浮船塢主壓載泵改裝恢復調載功能實例

王家華

(啟東中遠海運海洋工程有限公司 江蘇南通 226251)

主壓載泵的運行可靠性決定著浮船塢能否正常生產，陳文祥在其碩士論文《112 m 浮船塢結構強度研究》[1]中，講述了“浮船塢的沉浮是通過水密艙室的填充和調節水量來完成”。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安裝電機、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。這種結構型式有一個嚴重缺陷，如安裝位置有集中應力、結構變形大等情況存在，將造成軸系振動大、轉子敲擊泵體，極端情況下導致泵殼裂紋破碎，導致運行癱瘓。

某修船企業15 萬t 浮船塢7 號壓載泵，從投產以來，幾年內累計泵殼裂穿多次，由于進口備件訂貨周期長、價格昂貴，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號艙壓載泵同時兼顧7號和8號兩個艙室的壓載水排出，勉強可以維持，因此一直癱瘓多年，始終未能恢復調載功能。而8 號泵如果到了不得不停機保養的階段，船塢就將面臨停產的風險，因為管路布置決定了僅有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7號泵調載功能，這是擺在設備管理部門面前的嚴峻現實。

1 主壓載泵的損壞情況

該壓載泵是德國進口的普萊格（PlEIGER）分離式直立離心泵，8 個壓載水艙內各設置1 臺主壓載泵，其中1 和2、3 和4、5 和6、7 和8 號壓載水艙各一組2 臺泵可以相互替代，但使用1臺泵供2個艙排水，無疑的，抬船時間延長了很多。癱瘓的壓載泵位于7 號壓載水艙，調試好投用的初期，即發生了該泵在運行過程中，軸封端泵殼破裂損壞。該泵結構型式屬于分離式水泵單元，動力端電機與水泵分區域安裝,通過長傳動軸進行動力傳輸,總長10 370 mm，由4 段組成，通過5 個聯軸節，將電機輸出端和水泵動力輸入端相連，進口端通徑800 mm，具體情況如圖1所示。首次損壞后，代理服務商很快換新了泵殼。遺憾的是，修理后運行不到一年，新泵殼在運行中再次發生同位置破裂。其后幾年內重復了多次修理換新，運行時間長短不等，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的風險，公司決定成立專題攻關小組，此項攻關任務最終由該文作者牽頭。

圖1 原立式離心泵的機構布置型式

2 改裝恢復功能方案

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，引起長傳動軸連接內應力集中，運行時應力通過軸傳導到泵殼上并超出泵殼強度。

（2）該處結構與轉動部分產生共振，泵殼受到額外附加的應力、向心力致轉動部件撞擊而損壞。

（3）長軸系自身的劇烈扭振產生附加應力。

（4）大尺寸厚壁鋼管和底座安裝時應力集中傳導到泵殼。

2.2 改型恢復功能的技術工藝方案

2.2.1 新泵選型

考慮要排除上述這些不利影響，是摒棄長傳動軸的水泵單元，即另選動力電機與水泵直接連接的整體式水泵單元進行替換。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，新泵結構型式既要求短軸整體式，又要滿足在現有管路可連接、直接工作于壓載水艙的實際環境，如此，僅有潛水泵結構可以滿足。當前市場上大型潛水型混流、軸流泵已發展成熟，尋找適合的型號即可。

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

潛水軸流泵的特點，常勇在《潛水軸流泵安裝與運行淺析》[2]中講到了其優勢：無需現場進行電機、水泵軸線對中的裝配工序，現場直接安裝，快捷方便；新型電機高效低耗，機泵在新型技術保障下安全可靠；揚程低、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。

2.2.2 具體型號和廠商選定

原水泵進口通徑800 mm，排水量4000 m3/h，電動機功率135 kW，在國內能生產大型潛水軸流泵的知名廠商中尋找意向廠商。經市場考察、參數比對（見表1），確定選型上泵（天津）泵業生產的型號為800QZB-70臥式潛水軸流泵，其優點有：外形尺寸小，電機和泵一體式傳動軸，外形尺寸滿足現場進出口位置安裝實際，可以直接改裝直角式進出，符合長期在水艙中使用的要求，額定使用電流在現有電纜安全載荷范圍之內。

表1 潛水軸流泵800QZB-70技術參數與原型復核對比

應用實例：已在國內多處水庫和排灌設施中進行安裝使用，技術成熟可靠。

吸取了曾建文在《對防洪排澇泵站潛水軸流泵故障特點及其原因的分析》[3]得出的經驗，為提高新泵使用可靠性，簽訂技術規格書時要求：（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、機械密封；（3）高鉻耐磨不銹鋼葉輪；（4）上述配件現場檢驗后裝配；（5）現場驗證泵效率和運行參數。

2.2.3 施工技術條件

繪制布置和安裝草圖給現場施工負責人，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，保持水艙內排空，施工區域局部清理淤泥，通風照明拉設到位，水泵位置上方搭設腳手架，準備好吊運葫蘆。

（2）艙頂開具一大一小兩個工藝孔，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、護欄（方便今后巡檢人員站位）。

（6）廠商技術服務工程師和質量檢測專業人員現場服務。

2.2.4 安裝工藝

要點：封堵出口用悶板要焊加強筋，防止水壓損壞悶板；在泵殼出口徑向圓筒上割開對接口，現場焊接出口短管；底座需加強，底腳要增設減震墊；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）根據趙福志、周愛民在《某VLCC 油船壓載泵軸線改進方案》[4]中提示的“安裝基準的基本要求和方法”，確定以原進口管中心線為基準。原進口管端法蘭硬連接，縱向橫向和高度調整余地非常有限，依此作為安裝基準較有利，而底座夾層和出口可以現場定尺寸。

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

（3）材料選擇。

圖3 改裝新泵現場安裝實景圖

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變形和水密要求的新型電纜密封函；潛水電纜與相鄰結構件用軟墊夾層固定保護；潛水電纜防燒焊燙傷保護[5]。②預制新泵底座基礎與原底座的中間夾層；新底座安裝孔與原底座現場配鉆。③檢查清潔原舊件，確認可用做彈性短接；或購置新件。④備妥鍍鋅管件和網板，新裝檢修巡查防護走道和欄桿。⑤設計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、調試安全注意事項：確保隨時排出存水，吊運校核、涂層防銹蝕保護；現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處理。

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

3 結語

主壓載泵是浮船塢的關鍵設備，必須確保處于良好的運行狀態，在替代設備的選擇與安裝中詳細論證、精心實施、認真核對，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，至今沒有發生過調載上的險情，這也為其他類似場所對該處水泵的改型施工提供了經驗積累。