大流量、高扬程、超大轴径泥泵机械密封的研制及优化

“天鲲号”的投产使用,极大地提高了疏浚工程的施工效率,但目前“天鲲号”泥泵采用的L型橡胶密封在高排压下很快磨损失效引起泄漏停机,严重影响施工进度。针对这一问题,提出采用机械密封代替L型橡胶密封的方法。通过技术参数计算,对密封部位进行仿真,对机械密封进行设计、制造,并通过2次实船测试对机械密封的性能开展验证。研究结果为解决疏浚装备泥泵密封在大流量、高扬程、超大轴径及高压下寿命短的问题提供了一种新的方案。

重型绞吸挖泥船挖掘砂岩混泥岩施工工艺优化

针对重型绞吸船挖掘砂岩混泥岩的复杂工况,以钦州港东航道扩建工程为例,开展“天鲲号”绞吸船挖掘与输送砂岩混泥岩土质的施工工艺研究。通过7G与8G 6臂绞刀的对比试验,综合比较不同绞刀型号的生产效率及刀齿损耗,对挖泥机具进行比选;通过对绞吸船施工时进尺、切厚等关键施工参数的分析优化,结合砂岩混泥岩的土质特性,确定了最佳挖掘施工工艺;通过对泥泵性能的分析计算,确定了绞吸船输送的最佳控制浓度;从挖掘、输送2方面进行施工工艺优化,总结了重型绞吸船挖掘砂岩混泥岩的施工技术。研究成果可为类似工况的绞吸船施工提供参考。

水利工程用液压清淤泵模糊自抗扰控制方法设计

水利工程使用的液压清淤泵受阶跃负载扰动的影响,造成液压缸流入、流出的动力与功率稳定性降低,导致清淤工作效率降低;为有效提升液压清淤泵工作效率、降低阶跃负载扰动带来的影响,提出一种针对水利工程用液压清淤泵的模糊自抗扰控制方法;首先,确定液压清淤泵自抗扰控制过程中相关影响因素,再基于影响因素分析结果确定液压清淤泵模糊自抗扰控制流程对影响因素进行控制,最后实现水利工程用液压清淤泵模糊自抗扰控制;仿真结果表明:该方法得到的液压清淤泵负载扰动值与实际负载扰动值相接近,可以准确估计阶跃负载扰动;控制水利工程用液压清淤泵后,液压清淤泵响应速度较快,含淤值在0.030 L/min左右,容积效率为98.73%;由此可知,该方法具有较好的控制效果,控制后的水利工程用液压清淤泵稳定性较高。

大型疏浚泥泵固液两相流场特性的数值模拟分析

基于欧拉双流体模型对绞吸挖泥船大型泥泵进行固液两相流的非定常数值模拟计算,通过对比分析颗粒粒径、颗粒浓度、颗粒密度对两相流线、固相颗粒浓度分布等流场特性的影响,为提高疏浚泥泵的优化设计提供指导。模拟结果表明,颗粒物理特性对液相流线分布的影响较小,随着颗粒粒径增大,液相对固相的带动作用减弱;随着颗粒密度的增大,液相对固相的带动作用未减弱;随着颗粒浓度增大,液相对固相的带动作用增强;随着粒径和密度增大,颗粒分布不均性加强;随着颗粒浓度的增大,颗粒浓度分布均匀性加强,靠近叶片壁面浓度明显增大。对比了两种泥泵流道的颗粒浓度分布,通过叶轮流道的优化设计,可以减少颗粒在流道表面的集聚,降低泥泵磨损。

