绞吸式挖泥船的疏浚设备
安徽疏浚股有限公司船舶设计研究所丁星水
【关键词〕绞吸式挖泥船疏浚设备挖泥刀具泥泵柒油机动力纹车定位桩
相互匹配
一、前言 自１８８４第一条绞吸式挖泥船在美国诞生以来，绞吸式挖泥船经过一百多年的发展，已
经成为挖泥船王国中所占比例最大的船型。绞吸式挖泥船的工作原理：利用机械式的挖泥刀具将疏俊区底部的泥土绞碎，通过船上离』ＩＬＩ泥泵的旋转产生的真空将挖掘的泥浆经吸入管吸入、提升再通过船上排泥管排出的过程。由于绞吸式挖泥船能够将挖掘、输送、排出和处理
泥浆等疏浚工序一次完成，能够在施工中连续作业等优点，目前，绞吸式挖泥船被广泛应用
于港口、航道的疏浚和陆地吹填工程。 根据世界疏浚协会论定我国疏浚能力位居世界第六，同时我国也是拥有绞吸式挖泥船最
多的国家之一，河湖疏浚挖泥船建造项目“百船一期工程”所建造的５３条挖泥船也全部为绞吸式挖泥船，据不完全统计，长江、黄河、海河、辽河、淮河及部分河湖淤积总量超过１４０
亿立方米，仅黄河年淤积量就超过３亿立方米，这些绝大部分工程都急需有更多、更大、更
新的绞吸式挖泥船去尽早投入。
二、绞吸式挖泥船的疏浚设备 １、绞吸式挖泥船疏浚装备的性能指标 衡量绞吸式挖泥船疏浚装备性能的重要指标：生产率、最大挖深、排高及排距。 生产率（立方／小时）为疏俊装备的泥泵所排出的泥浆流量和泥浆浓度的乘积，可用式
公式Ｗ＝Ｑ ｘ ｙ表示。 最大挖深是指绞刀在水底的挖掘面到水面的最大距离，它通常是在泥泵功率一定情况下
影响泥浆浓度的重要指标，挖掘深度超过设计值，泥浆浓度随深度直线下降。 排距是指在一定的土质、排泥管径、一定的泥泵功率下泥浆所能疏送的距离，排泥管长
度决定了所能排出的泥浆浓度，长度超过一定值，浓度必然降低。
２、绞吸式挖泥船疏浚设备 绞吸式挖泥船从舷至娓依次布置的主要疏浚设备有：（如图一示）
－－－一①挖泥刀具及驱动装置
－—②吸入管装置
—③提升及横移绞车
—④泥泵—⑤⑥泥泵轴承箱及减速箱—⑦泥泵动力丰机
—⑧液压动力辅机—⑨排泥管
—⑩定位桩系统
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、圣： 图一 １）挖泥刀具及驱动装置 绞吸式挖泥船挖泥刀具由于挖掘形式的不同又可分为：绞刀式挖泥刀具、斗轮式挖泥刀具、刀轮式挖泥刀具、环保型挖泥刀具四大类。其中绞刀式挖泥刀具、斗轮式挖泥刀具最为
常见，刀轮式挖泥刀具在德国和日本较为常见，而环保型挖泥刀具是近几年内在环保要求越来越高情况下的新技术，尤其在城市环保清淤工作中其作用越来越高。总的来说不论何种挖泥刀具，对绞吸式挖泥船的性能都起着极其重要的作用，因而对挖泥刀具设计的总的要求：泄漏量最小，吸入阻力和造成的堵塞的可能性小、所需切削功率最小，船在不同的工况下，绞刀与泥泵、绞车等匹配良好，制造、安装、维修方便。然而以上的要求往往是相互制约的，
在设计过程中，要依据条件有所取舍，以尽可能得到较理想的设计效果。 目前，以荷兰ＩＨＣ、德国ＫＲＵＰＰ为代表的公司对挖泥力具已作了很多理论研究和实验，已形成了系列化和标准化，可根据工况条件选取不同的刀具及刀齿型式。
