浮船坞主压载泵改装恢复调载功能实例

王家华

(启东中远海运海洋工程有限公司 江苏南通 226251)

主压载泵的运行可靠性决定着浮船坞能否正常生产，陈文祥在其硕士论文《112 m 浮船坞结构强度研究》[1]中，讲述了“浮船坞的沉浮是通过水密舱室的填充和调节水量来完成”。由于布置舱室简单、泵制造安装工艺成熟，早期很多浮船坞采用了干隔舱内安装电机、通过长轴与安装在水舱底部的立式离心泵相连的主压载泵布置型式。这种结构型式有一个严重缺陷，如安装位置有集中应力、结构变形大等情况存在，将造成轴系振动大、转子敲击泵体，极端情况下导致泵壳裂纹破碎，导致运行瘫痪。

某修船企业15 万t 浮船坞7 号压载泵，从投产以来，几年内累计泵壳裂穿多次，由于进口备件订货周期长、价格昂贵，更换泵壳要开具舱室工艺孔，需要较长的修理周期，相邻的8号舱压载泵同时兼顾7号和8号两个舱室的压载水排出，勉强可以维持，因此一直瘫痪多年，始终未能恢复调载功能。而8 号泵如果到了不得不停机保养的阶段，船坞就将面临停产的风险，因为管路布置决定了仅有8 号泵可以替代排水。随着8 号泵服役年限的增大，必须尽快恢复7号泵调载功能，这是摆在设备管理部门面前的严峻现实。

1 主压载泵的损坏情况

该压载泵是德国进口的普莱格（PlEIGER）分离式直立离心泵，8 个压载水舱内各设置1 台主压载泵，其中1 和2、3 和4、5 和6、7 和8 号压载水舱各一组2 台泵可以相互替代，但使用1台泵供2个舱排水，无疑的，抬船时间延长了很多。瘫痪的压载泵位于7 号压载水舱，调试好投用的初期，即发生了该泵在运行过程中，轴封端泵壳破裂损坏。该泵结构型式属于分离式水泵单元，动力端电机与水泵分区域安装,通过长传动轴进行动力传输,总长10 370 mm，由4 段组成，通过5 个联轴节，将电机输出端和水泵动力输入端相连，进口端通径800 mm，具体情况如图1所示。首次损坏后，代理服务商很快换新了泵壳。遗憾的是，修理后运行不到一年，新泵壳在运行中再次发生同位置破裂。其后几年内重复了多次修理换新，运行时间长短不等，但均告失败。因始终未能找到水泵损坏的真正原因，重新选型布管又十分困难，符合该场合使用要求的新泵型发展未能成熟等因素，致使此泵瘫痪二十多年之久。为彻底消除此隐患可能造成船坞停产的风险，公司决定成立专题攻关小组，此项攻关任务最终由该文作者牵头。

图1 原立式离心泵的机构布置型式

2 改装恢复功能方案

2.1 改装方案需考虑避免的不利因素

鉴于多次在试用期间和运行中损坏，分析造成损坏的原因，具体叙述如下。

（1）浮船坞中拱中垂、扭曲变形，引起长传动轴连接内应力集中，运行时应力通过轴传导到泵壳上并超出泵壳强度。

（2）该处结构与转动部分产生共振，泵壳受到额外附加的应力、向心力致转动部件撞击而损坏。

（3）长轴系自身的剧烈扭振产生附加应力。

（4）大尺寸厚壁钢管和底座安装时应力集中传导到泵壳。

2.2 改型恢复功能的技术工艺方案

2.2.1 新泵选型

考虑要排除上述这些不利影响，是摒弃长传动轴的水泵单元，即另选动力电机与水泵直接连接的整体式水泵单元进行替换。此型式的泵单元安装到原位，可有效避让浮船坞变形、长轴系共振等不利因素。综合来看，新泵结构型式既要求短轴整体式，又要满足在现有管路可连接、直接工作于压载水舱的实际环境，如此，仅有潜水泵结构可以满足。当前市场上大型潜水型混流、轴流泵已发展成熟，寻找适合的型号即可。

咨询到一家华南修船企业，它的浮船坞主泵型式，采用进口瑞典飞力（FLYGT）潜水轴流泵。然而，潜水轴流泵绝大多数成型产品都是直入直排型式，进口和出口在同一中心线上，那家企业的浮船坞压载泵进出口就是这样布置的，而要改动的位置原采用的是立式离心泵，进出口布置型式是直角，受进口拦污格栅和大型液压蝶阀的限制，现场要对排出口和进口管路其中一个进行改装都无法达到。在狭小的水舱空间内，既定的进出口管路尺寸又非常粗大（进口管通径800，出口管通径1 000，管壁厚度16），新泵与进出口对接90°布置安装又有了不小的挑战。综合各种考虑，经过和国内潜在生产厂商对既有潜水轴流泵型号性能的技术咨询，价格仅有进口的1/5，可进行现场安装条件的改装，综合参数大致可满足使用要求。

潜水轴流泵的特点，常勇在《潜水轴流泵安装与运行浅析》[2]中讲到了其优势：无需现场进行电机、水泵轴线对中的装配工序，现场直接安装，快捷方便；新型电机高效低耗，机泵在新型技术保障下安全可靠；扬程低、流量大、效率高，占地面积小等，恰好是船坞水舱里安装的最佳之选，于是在泵型选择上基本得到确认。