基于神经网络PID的疏浚管道泥浆流速控制

疏浚作业中,泥浆管道内物料的组成、粒径、浓度等随水下地形土质等变化很大,易造成流速波动甚至堵管、爆管等故障,因此泥浆流速稳定控制对泥浆输送的效率和安全具有重要意义;疏浚管道输送系统具有非线性、大时滞和参数时变等特征,传统PID控制方法效果不佳,故此将BP神经网络和传统PID控制算法相结合,并将其应用于泥浆流速控制中;以河海大学管道输送实验平台为对象,采用受控自回归CAR模型描述泥泵变频器频率与管道泥浆流速之间的关系,通过实验和数值处理对模型进行离线辨识;在此基础上通过仿真对比传统PID、单神经元PID和BP-PID的流速控制性能,发现BP-PID控制器的超调量仅为3.8%,响应时间为11 s,控制性能较好;最后通过在体积浓度-10%到-30%泥浆范围内,泥浆浓度小幅度和大幅度增减实验,对流速控制方法进行了验证,结果表明在浓度平缓或剧烈波动时,采用BP-PID控制算法的流速控制系统,均能够在保证输送安全的前提下,快速、稳定地达到目标流速,具有较好的自适应控制性能。

新一代智能化中小型耙吸挖泥船研发设计

文章通过分析国内外中小型耙吸挖泥船的特点和发展趋势,借鉴最新的大型耙吸挖泥船研发成果,以新研制的4500 m3耙吸挖泥船为例,在浅吃水、操纵能力、疏浚系统、智能化等方面重点介绍了长球艏和双尾鳍线型设计、“一拖二”复合驱动、单列泥门、单耙、电驱泥泵、智能疏浚系统等适宜技术,为国内设计建造高效智能的中小型耙吸挖泥船提供参考。

水射流强化疏浚用气力泵提升性能的试验研究

为有效消除底泥对水库的淤积影响,避免底泥对水体的二次污染,创新一种螺旋气力泵新型结构,提出脉冲水射流与气力泵一体化清淤新思路,以提高清淤气力泵提升性能。研究不同喷嘴数量、分布方式对气力泵疏浚特性的影响,并将研制的样机用于工程实践。结果表明:水射流喷嘴的引入对气力泵系统扬水量J_(L)影响较小,却可极大的提高扬固量JS;喷嘴可起到解除底部压持效应之功效,使得底部流场脉动,固体表观流速得到大幅提升,使得颗粒易于启动;喷嘴需采用非均匀分布方式,但不能过分“偏心”,不然易引起动压持效应,致使气力提升性能降低;浸入率γ对气力泵疏浚性能影响较大,随着浸入率γ的增大,扬水量J_(L)和扬固量JS均有较大提升,尤其是扬固量峰值相比无喷嘴工况提高了10倍之多。实验室和工程现场试验均验证了气力泵浸入率越大,疏浚效率越高,特别适用于深水疏浚的结论,与理论一致。

耙吸挖泥船“一拖三”驱动型式泥泵传动系统分析

通过对耙吸式挖泥船“一拖三”复合驱动型式的功率分配分析,研究泥泵齿轮箱在泥泵不同转速下功率传递过程,论证该驱动型式下泥泵传动系统的设计条件,为后续“一拖三”复合驱动型式耙吸式挖泥船泥泵传动系统的设计、泥泵齿轮箱的制造提供一些设计依据。

振动监测技术在泥泵齿轮箱故障诊断中的应用

齿轮箱广泛应用于挖泥船中,针对挖泥船泥泵齿轮箱维修问题,通过应用振动监测技术,结合耙吸挖泥船泥泵齿轮箱维修案例,分析了齿轮啮合不平行与轴承弯曲2种故障的频谱图,准确诊断出泥泵齿轮箱故障,根据诊断结果制定了准确的维修计划,实现精准维修,验证了振动监测技术在泥泵齿轮箱故障诊断中的应用可行性。基于振动监测技术提出了“预知性维修”理念,弥补了“定期维修”和“事后维修”的不足,该技术的成功应用可以对齿轮箱的健康状态进行动态监测,在保证设备安全运行情况下提高了齿轮箱的使用寿命,经济效益显著。