我国对挖泥船挖泥刀具的研究与国外先进水平相比有一定的差距。近二十年来，国内船舶设计研究所和疏俊公司在借鉴国外等公司对挖泥刀具研制成功经验基础上，也先后开发出
４０， ８０， ９０， １２０， ２００， ３５０， ５００ｍ３／ｈ等绞吸式挖泥船配套的系列挖泥刀具。 见表一为安徽疏浚股份有限公司船舶设计研究所开发的系列挖泥刀具
随着“百船工程”的启动，我国疏俊同行在挖泥刀具的研究方面加大了力度，也取得了，
可喜的成就，基本可以满足国内疏俊市场的需求，但在环保型挖泥刀具以及刀具耐磨材料的
研究方面与国外差距较大。绞刀的轴向密封对确保绞刀使用质量致关重要，目前国内一改以
前常用的骨架环密封形式为浮动环密封，通过十数年的努力，在总结多艘挖泥船成功经验的基础上，对浮动环密封装置、相关部件及安装工艺进行了摸索和精心设计，已完全解决了密
封问题，密封可靠时间可达到近万小时。 不同的挖泥刀具对土质都有不同的适应性，不同的挖泥刀具对施工的要求、环境也有不同的影响，在疏俊施工作业中应当选用合理的疏浚刀具。不管何种刀具在设计过程中总会受
到固有的几大因素的影响：刀具的轴功率、泥泵的功率、吸泥管直径和排泥管直径、挖泥刀
具的形状及结构形式、吸口的形状及位置、所挖土质、挖掘深度、其它等 挖泥刀具的驱动装置大多为液压动力驱动，只有部分绞刀挖泥刀具还保留以前的电力驱
动方式。在液压动力驱动的挖泥刀具中主要为低速大扭矩马达直接驱动或马达经过行星减速
器变速驱动或经过齿轮箱减速驱动。采用液压动力驱动可使驱动装置靠近挖泥刀具安装，以
便更好地调整挖掘状态的角度，尤其在设计挖泥船的最小挖深时，显得尤其重要，但液压驱动整个传动效率较低，只为７０％左右。采用电力驱动可以超载５０％而不失速，但电力驱动需要在桥架上安装又长又重的轴来传递扭矩，且要设几个轴承座来支承，安装和维修都不方便。
表一
刀具型号刀具轴功率 （ｋｗ）刀具直径 （ｍｍ）刀具转速（ｒｌｍｉｎ）刀具刀片数
绞刀Ｊ２１００－３２０３２０２１００２８６Ｊ１８００－２４０２４０１８００２８５Ｊ１７１０－２１０２１０１７１０３０５Ｊ１５５０－１７０１７０１５５０３０５Ｊ１４６０－１８５１８５１４６０３０５Ｊ１４５０－１７０１１７０１４５０３０５Ｊ１２５０－１１６１１６１２５０３４５Ｊ１０００－ ６５６５１０００． ３０５Ｊ９２５一２５２５９２５２０５
环保绞刀ＨＪ２０００－５２５２２０００１２ＨＪ３０００－１４０１４０３０００１２
斗轮Ｄ３９－３２１ ３２０３９００１３１８Ｄ３２－－ｉ８１８０３２００１５１６Ｄ３０－１７１７０３０００１５１６Ｄ２４－１０１００２４００１８１４Ｄ２０－－７０７０２０００１８１４
２）泥泵 泥泵是挖泥船的主要工作部件之一。功率消耗一般占全船能量供给的６０一７５％，其工作
特性参数大致表征了该挖泥船的性能。 （１）国内泥泵产品简况
