水力式挖泥船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法
【专利摘要】本发明涉及一种水力式挖泥船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法。本发明属于疏浚工程技术领域。一种水力式挖泥船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法，其特点是：水力式挖泥船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法是采用碳弧气刨工艺，对叶轮叶片内径进行切割，使叶轮叶片球面通道增大，增强水力式挖泥船疏挖含杂质土质的适应能力。本发明采用碳弧气刨工艺对高硬度叶轮叶片进行切割，具有可操作性强、设备改造简单、切割质量好、施工成本低、施工效率高，安全性高；且可以有效清除石块杂物等优点，有效提高水力式挖泥船的生产作业能力。
【专利说明】
水力式挖泥船叶轮叶片内径切割増大球面通道的方法
技术领域
[0001] 本发明属于疏浚工程技术领域，特别是涉及一种水力式挖泥船叶轮叶片内径切割 增大球面通道的方法。
【背景技术】
[0002] 目前，随着疏浚工程的发展，水力式挖泥船面临越来越复杂的土质，如珊瑚礁、包 含大量块石等杂物的土质，此类土质在疏挖过程中极易发生大块杂物堵塞泥栗通道的现 象。水力式挖泥船泥栗叶轮叶片数量一般为4至5片，不同叶片数量的泥栗其球面通道尺寸 不同，即使相同叶片数量的泥栗球面通道尺寸也不尽相同，通道尺寸较小的泥栗更易发生 泥栗堵塞，为缓解堵栗现象，需要在吸口安装通过尺寸更小的格栅，但这种做法又往往导致 严重的堵口，且大量杂物无法从疏浚底质中去除，导致越靠近下层杂物越多，最后将影响疏 浚生产效率和施工质量。
[0003] 针对水力式挖泥船，施工区存在大量石块等杂物堵栗、堵口的问题，国内外主要有 以下几种方式：（1)通过常规防石方法施工，即根据现有的泥栗叶轮球面通道直径，安装略 小尺寸的吸口格栅，限制进入石块的进入。但小尺寸格栅严格限制了可疏挖石头等杂物的 尺寸，导致严重的堵口问题，阻碍疏浚物的吸入，施工效率、有效挖泥时间大幅降低，且堵口 后需要大量清理吸口的时间，停工时间增加，整体效率影响严重。（2)采用清石装置进行表 层石头清理，石头会收集在清石器的石笼中，可转放在泥驳中运离施工区。但该方法仅能清 除施工区表层的石头，通常石头是全断面分布在施工区，清石不彻底。（3)采用反铲船、抓斗 船等斗式船清表。但斗式船通常用做局部特殊区域施工，对于大量的施工任务，存在斗式船 数量难以满足要求，且对通航水域的其他船舶造成干扰等问题。
【发明内容】
[0004] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种水力式挖泥船叶轮叶片内 径切割增大球面通道的方法。
[0005] 本发明的目的是提供一种采用碳弧气刨工艺对高硬度叶轮叶片进行切割，具有切 割质量好，安全性高，可操作性强、设备改造简单、施工成本低、施工效率高，且可以有效清 除石块杂物，直接增强水力式挖泥船疏挖含杂质土质的适应能力等特点的水力式挖泥船叶 轮叶片内径切割增大球面通道的方法。
[0006] 本发明针对高硬度叶轮，采用碳弧气刨工艺实现了对高铬铸铁材质的高硬度泥栗 叶轮叶片内径进行安全切割，增加泥栗通过能力，通过科学理论计算确定切割量，确保对泥 栗流量、扬程、吸入能力的影响控制在较小范围内，保证在达到较为理想的泥栗球面通道增 大效果的同时，其他泥栗性能参数不会出现明显下降，且可使用磨损旧叶轮进行切割使用， 降低成本投入。与以上方法相比较，本方法不需要额外增加施工设备、可操作性强、设备改 造简单、施工成本低、施工效率高，且可以有效清除石块等杂物。
[0007] 本发明采用碳弧气刨工艺对高硬度叶轮叶片进行切割的实施过程：
[0008] (1)叶轮实测
[0009] 自叶片叶根处沿叶片方向量取不同的弧面长度，测量不同叶片弧面长度对应的球 面流道尺寸d，以及距离叶轮轴心的距离r。