基于克里金法的绞吸挖泥船泥泵磨损近似模型

针对绞吸挖泥船泥泵在工作中因泥浆含固体颗粒易磨损的问题,以某绞吸挖泥船泥泵为研究对象,综合考虑泥浆特性各因素对绞吸挖泥船泥泵磨损的影响,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟对绞吸挖泥船泥泵的磨损情况进行分析,得到由泥浆成分(质量分数)和泥泵磨损构成的样本集。在此基础上,采用克里金法建立绞吸挖泥船泥泵磨损分析的近似模型,并进行近似模型的误差分析。结果表明该近似模型具有一定的精度,可在不开展CFD数值模拟的条件下对泥泵磨损进行较准确的预测,为泥泵可靠性设计提供便利。

复合土质疏浚施工关键技术研究

在进行新港池开辟时,常常会遇到多种类型的土质复合在一起的情况,绞吸挖泥船在进行这类复合土质施工时往往效率较低,不能充分发挥船机设备的性能。依托莱基深水港工程,针对复合土质重新优化了绞吸船的挖掘系统和输送系统。经过在实际工程中应用,发现通过采用新型5臂绞刀挖掘系统、新型高效泥泵及复合材料输泥管线等措施能够大大提高绞吸船的施工效率和时间利用率,对节约成本和发挥船舶性能有重要意义。

矿区泥浆泵复垦土壤物理特性的时空演化规律

以徐州矿区为例，对不同时期不同层次泥浆泵复垦土壤进行了监测和分析，揭示了泥浆泵复垦土壤物理特性的时空演化规律。结果表明：与正常农田相比，泥浆泵复垦土壤质地表层偏粘性，底层偏砂性；土壤容重表层偏高，底层偏低；土壤团粒结构含量偏低。随着复垦后时间的推移，泥浆泵复垦土壤不断熟化，表现为土壤容重表层不断降低和底层不断增加，以及土壤团粒结构不断增加的演化特征，后者则以０．５－３ｍｍ团粒结构的形成速度较快。至复垦后第１３年泥浆泵复垦土壤容重和团粒结构基本接近正常农田的水平。

引水和疏浚工程支配下杭州西湖浮游动物的群落变化

研究了引水和疏浚工程支配下浅水、富营养化杭州西湖浮游动物群落的长期变化,包括浮游动物的优势种类组成、密度及生物量与水环境因子的相关分析.疏浚后的2003年调查中,西湖3个采样站的定量样品中共发现69种浮游动物,其中原生动物26种,轮虫27种,枝角类和桡足类各8种.Ⅰ站浮游动物年平均生物量从1990年的0.186mg/L上升到2003年的0.705mg/L,Ⅱ站和Ⅲ站分别从0.665mg/L和0.740mg/L上升到1.399mg/L和1.195mg/L.浮游动物数量组成中原生动物和轮虫平均占99%,并占78%的生物量.在1980～2003年期间,一些优势种类如砂壳纤毛虫（Tintinnoinea）、针簇多肢轮虫（Polyarthra trigla）和长额象鼻溞（Bosmina longirostris）等显著增加了它们的丰度和优势度;暗小异尾轮虫（Trichocerca pusilla）的优势度在引水后的1990～1995年增加了,但在疏浚后的2003年下降了;而20世纪80年代的一些优势种如毛板壳虫（Coleps hirtus）、螺形龟甲轮虫（Keratella cochelearis）和短尾秀体溞（Diaphanosoma brachyurum）等在3个采样站中失去优势种地位或消失.原生动物和轮虫生物量在营养水平较高的Ⅱ～Ⅲ站明显高于营养水平较低的Ⅰ站;长肢秀体溞（Diaphanosoma leuchtenbergianum）、长额象鼻溞、颈沟基合溞（Bosminopsis deitersi）和汤匙华哲水蚤（Sinocalanus dorrii）在营养水平较低的Ⅰ站具有较大的密度和生物量,而微型裸腹溞（Moina micrura）和粗壮温剑水蚤（Thermocyclops dybowskii）则在营养水平较高的Ⅱ～Ⅲ站具有较大的密度和生物量.西湖各类浮游动物在不同湖区形成不同的分布格局主要由引水水流和水体营养状态差异造成.1990～2003年期间,在采样站变异下,浮游动物中轮虫年平均生物量与水体年平均pH值和叶绿素a含量之间分别有极显著和显著的正相关关系,与水体透明度之间有极显著的负相关关系.引水后的1995年,与轮虫生物量最密切的生态因子是叶绿素a含量,而疏浚后水体碱性环境是影响轮虫生物量最密切的生态因子.

