王家華

(啟東中遠(yuǎn)海運(yùn)海洋工程有限公司 江蘇南通 226251)

主壓載泵的運(yùn)行可靠性決定著浮船塢能否正常生產(chǎn)，陳文祥在其碩士論文《112 m 浮船塢結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究》[1]中，講述了“浮船塢的沉浮是通過水密艙室的填充和調(diào)節(jié)水量來完成”。由于布置艙室簡單、泵制造安裝工藝成熟，早期很多浮船塢采用了干隔艙內(nèi)安裝電機(jī)、通過長軸與安裝在水艙底部的立式離心泵相連的主壓載泵布置型式。這種結(jié)構(gòu)型式有一個(gè)嚴(yán)重缺陷，如安裝位置有集中應(yīng)力、結(jié)構(gòu)變形大等情況存在，將造成軸系振動(dòng)大、轉(zhuǎn)子敲擊泵體，極端情況下導(dǎo)致泵殼裂紋破碎，導(dǎo)致運(yùn)行癱瘓。

某修船企業(yè)15 萬t 浮船塢7 號壓載泵，從投產(chǎn)以來，幾年內(nèi)累計(jì)泵殼裂穿多次，由于進(jìn)口備件訂貨周期長、價(jià)格昂貴，更換泵殼要開具艙室工藝孔，需要較長的修理周期，相鄰的8號艙壓載泵同時(shí)兼顧7號和8號兩個(gè)艙室的壓載水排出，勉強(qiáng)可以維持，因此一直癱瘓多年，始終未能恢復(fù)調(diào)載功能。而8 號泵如果到了不得不停機(jī)保養(yǎng)的階段，船塢就將面臨停產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)楣苈凡贾脹Q定了僅有8 號泵可以替代排水。隨著8 號泵服役年限的增大，必須盡快恢復(fù)7號泵調(diào)載功能，這是擺在設(shè)備管理部門面前的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)。

1 主壓載泵的損壞情況

該壓載泵是德國進(jìn)口的普萊格（PlEIGER）分離式直立離心泵，8 個(gè)壓載水艙內(nèi)各設(shè)置1 臺(tái)主壓載泵，其中1 和2、3 和4、5 和6、7 和8 號壓載水艙各一組2 臺(tái)泵可以相互替代，但使用1臺(tái)泵供2個(gè)艙排水，無疑的，抬船時(shí)間延長了很多。癱瘓的壓載泵位于7 號壓載水艙，調(diào)試好投用的初期，即發(fā)生了該泵在運(yùn)行過程中，軸封端泵殼破裂損壞。該泵結(jié)構(gòu)型式屬于分離式水泵單元，動(dòng)力端電機(jī)與水泵分區(qū)域安裝,通過長傳動(dòng)軸進(jìn)行動(dòng)力傳輸,總長10 370 mm，由4 段組成，通過5 個(gè)聯(lián)軸節(jié)，將電機(jī)輸出端和水泵動(dòng)力輸入端相連，進(jìn)口端通徑800 mm，具體情況如圖1所示。首次損壞后，代理服務(wù)商很快換新了泵殼。遺憾的是，修理后運(yùn)行不到一年，新泵殼在運(yùn)行中再次發(fā)生同位置破裂。其后幾年內(nèi)重復(fù)了多次修理換新，運(yùn)行時(shí)間長短不等，但均告失敗。因始終未能找到水泵損壞的真正原因，重新選型布管又十分困難，符合該場合使用要求的新泵型發(fā)展未能成熟等因素，致使此泵癱瘓二十多年之久。為徹底消除此隱患可能造成船塢停產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，公司決定成立專題攻關(guān)小組，此項(xiàng)攻關(guān)任務(wù)最終由該文作者牽頭。

圖1 原立式離心泵的機(jī)構(gòu)布置型式

2 改裝恢復(fù)功能方案

2.1 改裝方案需考慮避免的不利因素

鑒于多次在試用期間和運(yùn)行中損壞，分析造成損壞的原因，具體敘述如下。

（1）浮船塢中拱中垂、扭曲變形，引起長傳動(dòng)軸連接內(nèi)應(yīng)力集中，運(yùn)行時(shí)應(yīng)力通過軸傳導(dǎo)到泵殼上并超出泵殼強(qiáng)度。

（2）該處結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)動(dòng)部分產(chǎn)生共振，泵殼受到額外附加的應(yīng)力、向心力致轉(zhuǎn)動(dòng)部件撞擊而損壞。