[0010] 叶轮测量统计表
[0012] 需要注意的是进行球面流道尺寸d测量时，量尺放置在两叶片之间，一端置于不同 叶片弧面长度对应点，另一端置于相邻叶片，使得量尺垂直于相邻叶片，当叶片在轴向方向 上不同位置测量结果不同时，以最小值为准。
[0013] 在进行不同叶片弧面长度对应点距离叶轮轴心距离r的测量(直径方向测量)时要 注意，测量方向是不是沿叶轮长度方向，而是沿叶轮直径方向测量，测量起始点为对应点处 叶片厚度的中心位置，因此在完成测量后需要在测量结果上加上一半的叶片厚度。
[0014] 测量结果需要与泥栗图纸进行比对，相互校验。
[0015] (2)叶轮切割理论计算
[0016] 根据以下公式：
[0019]各参数含义如图2所示。
[0020] 使得泥栗流量、扬程的变化在可接受范围之内，计算r最大值，以及对应的切割长 度、球面通道尺寸，利用数值模拟计算叶轮切割后对必须汽蚀余量的影响，对切割长度进行 考量。
[0021] (3)叶轮切割可行性分析
[0022] 根据测量和计算结果，初步确定最佳切割长度，以及此时对应的泥栗球面流道尺 寸、泥栗性能变化情况，分析预测切割后对生产效率的影响，综合考虑块石等杂物进入吸 管、泥栗、排泥管等位置时对设备可能造成的损伤以及对管路输送造成的困难，对叶轮切割 的可行性进行综合分析。
[0023] (4)切割长度确定及切割线放样
[0024]切割长度指的是叶片弧面的长度，利用量尺、粉笔进行叶片切割线的放样，切割过 程仅切割叶片而保留前后叶墙，而叶片与叶墙连接处通常厚度较大、切割困难，因此在放样 标记时要注意叶片与叶墙根部留出一定的距离。
[0025] (5)叶轮切割、割断面打磨及切片称重
[0026]叶轮切割方法采用碳弧气刨，气刨前应先检查电源的极性，一般情况下刨枪接正 极、工件接负极，采用合适的刨削速度、电弧长度、碳棒倾角，保持适宜的碳棒伸出长度，调 节好电流大小、碳棒直径，检查压缩空气管路和调节压力，调正风口。开始刨削时刨削速度 适当放慢，当钢板熔化且被压缩空气吹去时，可适当加快刨削速度。刨削时，动作平稳、对好 准线，在垂直位置气刨时，应由上向下移动，以便焊渣流出。
[0027] 切割完成后，割断面通常较粗糙，可能会出现较多铁渣、毛刺和氧化皮，将会影响 栗内的流态，进而影响泥栗的效率和功率发挥，因此需要对于割断面进行打磨，用钢丝刷清 除割断面。
[0028] 另外，切割完成后的叶轮需要进行平衡测试，避免切割后叶轮重心偏移，造成运转 过程中规律性震动，易引起栗体螺栓、齿轮箱、离合器损坏。在不满足平衡测试条件时，可以 简单对切割下的切片进行称重，要求各切片的重量应该在允许误差范围10%之内，若切片 重量超出允许误差范围，应该对相应叶片进行补切，直至满足要求。
[0029] (6)吸口格栅调整
[0030] 疏浚物依次要经过吸口、泥栗，在泥栗叶轮球面通道尺寸增加后，吸口格栅尺寸也 需要相应调整。吸口格栅调整的准备工作应该提前做好，如格栅制作、卸扣焊接以及其他备 料，采用气割完成旧格栅的拆除，采用焊接完成新格栅的安装，以格栅可通过的最大尺寸杂 物可通过泥栗为原则，不同类型的格栅采用不同的格栅尺寸。
[0031] 本发明水力式挖泥船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法所采取的技术方案 是：
[0032] 一种水力式挖泥船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法，其特征是:水力式挖 泥船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法是采用碳弧气刨工艺，对叶轮叶片内径进行切 害J，使叶轮叶片球面通道增大，增强水力式挖泥船疏挖含杂质土质的适应能力。
[0033] 本发明水力式挖泥船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法还可以采用如下技 术方案：
