚀性能好坏的参数。功率指泥泵的输
入功率即驱动装置传递到泥泵轴上的功率，泥泵的输出
功率是指浆体流过泥泵时，由泥泵传递给它的有效功
率，用 Pe 表示，则：
Pe=ρgQH/1 000（kW）
（1）
输入功率和输出功率之差是泥泵内的损失功率，损
2 泥泵特性
泥泵是绞吸式挖泥船的主要疏浚机械，在疏浚作业 中起着重要的作用。闽福州浚 1002 船的疏浚泥泵为离 心 泵 ，它 是 利 用 叶 轮 在 驱 动 装 置 作 用 下 旋 转 ，产 生 离 心
收稿日期：2011 - 04 - 25 作者简介：姚潮法（1976—），男，福建古田人，大学本科，工程师，研究
的浓度，泥砂越粗，扬程和效率下降就越大。
②在同一泥泵转速和流量下，输送泥浆时比输送清
水 效 率 略 有 下 降 ；相 同 转 速 下 ，浓 度 增 加 则 泥 泵 扬 程 和
效率均下降，且效率下降幅度要高于扬程下降幅度，且泥
浆 浓 度 越 高 ，其 泥 沙 粒 径 越 粗 ，泥 泵 扬 程 效 率 下 降 也 越
失的大小用泥泵的效率 η 来计量，此时轴功率为：
P=Pe/η=ρg QH/1 000 η
（2）
泥砂特性主要包括浆体的容重 γm、浆体浓度 Pv、最大 允许通过粒径 dmax 等参数。 2.2 泥泵清水特性曲线
在实际的使用过程中，为了提高挖泥船泥泵效率，实
现 最 佳 工 况 ，为 此 需 要 掌 握 泥 泵 性 能 特 性 曲 线 ，主 要 是
指泥泵在额定转速下，泥泵的扬程 H、效率 η 和驱动功
率 P 与流量 Q 的关系，且与介质的密度有关，而通常泥
泵生产厂家给定的均是泥泵的清水特性曲线。图 1 为闽
福州浚 1002 船泥泵清水特性曲线示意图。
第 30 卷第 13 期
姚潮法：绞吸式挖泥船泥泵及其驱动装置的工况分析
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扬程 H（m） 效率 η（%） 功率 P（kW）
而抽吸泥浆时的管路扬程计算公式为：
Hpm=
γmv2m 2
பைடு நூலகம்
×［（1＋k）×λ× L DP
+1+γmζ］+g ［（γm-1）Z1+
γmZ2-Z3］
（5）
式中，Z1 为从泥面到泥泵中心线的地形高度；Z2 为
从泥泵中心线起算的排出口的地形高度；Z3 为泥泵中心
线到水面的高度，Z=Z2-Z3；定义 ζ 局部阻力系数为 0.5；
（Fujian Province Waterway Bureau Minjiang Branch，Fuzhou，Fujian 350001，China）
Abstract:Matching of mud pump and drive equipment in cutter suction dredger can improve the efficiency，by analysing the characteristics of 1002 coat's cutter suction dredgers mud pump and its drive equipment，the paper determined the best work condition of it through a case. Keywords：cutter suction dredgers；mud pump；drive equipment；conditions
第 30 卷第 13 期 Vol.30 No.13
企业技术开发 TECHNOLOGICA企L D业EVE技LO术PME开NT发OF ENTERPRISE
2011 年 7 月 20J1u1l.年20171月
绞吸式挖泥船泥泵及其驱动装置的工况分析
姚潮法
（福建省航道局闽江分局，福建 福州 350001）
摘 要：绞吸式挖泥船的泥泵与驱动装置的合理匹配会大大提高挖泥船的生产效率。文章通过对笔者所在单位绞吸式
快。考虑泥浆浓度对泥泵抽送泥浆时的扬程影响，其公
式如下：
Hm=γm（1-kmPv）×H（w kPa）
（3）
式中，Hm、Hw 分别为泥泵抽送泥浆和清水时的扬程；
km 为泥砂系数（见表 1）。
表 1 泥砂系数数值表
土质
淤泥
细砂 中砂 粗砂 砾石
km
0 0.03 0.05 0.10 0.27 0.42 0.75
H η P
度的增加而升高。需注意的是，当泥泵输送浆体浓度过 高时，功率比将远大于 1，此时抽送泥浆所消耗的功率会 大大增加而容易使泥泵驱动设备过载。