（3）長軸系自身的劇烈扭振產(chǎn)生附加應(yīng)力。

（4）大尺寸厚壁鋼管和底座安裝時(shí)應(yīng)力集中傳導(dǎo)到泵殼。

2.2 改型恢復(fù)功能的技術(shù)工藝方案

2.2.1 新泵選型

考慮要排除上述這些不利影響，是摒棄長傳動(dòng)軸的水泵單元，即另選動(dòng)力電機(jī)與水泵直接連接的整體式水泵單元進(jìn)行替換。此型式的泵單元安裝到原位，可有效避讓浮船塢變形、長軸系共振等不利因素。綜合來看，新泵結(jié)構(gòu)型式既要求短軸整體式，又要滿足在現(xiàn)有管路可連接、直接工作于壓載水艙的實(shí)際環(huán)境，如此，僅有潛水泵結(jié)構(gòu)可以滿足。當(dāng)前市場上大型潛水型混流、軸流泵已發(fā)展成熟，尋找適合的型號即可。

咨詢到一家華南修船企業(yè)，它的浮船塢主泵型式，采用進(jìn)口瑞典飛力（FLYGT）潛水軸流泵。然而，潛水軸流泵絕大多數(shù)成型產(chǎn)品都是直入直排型式，進(jìn)口和出口在同一中心線上，那家企業(yè)的浮船塢壓載泵進(jìn)出口就是這樣布置的，而要改動(dòng)的位置原采用的是立式離心泵，進(jìn)出口布置型式是直角，受進(jìn)口攔污格柵和大型液壓蝶閥的限制，現(xiàn)場要對排出口和進(jìn)口管路其中一個(gè)進(jìn)行改裝都無法達(dá)到。在狹小的水艙空間內(nèi)，既定的進(jìn)出口管路尺寸又非常粗大（進(jìn)口管通徑800，出口管通徑1 000，管壁厚度16），新泵與進(jìn)出口對接90°布置安裝又有了不小的挑戰(zhàn)。綜合各種考慮，經(jīng)過和國內(nèi)潛在生產(chǎn)廠商對既有潛水軸流泵型號性能的技術(shù)咨詢，價(jià)格僅有進(jìn)口的1/5，可進(jìn)行現(xiàn)場安裝條件的改裝，綜合參數(shù)大致可滿足使用要求。

潛水軸流泵的特點(diǎn)，常勇在《潛水軸流泵安裝與運(yùn)行淺析》[2]中講到了其優(yōu)勢：無需現(xiàn)場進(jìn)行電機(jī)、水泵軸線對中的裝配工序，現(xiàn)場直接安裝，快捷方便；新型電機(jī)高效低耗，機(jī)泵在新型技術(shù)保障下安全可靠；揚(yáng)程低、流量大、效率高，占地面積小等，恰好是船塢水艙里安裝的最佳之選，于是在泵型選擇上基本得到確認(rèn)。

2.2.2 具體型號和廠商選定

原水泵進(jìn)口通徑800 mm，排水量4000 m3/h，電動(dòng)機(jī)功率135 kW，在國內(nèi)能生產(chǎn)大型潛水軸流泵的知名廠商中尋找意向廠商。經(jīng)市場考察、參數(shù)比對（見表1），確定選型上泵（天津）泵業(yè)生產(chǎn)的型號為800QZB-70臥式潛水軸流泵，其優(yōu)點(diǎn)有：外形尺寸小，電機(jī)和泵一體式傳動(dòng)軸，外形尺寸滿足現(xiàn)場進(jìn)出口位置安裝實(shí)際，可以直接改裝直角式進(jìn)出，符合長期在水艙中使用的要求，額定使用電流在現(xiàn)有電纜安全載荷范圍之內(nèi)。

表1 潛水軸流泵800QZB-70技術(shù)參數(shù)與原型復(fù)核對比

應(yīng)用實(shí)例：已在國內(nèi)多處水庫和排灌設(shè)施中進(jìn)行安裝使用，技術(shù)成熟可靠。

吸取了曾建文在《對防洪排澇泵站潛水軸流泵故障特點(diǎn)及其原因的分析》[3]得出的經(jīng)驗(yàn)，為提高新泵使用可靠性，簽訂技術(shù)規(guī)格書時(shí)要求：（1）國際知名品牌的軸承、電氣配件；（2）定制高耐磨防震的軸套、推力瓦、機(jī)械密封；（3）高鉻耐磨不銹鋼葉輪；（4）上述配件現(xiàn)場檢驗(yàn)后裝配；（5）現(xiàn)場驗(yàn)證泵效率和運(yùn)行參數(shù)。

2.2.3 施工技術(shù)條件

繪制布置和安裝草圖給現(xiàn)場施工負(fù)責(zé)人，具體見圖2。

圖2 繪制布置和安裝草圖

（1）在較長的抬船塢期內(nèi)，保持水艙內(nèi)排空，施工區(qū)域局部清理淤泥，通風(fēng)照明拉設(shè)到位，水泵位置上方搭設(shè)腳手架，準(zhǔn)備好吊運(yùn)葫蘆。

