基于耙吸挖泥船舷侧吸口与滑块安装工艺改进研究及应用探讨

魏今朝

（中港疏浚有限公司，上海 200136）

耙吸挖泥船在疏浚过程中要求船舶能够长周期稳定运行，从而高效的实现整个挖泥输送过程。滑块作为耙吸挖泥船输送系统的组成部分，其与船体舷侧吸口的配合状态直接影响船舶的疏浚效率。

疏浚作业时滑块磨损不可避免（如图1所示），滑块作为船体吸口与耙臂管连接的纽带，其磨损情况直接影响挖泥船的疏浚效率：一方面，滑块上、下运动过程中，滑块与船体的摩擦形成了滑块吸口耐磨环和船体吸口扣环的不均匀磨损，使得滑块与舷侧吸口之间形成了间隙，从而使周边液体通过间隙进入输送管路中，进而改变了船舶施工参数；另一方面，由于耐磨环与吸口扣环之间、调节斜楔与船体钢制斜楔之间、以及耐磨块与导轨之间发生磨损，滑块有向下、向船艉运动的趋势，从而使滑块中心与船体吸口中心形成一定的错位，滑块错位形成的间隙对船舶疏浚性能亦有着一定的影响，且滑块与高压冲水泵出口管路之间的是通过滑块上的胶腕进行密封，当错位至一定距离，将引起密封失效、高压冲水漏水，从而直接影响高压冲水泵的运行状态，进而降低冲耙头和破土效果。

图1 滑块磨损情况

固液两相流数值模拟技术已广泛应用于疏浚行业，鉴于滑块磨损后的挖泥输送管阻及高压冲水泵管路管组无可供借鉴的理论计算方法，本文通过数值模拟手段分析滑块磨损后形成间隙和错位时施工参数的变化情况，从而得到滑块安装关键控制点，在此基础上，根据现有滑块磨损现状，设计滑块维修方案，对维修后的滑块在耙吸船上进行实船安装应用，以满足疏浚工程的使用需求。

1 数值分析

1.1 计算模型

耙吸挖泥船挖掘输送系统由耙头、耙臂管、滑块、吸泥管、泥泵、排泥管等部件组成，如图2所示。

图2 挖掘输送系统示意图

滑块与船体舷侧吸口配合状态有间隙和错位2种，若对整体输送系统进行计算比较复杂，耗时较多，同时对计算机的配置如运行内存、CPU性能等需求较大，因此，为了提高计算效率，对模型进行简化，仅对滑块与船体之间的配合位置处进行分析，同时在配合位置前后增加5倍管径的延长段以提高计算的稳定性，存在间隙和错位时简化的计算模型分别如图3(a)和图3(b)所示，高压冲水发生漏水时的简化计算模型如图3(c)所示。需要说明的是，模型简化后，需将挖掘输送系统中的泵、管路、挖深、排高、土质、高压冲水泵等参数以拟合公式的方式输入到相应边界条件中。

图3 计算模型

1.2 数值结果

图4为常用工况不同间隙下泥泵产量相对差、吸口真空相对差的变化情况，如间隙2mm时的产量相对差=1-间隙2mm的产量/无间隙时的产量，间隙2mm时的吸口真空相对差=1-间隙2mm时的吸口真空/无间隙时的吸口真空。随着间隙增大，产量相对差和吸口相对差越大；间隙4mm时产量和吸口真空绝对值分别降低了4.5%和1.7%。

图4 产量与真空相对差随间隙变化情况

图5为常用工况不同错位下泥泵产量相对差、真空相对差的变化情况，可以看出，随着错位的增大，泥泵吸口真空相对差和产量相对差逐渐增大，其中错位30mm时，吸口真空平均增加了0.4%，产量平均降低了0.1%，总体而言，错位对吸口真空和产量的影响较小。

图5 产量与真空相对差随错位变化情况

图6为泄漏面积增大时冲水管和耙头进口的压力变化情况，从图中可以看出，随着泄漏面积增大，耙头进口的压力和流量逐渐减小；在胶腕保持理想的膨胀密封状态且错位距离10mm（等效直径68mm）时，相对于无泄漏状态时，耙头进口的压力和流量分别降低了3.2%和1.1%；当胶腕密封失效且错位距离为10mm（等效直径144mm），耙头进口的压力和流量分别降低了19.3%和11.6%；当错位达到40mm且密封失效时（等效直径200mm），耙头进口的压力和流量分别降低了39.7%和20.9%。

图6 耙头进口压力随等效直径的变化情况

2 滑块安装工艺改进

滑块的原安装工艺要求包括滑块与船体吸口贴合良好、滑块冲水孔与船体吸口密封良好即可，并未考虑在使用过程中因滑块发生磨损后导致的一系列影响，因此本文在原安装工艺要求基础上，结合数值分析计算结果，提出几点新的安装工艺要求。滑块与船体的安装结构如图7、图8所示。

