基于耙吸挖泥船舷側吸口與滑塊安裝工藝改進研究及應用探討

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定運行，從而高效的實現整個挖泥輸送過程。滑塊作為耙吸挖泥船輸送系統的組成部分，其與船體舷側吸口的配合狀態直接影響船舶的疏浚效率。

疏浚作業時滑塊磨損不可避免（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、下運動過程中，滑塊與船體的摩擦形成了滑塊吸口耐磨環和船體吸口扣環的不均勻磨損，使得滑塊與舷側吸口之間形成了間隙，從而使周邊液體通過間隙進入輸送管路中，進而改變了船舶施工參數；另一方面，由于耐磨環與吸口扣環之間、調節斜楔與船體鋼制斜楔之間、以及耐磨塊與導軌之間發生磨損，滑塊有向下、向船艉運動的趨勢，從而使滑塊中心與船體吸口中心形成一定的錯位，滑塊錯位形成的間隙對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行密封，當錯位至一定距離，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行狀態，進而降低沖耙頭和破土效果。

圖1 滑塊磨損情況

固液兩相流數值模擬技術已廣泛應用于疏浚行業，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算方法，本文通過數值模擬手段分析滑塊磨損后形成間隙和錯位時施工參數的變化情況，從而得到滑塊安裝關鍵控制點，在此基礎上，根據現有滑塊磨損現狀，設計滑塊維修方案，對維修后的滑塊在耙吸船上進行實船安裝應用，以滿足疏浚工程的使用需求。

1 數值分析

1.1 計算模型

耙吸挖泥船挖掘輸送系統由耙頭、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 挖掘輸送系統示意圖

滑塊與船體舷側吸口配合狀態有間隙和錯位2種，若對整體輸送系統進行計算比較復雜，耗時較多，同時對計算機的配置如運行內存、CPU性能等需求較大，因此，為了提高計算效率，對模型進行簡化，僅對滑塊與船體之間的配合位置處進行分析，同時在配合位置前后增加5倍管徑的延長段以提高計算的穩定性，存在間隙和錯位時簡化的計算模型分別如圖3(a)和圖3(b)所示，高壓沖水發生漏水時的簡化計算模型如圖3(c)所示。需要說明的是，模型簡化后，需將挖掘輸送系統中的泵、管路、挖深、排高、土質、高壓沖水泵等參數以擬合公式的方式輸入到相應邊界條件中。

圖3 計算模型

1.2 數值結果

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

圖4 產量與真空相對差隨間隙變化情況

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

圖5 產量與真空相對差隨錯位變化情況

圖6為泄漏面積增大時沖水管和耙頭進口的壓力變化情況，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且錯位距離10mm（等效直徑68mm）時，相對于無泄漏狀態時，耙頭進口的壓力和流量分別降低了3.2%和1.1%；當膠腕密封失效且錯位距離為10mm（等效直徑144mm），耙頭進口的壓力和流量分別降低了19.3%和11.6%；當錯位達到40mm且密封失效時（等效直徑200mm），耙頭進口的壓力和流量分別降低了39.7%和20.9%。

圖6 耙頭進口壓力隨等效直徑的變化情況

2 滑塊安裝工藝改進

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生磨損后導致的一系列影響，因此本文在原安裝工藝要求基礎上，結合數值分析計算結果，提出幾點新的安裝工藝要求。滑塊與船體的安裝結構如圖7、圖8所示。

圖7 滑塊吸口與船體舷側吸口安裝結構

圖8 滑塊高壓沖水孔與船體舷側高壓沖水口安裝結構

（1）滑塊吸口中心相對舷側吸口中朝船艏方向偏移10mm：由于耙頭持續受拖拽力的影響，施工挖泥時滑塊會朝船艉方向偏移直至與導軌接觸，偏移的距離約5mm，滑塊耐磨塊磨損后，偏移距離會逐漸增加，而當安裝時滑塊吸口中心相對舷側吸口中朝船艏方向偏移10mm，使得施工時仍然留有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逐步提高。