我国虽然在上世纪七十年代中期疏浚能力就挤身世界前列，并在八十年代初成功进入国际疏俊市场，但在挖泥船及泥泵的设计、研发方面由于历史等原因步履维艰、全国专业从事挖泥船的设计制造的机构和厂家廖廖可数，其产品基本处于模仿阶段。总体设计水平、产品开发能力以及制造工艺、材料性能及检测手段等与国外先进水平相比尚存在一定差距。到目
前为止，国产挖泥船泥泵皆为产量５００ｍ３ ／ｈ及其以下的中、小泵型。由于性能参数是依据具体用户要求而定，型号较为繁杂，缺乏规范性。近十年国内开始采用先进的计算机技术进行开发设计，泥泵的性能有明显提高，部分公司和设计所已经形成水力特性较好的系列产
口口口０ 如下表二为安徽疏浚股份有限公司船舶设计研究所开发的系列泥泵。 从泥泵的效率看，由于设计手段主要依靠对已有的水力模型进行修正，故效率较高的泵型不多，一般国内泥泵清水效率为６５一７５％。叶轮叶片线形分别为双圆弧、对数螺旋线或圆
的渐开线。叶数３一５片。
国内泥泵过流部件的材质使用合金铸钢３５ＳｉＭｎ者居多，其络氏硬度（ＨＲＣ）不大于３０。近年一些高耐磨材料如高铬铸铁等已开始使用。
（２）双壳型泥泵。 因高耐磨材料的易脆裂性，而双壳泵外壳不与泥浆接触，不受磨损，所以双壳泵比泵壳采用耐磨材料的单壳泵安全许多。
有双壳泵外壳的保护，使内壳可得到充分利用。同时，内壳高耐磨材料的使用可极大地延长其使用寿命。
双壳泵的应用可有效降低运营成本，提高挖泥船的安全性能。但其在机舱内占用空间较
大。
表二
泥泵型号流量（Ｍ３ ／ｈ）扬程 （ｍ）转速（ｒ／ｍｉｎ）效率 （％）进口直径 （ｍｍ）出口直径 （ｍｍ）最大过流粒径（ｍｍ）Ｂ５００－６８５０００６８５００７６中５００中５５０中２００Ｂ４５０、一５５４５００５５５００７６中５００中５５０中２００Ｂ３５０－６４３５００６４４９２８０中５００中４６５中２００Ｂ２４０－６５２４００６５６００７８小３７０中３２０中１６０Ｂ２００－６０２０００６０５７５７８中３７０中３２０中１６０Ｂ２００－５０２０００５０６００７０中３５０中３００中１８０Ｂ １５０－３０１５００３０５００７６中３１５中２６５中１３０Ｂ １４４－６２１４４０６２７３５７２中３００中２５５中１３０Ｂ １３４－４８１３４０４８６００７３中３２６中２８５中１４０Ｂ １００－５０１０００５０７０８７５中２９０中２３０中１２０Ｂ８０－４０８００４０７２５６５中２５０中２２０中１１０Ｂ２５－２２２５０２２９７０６２中１７０中１１５中６５备注：流量、扬程是在设计工况点定转速下的参数。
（３）水下泥泵
水下泵在耙吸式挖泥船中应用较多，近年内随着国内疏俊市场由内河向沿海深水疏浚作业转移的需求，水下泵在大型绞吸式挖泥船的研发已迫在眉睫。据了解，国产水下泵产品几
乎为零。
水下泵的增设一方面增大了挖深，提高了浓度，另一方面和舱泵合流又可增加了排距，使得整个吸排系统具有更好的自动调节功能、对工况条件具有更好的适应性和更高效性。 （４）泥泵的设计和选型
泥泵在设计和选型过程中应根据挖深、土质状况、产量、排距等各种工况条件选择合理
的参数，并确定泥泵最佳工况点，以便使整船有更好的经济性。如某个工程排距较远，一味