图7 滑块吸口与船体舷侧吸口安装结构

图8 滑块高压冲水孔与船体舷侧高压冲水口安装结构

（1）滑块吸口中心相对舷侧吸口中朝船艏方向偏移10mm：由于耙头持续受拖拽力的影响，施工挖泥时滑块会朝船艉方向偏移直至与导轨接触，偏移的距离约5mm，滑块耐磨块磨损后，偏移距离会逐渐增加，而当安装时滑块吸口中心相对舷侧吸口中朝船艏方向偏移10mm，使得施工时仍然留有5mm的偏移裕量，从而随着磨损增加，滑块与船体吸口中心的重合度会逐步提高。

（2）滑块与船体吸口贴合面比例应不小于40%：从间隙对装舱产量的模拟结果来看，间隙小于2mm时的产量降低不到2%，但考虑海水的腐蚀作用，间隙的存在会加剧磨损，因此滑块吸口与船体贴合越紧密越好。

（3）滑块的高压冲水密封胶腕上端距船体高压冲水孔上端不小于30mm：数值模拟结果显示错位对高压冲水性能的影响巨大，一旦胶腕失效和发生错位，高压冲水的冲耙头效果将大打折扣，而考虑到随着滑块吸口与船体吸口磨损后，滑块会朝着船中、船下方向移动，其中向下偏移的量与磨损量的比值约为3（楔形块长宽比），因此滑块高压冲水孔中心留有约30mm的错位距离，由于调节斜楔与船体钢制斜楔磨损过度，滑块吸口中心相对于船体中心下移10mm，高压冲水孔仍能保证正常工作。

（4）高压冲水密封胶腕距船体高压冲水孔端面距离5～10mm：距离过大将超过胶腕的膨胀量，引起密封失效，距离过小时，滑块上下滑动过程中胶腕会直接与船体面接触而损坏。

（5）滑块调节斜楔与船体钢制斜楔配合面应均匀贴合，且接触比不低于50%：为确保受力接触面积，接触面积越大，滑块和船体力的传递越均匀，因此针对滑块调节斜楔的定位，需分两次吊装测量，第一次吊装滑块，通过测量垂向不重合偏差值调整斜楔的高度，吊出滑块并将楔形底脚点焊固定；第二次吊装滑块，在船体钢制斜楔接触面涂抹蓝油，吊出滑块并检查接触面的蓝油面积，如果蓝油面均匀，则满足要求（图9所示），如果蓝油面为几个点接触，则需要打磨高点，以保证配合面的安装要求。

3 滑块维修方案及实船应用

通过对某耙吸船滑块磨损后的现场数据分析发现，除了上部耐磨块、下部耐磨块、吸口耐磨环、胶腕、三角板、调节斜楔等滑块易损件磨损严重外，滑块本体、船体导轨、船体钢制斜楔以及吸口扣环等部件的磨损和腐蚀也较为严重，而考虑到后续施工安排，暂时不对导轨和滑块本体进行修复，其中吸口扣环、调节斜楔、胶腕、船体钢制斜楔等有现成的备件可以直接替换使用，因此仅需确定滑块上、下部耐磨块及吸口耐磨环等易损件的维修更换方案，但由于现场这些易损件已经磨损较为严重，且没有施工图纸作参考，因此，需结合现场以及部分原设计纸质版图纸重新设计滑块上、下部耐磨块及耐磨环，更换新设计易损件后的滑块如图10所示。

图10 滑块新设计易损件情况

更换新设计易损件的滑块实船安装，滑块吸口与船体吸口配合良好，滑块高压冲水孔另加设环形垫圈使得密封胶腕与船体高压冲水孔端面距离保持在5～10mm，调节斜楔拂配良好，基本满足滑块安装工艺要求。此外，通过下放耙臂进行高压冲水密封试验，实验结果显示：用高压冲水泵打双耙试验时，吸口处高压冲水对接面观察基本无泄漏，密封较好，试验结果能够满足船舶疏浚工程的施工需求。

4 结语

（1）通过对滑块磨损后的挖掘输送系统数值分析可知，间隙对疏浚产量影响较大，错位本身对疏浚产量影响较小，但因错位导致的高压冲水漏水间接影响了船舶的疏浚性能。

（2）滑块拂配是耙臂系统安装过程中的关键环节，主要目的是确定滑块楔形底脚的位置，保证滑块耐磨环与船体吸口扣环贴合。拂配的主要控制点为滑块中心与吸口中心的高度偏差及船长方向偏差；测量滑块后侧三角板与船体导轨下部定位楔块间隙，保证滑块下耐磨块不能摩擦船体船艉方向导轨边缘；上下耐磨块磨损量超限更换；船体扣环与滑块吸口耐磨环贴合度；高压冲水出口船体扣环端面与高压冲水胶腕唇口理论间隙。

（3）根据改进的滑块安装工艺要求，结合滑块的磨损现状，提出了滑块维修方案，维修安装后的实船试验数据能够满足后续工程的疏浚需求。

考虑到船体导轨损坏仍然严重，这会使得滑块在上、下滑动过程中发生倾斜，加速易损件和导轨的磨损，因此建议在以后的滑块维修保养中，对导轨进行修复或更换，以达到减缓滑块磨损、提高疏浚效率的目的。