魏今朝

（中港疏浚有限公司，上海 200136）

耙吸挖泥船在疏浚過程中要求船舶能夠長周期穩(wěn)定運(yùn)行，從而高效的實(shí)現(xiàn)整個(gè)挖泥輸送過程。滑塊作為耙吸挖泥船輸送系統(tǒng)的組成部分，其與船體舷側(cè)吸口的配合狀態(tài)直接影響船舶的疏浚效率。

疏浚作業(yè)時(shí)滑塊磨損不可避免（如圖1所示），滑塊作為船體吸口與耙臂管連接的紐帶，其磨損情況直接影響挖泥船的疏浚效率：一方面，滑塊上、下運(yùn)動(dòng)過程中，滑塊與船體的摩擦形成了滑塊吸口耐磨環(huán)和船體吸口扣環(huán)的不均勻磨損，使得滑塊與舷側(cè)吸口之間形成了間隙，從而使周邊液體通過間隙進(jìn)入輸送管路中，進(jìn)而改變了船舶施工參數(shù)；另一方面，由于耐磨環(huán)與吸口扣環(huán)之間、調(diào)節(jié)斜楔與船體鋼制斜楔之間、以及耐磨塊與導(dǎo)軌之間發(fā)生磨損，滑塊有向下、向船艉運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，從而使滑塊中心與船體吸口中心形成一定的錯(cuò)位，滑塊錯(cuò)位形成的間隙對(duì)船舶疏浚性能亦有著一定的影響，且滑塊與高壓沖水泵出口管路之間的是通過滑塊上的膠腕進(jìn)行密封，當(dāng)錯(cuò)位至一定距離，將引起密封失效、高壓沖水漏水，從而直接影響高壓沖水泵的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而降低沖耙頭和破土效果。

圖1 滑塊磨損情況

固液兩相流數(shù)值模擬技術(shù)已廣泛應(yīng)用于疏浚行業(yè)，鑒于滑塊磨損后的挖泥輸送管阻及高壓沖水泵管路管組無可供借鑒的理論計(jì)算方法，本文通過數(shù)值模擬手段分析滑塊磨損后形成間隙和錯(cuò)位時(shí)施工參數(shù)的變化情況，從而得到滑塊安裝關(guān)鍵控制點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)有滑塊磨損現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)滑塊維修方案，對(duì)維修后的滑塊在耙吸船上進(jìn)行實(shí)船安裝應(yīng)用，以滿足疏浚工程的使用需求。

1 數(shù)值分析

1.1 計(jì)算模型

耙吸挖泥船挖掘輸送系統(tǒng)由耙頭、耙臂管、滑塊、吸泥管、泥泵、排泥管等部件組成，如圖2所示。

圖2 挖掘輸送系統(tǒng)示意圖

滑塊與船體舷側(cè)吸口配合狀態(tài)有間隙和錯(cuò)位2種，若對(duì)整體輸送系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算比較復(fù)雜，耗時(shí)較多，同時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)的配置如運(yùn)行內(nèi)存、CPU性能等需求較大，因此，為了提高計(jì)算效率，對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，僅對(duì)滑塊與船體之間的配合位置處進(jìn)行分析，同時(shí)在配合位置前后增加5倍管徑的延長段以提高計(jì)算的穩(wěn)定性，存在間隙和錯(cuò)位時(shí)簡(jiǎn)化的計(jì)算模型分別如圖3(a)和圖3(b)所示，高壓沖水發(fā)生漏水時(shí)的簡(jiǎn)化計(jì)算模型如圖3(c)所示。需要說明的是，模型簡(jiǎn)化后，需將挖掘輸送系統(tǒng)中的泵、管路、挖深、排高、土質(zhì)、高壓沖水泵等參數(shù)以擬合公式的方式輸入到相應(yīng)邊界條件中。

圖3 計(jì)算模型

1.2 數(shù)值結(jié)果

圖4為常用工況不同間隙下泥泵產(chǎn)量相對(duì)差、吸口真空相對(duì)差的變化情況，如間隙2mm時(shí)的產(chǎn)量相對(duì)差=1-間隙2mm的產(chǎn)量/無間隙時(shí)的產(chǎn)量，間隙2mm時(shí)的吸口真空相對(duì)差=1-間隙2mm時(shí)的吸口真空/無間隙時(shí)的吸口真空。隨著間隙增大，產(chǎn)量相對(duì)差和吸口相對(duì)差越大；間隙4mm時(shí)產(chǎn)量和吸口真空絕對(duì)值分別降低了4.5%和1.7%。

