一、整改原因
2002年11月24日,河南黄河河务局挖泥船验收小组的技术人员对接收的武汉长江设计院设计,川东、益阳两家造船厂制造的120立方米每小时绞吸式挖泥船进行挖泥试验时,发现以下问题:(1)绞刀架下落>5米时,绞刀架与船体结合处的吸泥胶管被严重撕裂,产生漏气,绞刀架根本达不到设计挖深6米的技术要求。(2)挖泥船装配主机为D/TBD234型发动机,按照设计,它的冷却水温应≤85℃,冷却器的进、出水口水温差应在10~30℃范围内。而试验中主机工作水温出现持续超过85℃现象,出水口温差<3℃。这样便造成发动机输出功率降低,机械磨损加大。对此联合验收小组决定委派有丰富实践经验的河南金龙水利水电工程局对该挖泥船发动机的吸泥系统和冷却系统进行技术改造。
二、研发经过
我局接到技改项目后,当即成立了由刘洪修局长挂帅的专项技改小组,对该船的吸泥系统和冷却系统的构造进行了全面分析、查证。在掌握可靠技术数据的情况下,对吸泥胶管被撕裂和主机工作水温持续超过85℃的原因进行了分析后认为:1.吸泥胶管在主船体上设计安装位置高,绞刀架回旋轴在主船体上设计安装位置低,两者高低相差30厘米,造成了绞刀架下落时对吸泥胶管产生过大拉力,致使胶管被严重撕裂。2.结合120立方米每小时绞吸式挖泥船发动机额定功率为444千瓦、冷却水泵流量为25立方米每小时、扬程32米等技术指标和发动机设计水温要求,经科学计算和反复试验,得出主机散热面积应为12.7平方米,而现有的发动机散热面积为7.2平方米,不能满足设计要求,舷壁冷却器散热面积小是造成工作水温持续超过85℃的重要原因。从而造成冷却效果差,致使冷却器进、出水口温差<3℃,发动机正常工作状态下达不到D/TBD234型发动机设计的散热效果。
针对以上问题提出了两方面的整改方案:
1.在原设计的基础上,在吸泥胶管的两端设20°的予弯管,这样使绞刀架下落3米时吸泥胶管成自然平直状态,绞刀架再下落3米,吸泥胶管伸长量仍不大,就不会再出现撕裂现象。
2.根据发动机散热特性和挖泥船船首流速较大的特点,确定在原船舷壁冷却器的基础上,在船首部位新增安装直径为65毫米、总长度为27米,弯曲后为10道、长为2.3米、面积为5.5平方米的盘旋式水冷散热器片,利用河水进行自然冷却。并在冷却器进水管路中安装冬、夏季水温调节阀门,以科学控制由于大气温差改变而形成的不良散热效果,从而使发动机正常工作时不再出现高温现象。
以上两个方面的整改方案,百船办组织召开了专题会议,参加会议的设计院、百船办、川东造船厂的专家一致认为切实可行,并决定正式通知造船厂按河南金龙水利水电工程局提出的方案整改。
三、成果主要内容(创新点)
1.吸泥系统的改造,使挖泥船的整体效益提高3倍以上。
改造前,挖泥船每工作1小时,因更换被撕裂的吸泥胶管将造成停机4小时。改造后,挖泥船可持续工作。在吸泥胶管的两端加设20°的预弯管,绞刀架在升降0~3米时,吸泥胶管收缩量在设计允许的范围;绞刀架在3~6米下落范围内工作时,吸泥胶管成上弧状,这时胶管在设计允许伸长范围内有少量的伸长,使吸泥胶管在绞刀挖深6米时的撕裂现象得到了彻底解决。
2.船首位置新增盘旋式水冷散热器片,利用河水自然冷却,达到理想的散热效果。
未改前,原设计冷却器发动机散热效果不明显,冷却器进出口温差<3℃。根据发动机散热器特性和挖泥船船首水流流速较大、有利于散热的特点,在船首位置新增一个散热装置,采用盘旋式水冷散热器片,散热器面积为5.5平方米,冷却管直径为65毫米,总长度为27米,弯曲后为10道,长度为2.3米,使发动机冷却器的进出口温差达到设计10~30℃的范围内,达到了理想的散热效果,保持了挖泥船正常生产。
3.安装冬、夏季水温调节阀门,使发动机在冬、夏季均能保持正常水温。
改造前,发动机冷却系统的水温无法随季节变化而控制。改造后,在冷却系管路中安装冬、夏季水温调节阀门,使发动机的水温控制在任何季节均可在设计允许的范围内。科学控制了大气温差改变而形成的不良散热效果,从而使发动机正常工作时不再出现高温现象,提高了发动机的工作效率。
四、实践中的应用
河南金龙水利水电工程局挖泥船吸泥系统和冷却系统的技术改造方案被专家和生产厂家认可后,在挖泥船制造中被广泛采用。目前,全国使用的经过吸泥系统和冷却系统技术改造的挖泥船共有50余条,仅在黄河上使用的就有25条。在黄河系统,改造后的挖泥船在河南、山东堤防加固、滩区建设、“二级悬河”治理和黄河“人工扰沙”试验等工程中均得到了广泛应用。
随着黄河百船计划的实施,吸泥系统和冷却系统的改造技术必将在今后的挖泥船制造中被广泛采用,具有广阔的前景。
五、成果效益
经过严格的试验和生产运行,整改后挖泥船生产效率大大提高,经济效益、社会效益十分显著。
1.生产效率提高了3.8倍。
改造前,挖泥船每生产1个小时,就需更换一根胶管,更换一根胶管需4小时左右,24小时内,挖泥船只能生产5个小时左右。改造后,挖泥船可连续24小时作业,24小时内可增加生产时间19个小时,生产效率提高了3.8倍。
2.大幅度地减少了单船运行成本。
由于挖泥船在达到挖深6米时生产效率最大,挖泥船生产中每前进1米,就有一次挖深6米的过程,此过程挖泥量为120立方米。整改前,每挖泥120立方米就要更换一根吸泥胶管,每根胶管价值3000余元,按每条挖泥船每年正常工作6个月,挖泥量30万立方米计算,至少需更换吸泥胶管300根,造成损失90万元。整改后,仅此一项,每年单船降低生产成本90万元。
3.挖泥船技术改造的远期效益可观。
由于船舷壁冷却器冷却面积小,挖泥船连续工作时,发动机将会造成高温,从而引起功率下降,油耗增加,机械磨损增大,造成的损失不可估量。
挖泥船经过吸泥胶管和冷却器的技术改造后,大大提高了生产效率,能更好地服务于河道疏浚等治黄工程建设,加快治黄工作的进程。另外,船只的生产厂方已确定按改造后的结构进行新船的设计制造,这也必将产生巨大的社会效益。
六、主要完成单位和完成人
主要完成单位:河南金龙水利水电工程局
主要完成人员:刘洪修、高永传、刘 伟、杜英会、杨建国、李跃胜、张 社、
田 力、李宝军、焦海涛、顿慧民
委初审专家组初审意见
该项创新成果在吸泥胶管的两端加设预弯管,解决了多年的难题;新增盘旋式水冷散热器片,利用河水自然冷却,达到散热效果;安装冬、夏季水温调节阀门,发动机在冬、夏季均能保持正常水温;使挖泥船的功效提高至最大,改造后船只的生产效率提高3倍以上,单船节约生产成本105万元。目前,全国经吸泥胶管和冷却器的改造的船只50余条。吸泥胶管和冷却器的改造技术在黄河治理开发工作中有广泛的应用前景。
经委初审专家组初审,评为二等奖。