电轴系统起动电机水下泵技术在挖泥船中的应用

李海民

随着挖泥船在疏浚行业中的广泛应用，如何有效提高该设备的效率及效益成为亟待解决的问题。本文结合“通海浚”号挖泥船的研制，重点介绍了电轴系统起动电机水下泵技术在挖泥船设计制造中的应用，该技术能有效实现水下泵与舱内泵同时工作，从而提高挖泥泥浆浓度、加大挖深、增加排距，使挖泥船的工作效率及综合效益显著提升。

1． 工程概况

山东省南四湖属淮河流域沂沭泗水系，流域面积3.17万km2。南四湖湖内浅槽工程按50年一遇洪水标准进行设计施工，我局承担该项目2标段的施工，主要完成浅槽四2+800～5+800段共3.0km湖内疏浚开挖、围堰修筑、围堰基底及取土区表层清淤等工程。设计湖内挖槽宽800m，平均挖深1.51m，排距 3.3～4.0km，开挖土方量 3709346m3，施工设备主要为1000m3绞吸式 （斗轮式）“通海浚”号挖泥船，设备的工作效率如何，将直接影响到该项目的经济效益、施工安全及完工进度。

2． 创新背景及创新思路

国内使用的挖泥船一般采用单台舱内泵形式，为舱内泵吸排式，不进行水下泵的设计和安装。随着疏浚行业的发展，水下泵与舱内泵串联连接技术得以推广。在“通海浚”号的研制中，我们应用电轴系统启动电机水下泵施工技术，实现水下泵和舱内泵的串联连接，经查国内外文献，尚未见此项技术应用在类似南四湖湖内浅槽工程这样复杂工程环境中的成功报道，进一步证实了该技术应用具有创新性。

具体的创新思路是，将水下泵前移安装于斗轮装置后10m位置，建立了水下泵与舱内泵串联输送结构，使两泵同时工作，水下泵负责抽送泥浆，舱内泵起排送作用，大大提高泥泵吸入泥浆的浓度及设备工作效率，实现技术创新。

3． 技术特点及系统选型

3.1 技术应用背景“通海浚”号挖泥船简介

“通海浚”号挖泥船主要由以下几部分组成:水下挖掘机具斗轮、舱内泥浆泵、水下泥泵、台车定位桩、辅助定位桩、三台甲板绞车及船体。主要技术参数有：船体总长61.28m，甲板长48.95m，船宽 12.20m，型深 3.2m，空载吃水1.545m，满载吃水1.85m。设计挖深20m，设计最大排距4000m，刀架总长26m，斗轮直径3.5m，设计最高转速27r/min，斗轮动力传动系统采用3台液压马达，总功率270kW。

3.2 电轴系统起动电机水下泵技术简介

“通海浚”号挖泥船的电轴系统由1台700kW、690V发电机，驱动1台600kW、690V电动机组成，电轴系统的设计特点为发电机和电动机之间直接连接，无需断路器及任何布线。电动机起动是通过控制发电机的励磁电流来实施，组成闭环系统，电动机的调速是调柴油机的转速来实施，发电机的频率、电压也随着变化，从而改变了电动机的转速，电动机的转速可在70%～100%(1050～1500r/min)之间变化，电动机以恒转矩输出。

水下泵的驱动方式按传动方式可分为长轴和短轴，动力装置又可分为电动机和液压马达等类型，在兼顾性能的可靠性、维修工作的难易、价格及改造难度等因素后，最终选定“电动机+短轴”的驱动方案。实践证明，这种驱动形式具有传动效率高、安装经济便捷、维修保障率高等优点。

3.3 系统选型

舱内泵选型型号为JFC112-23-55，技术参数为排量（清水）4000m3/h，扬程58m，泥泵清水轴功率为841.4kW。如输送中砂比重为 1950kg/m3、20%的泥浆浓度时，泥浆比重为1190kg/m3，则泥泵中砂轴功率为1002.5kW，输入功率1023kW（η 传=0.98）。

水下泵选型型号为JFCS112-23-55，技术参数为排量（清水）4000m3/h，扬程25m。泥泵清水轴功率为362.67 kW，泥泵中砂轴功率为432kW，输入功率622.5kW。

柴油机选型可参照以下参数，泥泵主机型号为LB6250ZLCZ-11，持续功率1103kW，额定转速825r/min。水下泵柴油机型号为6210ZLC-6，额定功率735kW，额定转速 830r/min。

水下泵驱动液压油泵选用250CY14-1B型柱塞式液压油泵五台，其中四台定量，一台变量，额定转速1500r/min，额定压力 31.5MPa，容积效率 0.9，主机转速 830r/min，通过分动箱减速至1100r/min，则油泵总流量为1863L/min。

水下泵驱动液压马达选用A2F250型定量轴向柱塞式液压马达四台，额定压力35MPa，容积效率0.9。水下泵齿轮箱速比取3.7，动力箱总排量3.7L/r，水下泵435r/min时，所需液压油流量为1788L/min，水下泵动力箱在△P=19MPa时，输出功率为458.7kW。

3.4 技术应用中应注意的问题

船体试运行期间，应对船体设备的各项参数进行全面校核，一是要对船体浮性、稳定性进行重新校核；二是在选择水下泵时，应对舱内泵和水下泵特性曲线进行比较分析，选择合适的水下泵，以提高挖泥效率；三是在增加泥浆浓度后，应对主柴油机的功率进行校核，以防止动力不够；四是在增加挖泥浓度后，应对原设计进行流体管道携沙能力校核，计算吸泥管路和排泥管路是否能达到要求。

4． 经济效益分析

经与同类挖泥船综合比较，应用了电轴系统启动电机水下泵施工技术的“通海浚”号挖泥船，能够将疏浚开挖土方单方油耗量降低36%，电机短轴传动机械效率可提高到95%以上，预期可节约成本资金680万元以上，大大提高了挖泥产量和经济效益，此技术的成功应用可为国内疏浚行业的项目施工提供有益借鉴。