（2）艙頂開具一大一小兩個(gè)工藝孔，大的方形，尺寸3 250×1 250，用于吊出老泵殼及底座、吊進(jìn)新泵單元；小的是潛水電纜直徑1.5 倍的圓孔，用于穿越潛水電纜、安裝密封函。

（3）準(zhǔn)備好彈性管接、4 只地腳緩沖墊；測量好新泵底座尺寸和和安裝凈空高度，定制墊高夾層底座。

（4）現(xiàn)場割接開孔和焊接管接頭及法蘭的氣割、電焊工具。

（5）潛水電纜密封函、密封床墊、橡膠墊、防腐處理的螺栓螺母和輔助支撐踏腳、護(hù)欄（方便今后巡檢人員站位）。

（6）廠商技術(shù)服務(wù)工程師和質(zhì)量檢測專業(yè)人員現(xiàn)場服務(wù)。

2.2.4 安裝工藝

要點(diǎn)：封堵出口用悶板要焊加強(qiáng)筋，防止水壓損壞悶板；在泵殼出口徑向圓筒上割開對接口，現(xiàn)場焊接出口短管；底座需加強(qiáng)，底腳要增設(shè)減震墊；在出口閥與新燒焊短管之間加墊橡膠緩沖管接。

注意要素具體如下。

（1）根據(jù)趙福志、周愛民在《某VLCC 油船壓載泵軸線改進(jìn)方案》[4]中提示的“安裝基準(zhǔn)的基本要求和方法”，確定以原進(jìn)口管中心線為基準(zhǔn)。原進(jìn)口管端法蘭硬連接，縱向橫向和高度調(diào)整余地非常有限，依此作為安裝基準(zhǔn)較有利，而底座夾層和出口可以現(xiàn)場定尺寸。

（2）預(yù)制進(jìn)口短接管，保證短接管能與原管端及新水泵進(jìn)口端可靠剛性連接，出口端法蘭短管在現(xiàn)場焊，一次成型，另加橡膠彈性短接，以確保出口端柔性連接。進(jìn)口管和底座以自然對裝為主調(diào)節(jié)為輔。

（3）材料選擇。

圖3 改裝新泵現(xiàn)場安裝實(shí)景圖

圖4 安裝完工后的新泵及管路

①潛水電纜出艙處配套適應(yīng)變形和水密要求的新型電纜密封函；潛水電纜與相鄰結(jié)構(gòu)件用軟墊夾層固定保護(hù)；潛水電纜防燒焊燙傷保護(hù)[5]。②預(yù)制新泵底座基礎(chǔ)與原底座的中間夾層；新底座安裝孔與原底座現(xiàn)場配鉆。③檢查清潔原舊件，確認(rèn)可用做彈性短接；或購置新件。④備妥鍍鋅管件和網(wǎng)板，新裝檢修巡查防護(hù)走道和欄桿。⑤設(shè)計(jì)制作新泵安裝及今后檢修所用吊裝工藝孔蓋，確保水密要求。

施工、調(diào)試安全注意事項(xiàng)：確保隨時(shí)排出存水，吊運(yùn)校核、涂層防銹蝕保護(hù)；現(xiàn)場泵殼開孔燒焊出口短管，要出具焊接WPS工藝文件，焊縫做著色探傷后，打磨涂裝防銹蝕保護(hù)處理。

調(diào)試測量與記錄：三相潛水電纜相間及對船體絕緣檢測；振動(dòng)測量；運(yùn)行溫度測量；電流變化測量（如有異常，將陳明等人在《潛水軸流泵電機(jī)運(yùn)行工況的特點(diǎn)及可靠性探討》[6]提到的電機(jī)氣隙問題反饋給生產(chǎn)廠家改善）；進(jìn)出口和焊縫處查漏；為了防止空泡腐蝕[7]，水泵調(diào)試前和今后每次啟動(dòng)前泵體要全部浸沒水中，排水時(shí)艙內(nèi)水位低于泵殼以下時(shí)，應(yīng)予調(diào)節(jié)閥開度；減少流體擾動(dòng)。

3 結(jié)語

主壓載泵是浮船塢的關(guān)鍵設(shè)備，必須確保處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，在替代設(shè)備的選擇與安裝中詳細(xì)論證、精心實(shí)施、認(rèn)真核對，方能確保方案成功。在此案例中安裝了臥式潛水整體式水泵單元以后，浮船塢的調(diào)載功能保持良好，原8 號壓載水泵隨即得到了妥善的修理，至今沒有發(fā)生過調(diào)載上的險(xiǎn)情，這也為其他類似場所對該處水泵的改型施工提供了經(jīng)驗(yàn)積累。