2.2.2 具体型号和厂商选定

原水泵进口通径800 mm，排水量4000 m³/h，电动机功率135 kW，在国内能生产大型潜水轴流泵的知名厂商中寻找意向厂商。经市场考察、参数比对（见表1），确定选型上泵（天津）泵业生产的型号为800QZB-70卧式潜水轴流泵，其优点有：外形尺寸小，电机和泵一体式传动轴，外形尺寸满足现场进出口位置安装实际，可以直接改装直角式进出，符合长期在水舱中使用的要求，额定使用电流在现有电缆安全载荷范围之内。

表1 潜水轴流泵800QZB-70技术参数与原型复核对比

应用实例：已在国内多处水库和排灌设施中进行安装使用，技术成熟可靠。

吸取了曾建文在《对防洪排涝泵站潜水轴流泵故障特点及其原因的分析》[3]得出的经验，为提高新泵使用可靠性，签订技术规格书时要求：（1）国际知名品牌的轴承、电气配件；（2）定制高耐磨防震的轴套、推力瓦、机械密封；（3）高铬耐磨不锈钢叶轮；（4）上述配件现场检验后装配；（5）现场验证泵效率和运行参数。

2.2.3 施工技术条件

绘制布置和安装草图给现场施工负责人，具体见图2。

图2 绘制布置和安装草图

（1）在较长的抬船坞期内，保持水舱内排空，施工区域局部清理淤泥，通风照明拉设到位，水泵位置上方搭设脚手架，准备好吊运葫芦。

（2）舱顶开具一大一小两个工艺孔，大的方形，尺寸3 250×1 250，用于吊出老泵壳及底座、吊进新泵单元；小的是潜水电缆直径1.5 倍的圆孔，用于穿越潜水电缆、安装密封函。

（3）准备好弹性管接、4 只地脚缓冲垫；测量好新泵底座尺寸和和安装净空高度，定制垫高夹层底座。

（4）现场割接开孔和焊接管接头及法兰的气割、电焊工具。

（5）潜水电缆密封函、密封床垫、橡胶垫、防腐处理的螺栓螺母和辅助支撑踏脚、护栏（方便今后巡检人员站位）。

（6）厂商技术服务工程师和质量检测专业人员现场服务。

2.2.4 安装工艺

要点：封堵出口用闷板要焊加强筋，防止水压损坏闷板；在泵壳出口径向圆筒上割开对接口，现场焊接出口短管；底座需加强，底脚要增设减震垫；在出口阀与新烧焊短管之间加垫橡胶缓冲管接。

注意要素具体如下。

（1）根据赵福志、周爱民在《某VLCC 油船压载泵轴线改进方案》[4]中提示的“安装基准的基本要求和方法”，确定以原进口管中心线为基准。原进口管端法兰硬连接，纵向横向和高度调整余地非常有限，依此作为安装基准较有利，而底座夹层和出口可以现场定尺寸。

（2）预制进口短接管，保证短接管能与原管端及新水泵进口端可靠刚性连接，出口端法兰短管在现场焊，一次成型，另加橡胶弹性短接，以确保出口端柔性连接。进口管和底座以自然对装为主调节为辅。

（3）材料选择。

图3 改装新泵现场安装实景图

图4 安装完工后的新泵及管路

①潜水电缆出舱处配套适应变形和水密要求的新型电缆密封函；潜水电缆与相邻结构件用软垫夹层固定保护；潜水电缆防烧焊烫伤保护[5]。②预制新泵底座基础与原底座的中间夹层；新底座安装孔与原底座现场配钻。③检查清洁原旧件，确认可用做弹性短接；或购置新件。④备妥镀锌管件和网板，新装检修巡查防护走道和栏杆。⑤设计制作新泵安装及今后检修所用吊装工艺孔盖，确保水密要求。

施工、调试安全注意事项：确保随时排出存水，吊运校核、涂层防锈蚀保护；现场泵壳开孔烧焊出口短管，要出具焊接WPS工艺文件，焊缝做着色探伤后，打磨涂装防锈蚀保护处理。

调试测量与记录：三相潜水电缆相间及对船体绝缘检测；振动测量；运行温度测量；电流变化测量（如有异常，将陈明等人在《潜水轴流泵电机运行工况的特点及可靠性探讨》[6]提到的电机气隙问题反馈给生产厂家改善）；进出口和焊缝处查漏；为了防止空泡腐蚀[7]，水泵调试前和今后每次启动前泵体要全部浸没水中，排水时舱内水位低于泵壳以下时，应予调节阀开度；减少流体扰动。

3 结语

主压载泵是浮船坞的关键设备，必须确保处于良好的运行状态，在替代设备的选择与安装中详细论证、精心实施、认真核对，方能确保方案成功。在此案例中安装了卧式潜水整体式水泵单元以后，浮船坞的调载功能保持良好，原8 号压载水泵随即得到了妥善的修理，至今没有发生过调载上的险情，这也为其他类似场所对该处水泵的改型施工提供了经验积累。