（2）滑塊與船體吸口貼合面比例應不小于40%：從間隙對裝艙產量的模擬結果來看，間隙小于2mm時的產量降低不到2%，但考慮海水的腐蝕作用，間隙的存在會加劇磨損，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：數值模擬結果顯示錯位對高壓沖水性能的影響巨大，一旦膠腕失效和發生錯位，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，滑塊會朝著船中、船下方向移動，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的錯位距離，由于調節斜楔與船體鋼制斜楔磨損過度，滑塊吸口中心相對于船體中心下移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，滑塊上下滑動過程中膠腕會直接與船體面接觸而損壞。

（5）滑塊調節斜楔與船體鋼制斜楔配合面應均勻貼合，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，因此針對滑塊調節斜楔的定位，需分兩次吊裝測量，第一次吊裝滑塊，通過測量垂向不重合偏差值調整斜楔的高度，吊出滑塊并將楔形底腳點焊固定；第二次吊裝滑塊，在船體鋼制斜楔接觸面涂抹藍油，吊出滑塊并檢查接觸面的藍油面積，如果藍油面均勻，則滿足要求（圖9所示），如果藍油面為幾個點接觸，則需要打磨高點，以保證配合面的安裝要求。

3 滑塊維修方案及實船應用

通過對某耙吸船滑塊磨損后的現場數據分析發現，除了上部耐磨塊、下部耐磨塊、吸口耐磨環、膠腕、三角板、調節斜楔等滑塊易損件磨損嚴重外，滑塊本體、船體導軌、船體鋼制斜楔以及吸口扣環等部件的磨損和腐蝕也較為嚴重，而考慮到后續施工安排，暫時不對導軌和滑塊本體進行修復，其中吸口扣環、調節斜楔、膠腕、船體鋼制斜楔等有現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等易損件的維修更換方案，但由于現場這些易損件已經磨損較為嚴重，且沒有施工圖紙作參考，因此，需結合現場以及部分原設計紙質版圖紙重新設計滑塊上、下部耐磨塊及耐磨環，更換新設計易損件后的滑塊如圖10所示。

圖10 滑塊新設計易損件情況

更換新設計易損件的滑塊實船安裝，滑塊吸口與船體吸口配合良好，滑塊高壓沖水孔另加設環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，調節斜楔拂配良好，基本滿足滑塊安裝工藝要求。此外，通過下放耙臂進行高壓沖水密封試驗，實驗結果顯示：用高壓沖水泵打雙耙試驗時，吸口處高壓沖水對接面觀察基本無泄漏，密封較好，試驗結果能夠滿足船舶疏浚工程的施工需求。

4 結語

（1）通過對滑塊磨損后的挖掘輸送系統數值分析可知，間隙對疏浚產量影響較大，錯位本身對疏浚產量影響較小，但因錯位導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安裝過程中的關鍵環節，主要目的是確定滑塊楔形底腳的位置，保證滑塊耐磨環與船體吸口扣環貼合。拂配的主要控制點為滑塊中心與吸口中心的高度偏差及船長方向偏差；測量滑塊后側三角板與船體導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導軌邊緣；上下耐磨塊磨損量超限更換；船體扣環與滑塊吸口耐磨環貼合度；高壓沖水出口船體扣環端面與高壓沖水膠腕唇口理論間隙。

（3）根據改進的滑塊安裝工藝要求，結合滑塊的磨損現狀，提出了滑塊維修方案，維修安裝后的實船試驗數據能夠滿足后續工程的疏浚需求。

考慮到船體導軌損壞仍然嚴重，這會使得滑塊在上、下滑動過程中發生傾斜，加速易損件和導軌的磨損，因此建議在以后的滑塊維修保養中，對導軌進行修復或更換，以達到減緩滑塊磨損、提高疏浚效率的目的。