地提高单泵扬程，势必提高更大的功率，给以后非此类的工程投入更大的单方成本。 浓度和效率是泥泵的两个非常重要参数，浓度百分点的提高远比泥泵效率百分点的提高来的容易的多，不能一味地去追求高效率。
（５）过流部件材料性能。
泥泵过流部件常规有两种材料可供选择。经过热处理工艺的ＺＧ３５ＳｉＭｎ为一般性耐磨材料，络式硬度（ＨＲＣ） ２５ Ｎ ３０；而耐磨性能更好的Ｍａｘｉｄｕｒ＊＊＊＊＊， ＨＲＣ达５４－６０，此
种材料的泵加工难度较大，废品率较高，易脆裂，多用于双壳泵；近年内本公司组织相关人员研究出一种新镍基合金材料，解决了以上突出问题，该材料的ＨＲＣ为４２－４８，耐磨性
是ＺＧ３５ＳｉＭｎ的３倍左右，价格只是ＺＧ３５ＳｉＭｎ的１．５倍。
３）绞车 现代绞吸式挖泥船的工作绞车有电传动和液压传动两种，其中液压传动又有开放式齿轮
传动的液压绞车和行星减速器液压绞车两种。传统的电传动工作绞车多为平行轴减速机加开
放式齿轮传动，近些年电传动的行星减速器工作绞车也已经在挖泥船上得到了应用。
绞吸式挖泥船的工作绞车按照所处的位置和功能可分为桥架提升绞车、左右横移工作绞
车、抛锚绞车、定位桩提升绞车，如不用钢桩定位的话，还需设舷、舰锚定位绞车。 各种工作绞车一般在一定的绳速范围内都可进行无级调速，一般都有手动止动销，提升工作绞车还应设制动装置。行星减速器液压绞车由其独特的结构使其体积小，重量轻，安装
方便等优点，故在现代绞吸式挖泥船上得到了广泛的应用。 ４）泥泵动力主机
绝大多数挖泥船动力机器为柴油发动机，小部分挖泥船的船舶动力由电动机驱动。目前
市场上柴油机种类繁多，缸径从８０－４００ｍｍ，功率也从十几千瓦到近万千瓦，功率相近的机
器其转速、体积大小、重量、价格也大相径庭、
以美国卡特皮勒和康明斯生产的高速机堪称为第一品牌机，其稳定的功率输出、可靠的质量、较低的油耗和较长的大修期得到了用户的首肯，其功率递差不大，选用较为方便。但
价格昂贵，备件供应周期长。
近些年，大多数船用柴油机生产厂家都不同程度的引进了国外的柴油机技术或生产线，
产品质量也在逐渐上升，基本能满足国内不同类型的挖泥船的需求。如重庆发动机厂引进了
美国康明斯生产的Ｎ系列柴油机；河南柴油机厂引进德国ＭＷＭ公司许可证生产的２３４和６０４系列柴油机；安庆船用柴油机厂引进的日本大发机型，适合中、小船舶主机；镇江船用
柴油机厂引进德国ＭＡＮ Ｂ ＆ Ｗ公司生产的２３／３０， ２８／３２系列的中速机，适合各类工程船舶；除此之外，陕柴、潍柴、川柴、淄博等都有不同程度的引进技术。济柴１９０系列，无锡
柴油机厂，宁波中策柴油机功率在１２００ＰＨ－２０００ＰＨ之间，适合２００ｍ３／ｈ— ５００ｍ３／ｈ挖
泥船泥泵主机。 泥泵主机的选用，除了要考虑转速匹配、体积、重量大小因素外，还要考虑柴油机无故障运行的连续性、耐久性、修理适应性和完整性期限等可靠性，柴油机的价格、维修费用及使用的消耗费用等经济性，更重要一点就是要充分考虑匹配的合理性，即泥泵输出功率特性
和柴油机输出功率特性相匹配，使柴油机能在一个稳定的功率输出范围内工作，同时又要留
有５％－１０％的功率富余，保证整船的实用性、经济性、合理性。 ５）定位桩系统