[0034] 所述的水力式挖泥船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法，其特点是：叶轮叶 片内径进行切割时，控制叶轮叶片最大切割量保证对泥栗流量、扬程、吸入能力影响小于 5%〇
[0035] 所述的水力式挖泥船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法，其特点是：叶轮叶 片内径进行切割时，各叶片切割重量控制在10%误差内，若超出允许误差范围，对相应叶片 进行补切，直至达到要求。
[0036] 所述的水力式挖泥船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法，其特点是：叶轮叶 片内径进行切割时，利用量尺、笔进行叶片切割线的放样，切割过程仅切割叶片而保留前后 叶墙。
[0037]所述的水力式挖泥船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法，其特点是:刨枪接 正极、工件接负极，调节电流大小、碳棒直径、压缩空气压力，保持刨削速度、电弧长度、碳棒 倾角，进行平稳安全切割。
[0038] 所述的水力式挖泥船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法，其特点是：叶轮叶 片内径进行切割完成后，割断面进行打磨，用钢丝刷清除割断面。
[0039] 本发明具有的优点和积极效果是：
[0040] 水力式挖泥船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法由于采用了本发明全新的 技术方案，与现有技术相比，本发明采用切割泥栗叶轮叶片内径的方法增大泥栗球面通道 尺寸，直接增强水力式挖泥船疏挖含杂质土质的适应能力，本方法不需要额外增加施工设 备、可操作性强、设备改造简单、施工成本低、施工效率高，且可以有效清除石块等杂物。本 发明方法采用科学的计算公式，保证切割后泥栗性能变化在可接受范围之内，减少设备改 造的盲目性。本发明方法采用碳弧气刨工艺对高硬度叶轮叶片进行切割，切割质量好，并对 各切片重量误差有严格检查，有效避免切割后叶轮的重心偏移，安全性高。
【附图说明】
[0041] 图1是水力式挖泥船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法的原理示意图；
[0042] 图2是泥栗球面流道尺寸结构示意图；
[0043] 图3是泥栗叶轮切割断面结构示意图；
[0044] 图4是碳弧气创原理不意图；
[0045] 图5是泥栗叶轮叶片内径切割结构示意图；
[0046] 图6是耙吸船耙头格栅结构示意图。
[0047]图中，1-电源，2-气刨枪，3-碳棒，4-电缆气管，5-压缩空气机，6-叶轮，7-刨钳，8-压缩空气气流，9-切割部分，10-格栅。
【具体实施方式】
[0048] 为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图 详细说明如下：
[0049] 参阅附图1至图5。
[0050] 实施例1
[0051] -种水力式挖泥船高铬铸铁叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法，是采用碳弧 气刨工艺，对叶轮叶片内径进行切割，使叶轮叶片球面通道增大，增强水力式挖泥船疏挖含 杂质土质的适应能力。
[0052]叶轮叶片内径进行切割时，控制叶轮叶片最大切割量保证对泥栗流量、扬程、吸入 能力影响小于5%。叶轮叶片内径进行切割时，利用量尺、笔进行叶片切割线的放样，切割过 程仅切割叶片而保留前后叶墙。刨枪接正极、工件接负极，调节电流大小、碳棒直径、压缩空 气压力，保持刨削速度、电弧长度、碳棒倾角，进行平稳安全切割。各叶片切割重量控制在 10%误差内，若超出允许误差范围，对相应叶片进行补切，直至达到要求。叶轮叶片内径进 行切割完成后，割断面进行打磨，用钢丝刷清除割断面.