圖4 產(chǎn)量與真空相對(duì)差隨間隙變化情況

圖5為常用工況不同錯(cuò)位下泥泵產(chǎn)量相對(duì)差、真空相對(duì)差的變化情況，可以看出，隨著錯(cuò)位的增大，泥泵吸口真空相對(duì)差和產(chǎn)量相對(duì)差逐漸增大，其中錯(cuò)位30mm時(shí)，吸口真空平均增加了0.4%，產(chǎn)量平均降低了0.1%，總體而言，錯(cuò)位對(duì)吸口真空和產(chǎn)量的影響較小。

圖5 產(chǎn)量與真空相對(duì)差隨錯(cuò)位變化情況

圖6為泄漏面積增大時(shí)沖水管和耙頭進(jìn)口的壓力變化情況，從圖中可以看出，隨著泄漏面積增大，耙頭進(jìn)口的壓力和流量逐漸減小；在膠腕保持理想的膨脹密封狀態(tài)且錯(cuò)位距離10mm（等效直徑68mm）時(shí)，相對(duì)于無泄漏狀態(tài)時(shí)，耙頭進(jìn)口的壓力和流量分別降低了3.2%和1.1%；當(dāng)膠腕密封失效且錯(cuò)位距離為10mm（等效直徑144mm），耙頭進(jìn)口的壓力和流量分別降低了19.3%和11.6%；當(dāng)錯(cuò)位達(dá)到40mm且密封失效時(shí)（等效直徑200mm），耙頭進(jìn)口的壓力和流量分別降低了39.7%和20.9%。

圖6 耙頭進(jìn)口壓力隨等效直徑的變化情況

2 滑塊安裝工藝改進(jìn)

滑塊的原安裝工藝要求包括滑塊與船體吸口貼合良好、滑塊沖水孔與船體吸口密封良好即可，并未考慮在使用過程中因滑塊發(fā)生磨損后導(dǎo)致的一系列影響，因此本文在原安裝工藝要求基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)值分析計(jì)算結(jié)果，提出幾點(diǎn)新的安裝工藝要求?；瑝K與船體的安裝結(jié)構(gòu)如圖7、圖8所示。

圖7 滑塊吸口與船體舷側(cè)吸口安裝結(jié)構(gòu)

圖8 滑塊高壓沖水孔與船體舷側(cè)高壓沖水口安裝結(jié)構(gòu)

（1）滑塊吸口中心相對(duì)舷側(cè)吸口中朝船艏方向偏移10mm：由于耙頭持續(xù)受拖拽力的影響，施工挖泥時(shí)滑塊會(huì)朝船艉方向偏移直至與導(dǎo)軌接觸，偏移的距離約5mm，滑塊耐磨塊磨損后，偏移距離會(huì)逐漸增加，而當(dāng)安裝時(shí)滑塊吸口中心相對(duì)舷側(cè)吸口中朝船艏方向偏移10mm，使得施工時(shí)仍然留有5mm的偏移裕量，從而隨著磨損增加，滑塊與船體吸口中心的重合度會(huì)逐步提高。

（2）滑塊與船體吸口貼合面比例應(yīng)不小于40%：從間隙對(duì)裝艙產(chǎn)量的模擬結(jié)果來看，間隙小于2mm時(shí)的產(chǎn)量降低不到2%，但考慮海水的腐蝕作用，間隙的存在會(huì)加劇磨損，因此滑塊吸口與船體貼合越緊密越好。

（3）滑塊的高壓沖水密封膠腕上端距船體高壓沖水孔上端不小于30mm：數(shù)值模擬結(jié)果顯示錯(cuò)位對(duì)高壓沖水性能的影響巨大，一旦膠腕失效和發(fā)生錯(cuò)位，高壓沖水的沖耙頭效果將大打折扣，而考慮到隨著滑塊吸口與船體吸口磨損后，滑塊會(huì)朝著船中、船下方向移動(dòng)，其中向下偏移的量與磨損量的比值約為3（楔形塊長寬比），因此滑塊高壓沖水孔中心留有約30mm的錯(cuò)位距離，由于調(diào)節(jié)斜楔與船體鋼制斜楔磨損過度，滑塊吸口中心相對(duì)于船體中心下移10mm，高壓沖水孔仍能保證正常工作。

（4）高壓沖水密封膠腕距船體高壓沖水孔端面距離5～10mm：距離過大將超過膠腕的膨脹量，引起密封失效，距離過小時(shí)，滑塊上下滑動(dòng)過程中膠腕會(huì)直接與船體面接觸而損壞。