挖泥泵数值仿真与实测比较

通过求解包括进水管、叶轮、泵体等过流部件在内的水泵流道内的三维稳定雷诺平均Navier-Stokes方程,获得水泵内部的流场分布特征。对计算结果与实测结果进行了对比。表明计算所得流量-扬程曲线与实测值吻合良好;流量-效率曲线在小流量相差较大,在大流量吻合得较好。虽然在部分运行工况模拟计算不是很准确,但计算的各工况压力、速度分布以及整个流道的其它流动特性,对分析挖泥泵的各种流动问题很有帮助。

泥浆泵复垦土壤生产力的评价及其土壤重构

通过对泥浆泵复垦土壤理化特性的测试分析、土壤生产力的定量评价 ,揭示了泥浆泵复垦土壤生产力低下的主要原因 ,并有针对性地提出了泥浆泵复垦土壤重构的主要措施。

绞吸船施工要点及措施

绞吸船是疏浚施工的主力船型。我国绞吸船挖泥操作主要依靠经验,操作水平偏低。对疏浚土质的重视程度不够,对泥泵、管线理论及性能匹配理解较浅,限制了产量的进一步提高。文章总结了绞吸船施工普遍存在的问题,分析提出了解决方法,供疏浚工程技术人员及绞吸船操作人员参考。

矿区泥浆泵复垦土壤化学特性的时空演化规律

以徐州矿区为例，对不同时期不同层次泥浆泵复垦土壤进行了监测和分析，揭示了泥浆泵复垦土壤化学特性的时空演化规律. 结果表明，与正常农田相比,在复垦后初期有机质和养分含量表层偏低，底层偏高，不同层次土壤盐分和pH值均偏低；随着复垦后时间的推移，有机质和养分含量表层逐渐增加，底层逐渐降低，不同层次土壤盐分和pH值均逐渐降低，并表现为特性水平趋于稳定的特征. 至复垦后第13年表层土壤有机质和养分含量基本接近正常农田水平. 土壤化学特性时间变异程度最大的是土壤全氮和有机质，其次是土壤盐分，再次是土壤速效钾和速效磷，而土壤酸碱性则较小.

挖泥船泥泵耐磨过流部件的研制

总结了用于挖泥船的CW.NB450型泥泵过流耐磨部件泵壳、叶轮、前后衬板的化学成分选择、合金熔炼、铸造工艺设计及优化、机械加工、热处理工艺等技术。试制结果证明,使用高铬铸铁生产的泥泵过流耐磨部件符合设计要求,性能达到国外同类产品水平。

矿区泥浆泵复垦土壤的剖面构造与标高设计

以徐州矿区义安煤矿采煤塌陷地泥浆泵复垦为例,在分析土壤剖面构造理论的基础上,并在综合考虑地下水位高度、土壤耕层厚度、作物根系长度和水土流失状况等因素的条件下,提出了泥浆泵复垦土壤剖面层次构造和复垦地最佳标高确定的方法,同时建立了相应的数学模型。实践证明,该方法能使复垦土壤有效保持类似原耕作土壤的层次结构特点,并能达到复垦地标高的要求。

挖泥船泥泵保护装置的设计与实现

本文叙述了挖泥船泥泵保护装置的设计要求、设计原理及工作过程。采用Motorola公司的单片机M68HC71 1E9实现了泥泵保护装置 ;