[0053]本实施例的具体结构及实施过程：
[0054]本区域疏浚土土质主要为粉质粘土，含有较多直径20至40cm的石块，装备有5叶片 泥栗的耙吸船在疏浚此土质时频繁发生石块堵栗、堵口，严重制约生产效率和时利率。 [0055]本实施例水力式挖泥船高铬铸铁叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法，采用碳 弧气刨工艺实现对高硬度的水力式挖泥船高铬铸铁叶轮叶片内径的安全切割。
[0056] 首先，对泥栗叶轮进行测量，得泥栗球面通道尺寸为30cm，如图2所示，当叶片内径 切割10cm、15cm时对应的球面通道尺寸分布为35、40cm，如图3所示。进行叶轮切割理论计 算，计算得，当泥栗流量、扬程下降幅度控制在5%之内时对应的叶片最大切削长度为16cm， 因此初步取切割长度15cm，对此建立数学模型对吸入性能进行计算，计算结果泥栗切割后 必须汽蚀余量增加4.6%，在允许范围内。对叶轮切割进行可行性分析，当泥栗球面通道尺 寸允许直径40cm的石块进入后，石块可顺利通过耙管、排泥管、装舱口、泥舱，并可顺利进行 抛泥操作，因此具有可行性，并最终确定叶片切割长度15cm，用量尺、粉笔等对泥栗叶轮进 行切割线放样。使用气刨工艺按照放样对叶片内径进行切割，如图1、4所示，切割结果如图5 所示，并对割断面进行打磨，对切下的5个切片进行称重发现，5个叶片重量的相对误差最大 为7 %，在允许范围之内。最后对耙吸船耙头格栅进行调整，格栅尺寸由原25cm X 30cm增大 到35cm X 40cm，如图6所不。
[0057]本实施采用切割泥栗叶轮叶片内径的方法增大泥栗球面通道尺寸，直接增强水力 式挖泥船疏挖含杂质土质的适应能力;采用碳弧气刨工艺对高硬度叶轮叶片进行切割，切 割质量好，并对各切片重量误差有严格检查，有效避免切割后叶轮的重心偏移，安全性高； 具有可操作性强、设备改造简单、施工成本低、施工效率高，且可以有效清除石块杂物等积 极效果。
【主权项】
1. 一种水力式挖泥船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法，其特征是：水力式挖泥 船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法是采用碳弧气刨工艺，对叶轮叶片内径进行切 害J，使叶轮叶片球面通道增大，增强水力式挖泥船疏挖含杂质土质的适应能力。2. 根据权利要求1所述的水力式挖泥船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法，其特 征是:叶轮叶片内径进行切割时，控制叶轮叶片最大切割量保证对泥栗流量、扬程、吸入能 力影响小于5%。3. 根据权利要求1所述的水力式挖泥船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法，其特 征是：叶轮叶片内径进行切割时，各叶片切割重量控制在1 〇 %误差内，若超出允许误差范 围，对相应叶片进行补切，直至达到要求。4. 根据权利要求1、2或3所述的水力式挖泥船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法， 其特征是：叶轮叶片内径进行切割时，利用量尺、笔进行叶片切割线的放样，切割过程仅切 割叶片而保留前后叶墙。5. 根据权利要求1、2或3所述的水力式挖泥船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法， 其特征是:刨枪接正极、工件接负极，调节电流大小、碳棒直径、压缩空气压力，保持刨削速 度、电弧长度、碳棒倾角，进行平稳安全切割。6. 根据权利要求1、2或3所述的水力式挖泥船叶轮叶片内径切割增大球面通道的方法， 其特征是:叶轮叶片内径进行切割完成后，割断面进行打磨，用钢丝刷清除割断面。
【文档编号】E02F5/28GK105926698SQ201610522518
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】高伟, 吴永彬, 李金峰, 杨立楠, 张存旺
【申请人】中交天津航道局有限公司, 中交天航环保工程有限公司, 中交天航滨海环保浚航工程有限公司, 中交天航港湾建设工程有限公司, 中交天津港航勘察设计研究院有限公司, 中交天航南方交通建设有限公司, 中交烟台环保疏浚有限公司