（5）滑塊調(diào)節(jié)斜楔與船體鋼制斜楔配合面應(yīng)均勻貼合，且接觸比不低于50%：為確保受力接觸面積，接觸面積越大，滑塊和船體力的傳遞越均勻，因此針對(duì)滑塊調(diào)節(jié)斜楔的定位，需分兩次吊裝測(cè)量，第一次吊裝滑塊，通過測(cè)量垂向不重合偏差值調(diào)整斜楔的高度，吊出滑塊并將楔形底腳點(diǎn)焊固定；第二次吊裝滑塊，在船體鋼制斜楔接觸面涂抹藍(lán)油，吊出滑塊并檢查接觸面的藍(lán)油面積，如果藍(lán)油面均勻，則滿足要求（圖9所示），如果藍(lán)油面為幾個(gè)點(diǎn)接觸，則需要打磨高點(diǎn)，以保證配合面的安裝要求。

3 滑塊維修方案及實(shí)船應(yīng)用

通過對(duì)某耙吸船滑塊磨損后的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，除了上部耐磨塊、下部耐磨塊、吸口耐磨環(huán)、膠腕、三角板、調(diào)節(jié)斜楔等滑塊易損件磨損嚴(yán)重外，滑塊本體、船體導(dǎo)軌、船體鋼制斜楔以及吸口扣環(huán)等部件的磨損和腐蝕也較為嚴(yán)重，而考慮到后續(xù)施工安排，暫時(shí)不對(duì)導(dǎo)軌和滑塊本體進(jìn)行修復(fù)，其中吸口扣環(huán)、調(diào)節(jié)斜楔、膠腕、船體鋼制斜楔等有現(xiàn)成的備件可以直接替換使用，因此僅需確定滑塊上、下部耐磨塊及吸口耐磨環(huán)等易損件的維修更換方案，但由于現(xiàn)場(chǎng)這些易損件已經(jīng)磨損較為嚴(yán)重，且沒有施工圖紙作參考，因此，需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)以及部分原設(shè)計(jì)紙質(zhì)版圖紙重新設(shè)計(jì)滑塊上、下部耐磨塊及耐磨環(huán)，更換新設(shè)計(jì)易損件后的滑塊如圖10所示。

圖10 滑塊新設(shè)計(jì)易損件情況

更換新設(shè)計(jì)易損件的滑塊實(shí)船安裝，滑塊吸口與船體吸口配合良好，滑塊高壓沖水孔另加設(shè)環(huán)形墊圈使得密封膠腕與船體高壓沖水孔端面距離保持在5～10mm，調(diào)節(jié)斜楔拂配良好，基本滿足滑塊安裝工藝要求。此外，通過下放耙臂進(jìn)行高壓沖水密封試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：用高壓沖水泵打雙耙試驗(yàn)時(shí)，吸口處高壓沖水對(duì)接面觀察基本無泄漏，密封較好，試驗(yàn)結(jié)果能夠滿足船舶疏浚工程的施工需求。

4 結(jié)語

（1）通過對(duì)滑塊磨損后的挖掘輸送系統(tǒng)數(shù)值分析可知，間隙對(duì)疏浚產(chǎn)量影響較大，錯(cuò)位本身對(duì)疏浚產(chǎn)量影響較小，但因錯(cuò)位導(dǎo)致的高壓沖水漏水間接影響了船舶的疏浚性能。

（2）滑塊拂配是耙臂系統(tǒng)安裝過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要目的是確定滑塊楔形底腳的位置，保證滑塊耐磨環(huán)與船體吸口扣環(huán)貼合。拂配的主要控制點(diǎn)為滑塊中心與吸口中心的高度偏差及船長方向偏差；測(cè)量滑塊后側(cè)三角板與船體導(dǎo)軌下部定位楔塊間隙，保證滑塊下耐磨塊不能摩擦船體船艉方向?qū)к夁吘?；上下耐磨塊磨損量超限更換；船體扣環(huán)與滑塊吸口耐磨環(huán)貼合度；高壓沖水出口船體扣環(huán)端面與高壓沖水膠腕唇口理論間隙。

（3）根據(jù)改進(jìn)的滑塊安裝工藝要求，結(jié)合滑塊的磨損現(xiàn)狀，提出了滑塊維修方案，維修安裝后的實(shí)船試驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠滿足后續(xù)工程的疏浚需求。

考慮到船體導(dǎo)軌損壞仍然嚴(yán)重，這會(huì)使得滑塊在上、下滑動(dòng)過程中發(fā)生傾斜，加速易損件和導(dǎo)軌的磨損，因此建議在以后的滑塊維修保養(yǎng)中，對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行修復(fù)或更換，以達(dá)到減緩滑塊磨損、提高疏浚效率的目的。