⑤泥泵叶轮几何参数对泥泵性能产生了一定的影 响 ，在 相 同 浓 度 下 ，可 以 发 现 叶 轮 外 径 大 的 泥 泵 性 能 较 叶轮外径小的泥泵下降得较快。
泵运行在最佳工况点上。Q-η 曲线上效率最高点左右越
平缓，泵的适宜工况区就越宽。
2.3 泥泵的泥浆特性
但是在实际疏浚工程中，泥泵输送的是泥浆。泥浆
是水与土在绞刀作用下形成的混合物。泥浆的土质、密
度 、粒 径 、浓 度 和 比 重 等 特 性 均 对 泥 泵 的 泥 浆 特 性 曲 线
有影响。一般，输送泥浆时泥泵各工作参数及之间的关
在疏浚及吹填作业过程中，应当尽量将柴油机的工 作状态控制在调速器工作区内，严格避免柴油机出现持 续的过载现象。
闽福州浚 1002 船主机驱动的泥泵特性如图 3 所示。 在 调 速 器 工 作 区 内 ，柴 油 机 以 额 定 转 速 运 转 ，由 于 调速器控制着柴油机，其性能决定了转速不是绝对恒定 的，随着负荷的减小转速略有上升，而泥泵流量减少，扬 程将上升。而扬程的上升有助于泥泵稳定工作，减少了 因流量下降而导致的泥砂在管内沉淀的危险。因此，在 此范围内相应的泥泵流量—扬程曲线并不是一等速曲 线，而是出现相应的调整。满喷油量范围内，当工况点达 到额定点 A，负荷继续增加，柴油机的燃油喷入量受到限 制，转速将降低，对于一般的柴油机系统，当转速降低时
系在性质上是与清水特性曲线相一致的，只在量值上有
一些变化，变化的程度随泥浆的浓度、密度、粒径组成及
流态的不同而不同。通过福建省航道局闽江分局多年的
疏浚经验表明其变化趋势是：
①泥砂粒径对泥泵的扬程和效率有非常显著的影
响。当抽送中砂和粗砂比抽送细砂时，扬程和效率下降
越大。浓度对泥泵性能的影响取决于泥砂的粒径。同样
③泥泵输送泥浆时的允许吸入真空度将降低。
④ 输 送 泥 浆 时 ，因 泥 浆 的 重 度 比 清 水 大 ，在 泥 泵 转
速和流量不变的情况下，泥泵的轴功率比清水时增大，且
随着浆体浓度的增大而增加，且输送泥浆时其泵轴功率
曲线几乎是向上平移。疏浚泥泵消耗的功率随着浆体浓
柴油机驱动泥泵是绞吸式挖泥船上最常见泥泵驱 动形式。对于柴油机驱动泥泵的形式，泥泵的工况直接 受 柴 油 机 特 性 制 约 。 图 2 为 闽 福 州 浚 1002 船 主 机 （Z12V190BG3 型柴油机）的负载特性曲线。
1 闽福州浚 1002 船概况
闽福州浚 1002 船于 1996 年 9 月出厂并交付福建省 航道局闽江分局使用。主要挖泥设备及性能如下：
①泥泵：结构为双壳泵，泵壳采用焊接件，其余为 35＃ 铸钢，清水流量为 2 000 m3/h，扬程 60 m，转速 500 r/min。
②驱动装置：主机为济南柴油机厂 Z12V190BG3（1350 HP，1500RPM）柴油机，液力变矩器为 YBLT900－45 型。
功率 （kW）
恒功率区
额定点 A
满喷油量范围
冒烟界限 B
恒转矩区
调速区
转速(r/min) 图 2 闽福州浚 1002 船主机（Z12V190BG3 型）的负载特性曲线
当柴油机正常工作时，一般位于调速器工作区，功 率小于额定功率，在此区域内当柴油机负荷变化时，柴 油机速度变化较小，柴油机速度的变化主要取决于调速 器的控制作用。当负载增加并超过柴油机的额定功率 时，柴油机的油门全开，此时柴油机工作在 A-B 区段。随 着 负 载 进 一 步 增 加 ，柴 油 机 速 度 急 剧 下 降 ，当 速 度 达 到 冒烟界限 B 点及以下，柴油机无法吸入足够的空气而进 行 不 完 全 燃 烧 ，柴 油 机 将 发 生 堵 转 、冒 黑 烟 及 急 剧 磨 损 现象，如不及时进行调节则对柴油机和疏浚系统都会产 生非常不利的影响。
4 管路特性
管路特性曲线指的是管路中的水头损失与流量的
关系曲线，管路特性与输送的土质、泥浆的流速、排距与
排高以及各种阻力损失有关。
抽吸清水时管路扬程的计算公式为：
Hpw=
v2m 2
×［（1＋k）×λ× L DP
+1］+gZ（kPa）
（4）
式中，Z 为自水面算起的排出口的地形高度；g 为重
力加速度；L 为吸、排泥管全长；Dp 为泥管直径；vm 为泥 管中泥浆的流速；λ 为摩阻系数，一般 k=-0.00002 L+0.2。
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企业技术开发
2011 年 7 月
转矩会略有上升，直到过了冒烟极限 B 后，才急剧下跌。
扬程 （m）
调速区
功率 （kW）