吸耙式挖泥船

第章耙式泥圖2-1耙吸式挖泥船示意圖2.1耙吸式挖泥船概述一、特征耙吸式挖泥船是自航式的深海或內(nèi)陸船，如圖示。耙吸式挖泥船通常配備有泥艙和挖泥設(shè)備，可以自行裝艙和卸載。按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，耙吸式挖泥船裝備有：

帶有吸嘴的耙吸管，即耙頭，挖泥時(shí)用于耙吸海床；泥泵，用于耙吸被耙頭耙松了的土壤；泥艙，可堆存耙吸的泥水混合物；溢流系統(tǒng)，用于排出泥艙裝艙過程中多余積水；位于泥艙內(nèi)的底門，用于卸載泥水混合物；位于甲板上的支架，用于起吊耙吸管；波浪補(bǔ)償器，用來補(bǔ)償耙頭與海床接觸時(shí)耙頭與船體垂直方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。二、應(yīng)用域耙吸式挖泥船的應(yīng)用廣泛，在疏浚業(yè)被美名為“孺子?！薄０椅酵谀啻ぷ鬟^程中不需要拋錨定位，因而不會(huì)給其它船舶的航行造成障礙。早期耙吸式挖泥船主要用于加深和維護(hù)航道。如今的耙吸式挖泥船還可用于圍海造田。例如，一項(xiàng)在遠(yuǎn)東的疏浚工程就是先使用耙吸式挖泥船將受污染的土壤挖掘去除，然后完全填埋，并平鋪一層砂礫。與其它疏浚設(shè)備相比，在實(shí)際施工中，若填埋沙坑的不良土壤區(qū)域太大而不能直接排放及提供管道線路排泥時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮使用耙吸式挖泥船。耙吸式挖泥船的主要優(yōu)點(diǎn)：

船體不在固定位置上工作，故沒有拋錨用繩纜，而可以自由移動(dòng)，這對(duì)于海港區(qū)域的疏浚是非常重要的；

耙吸式挖泥船非常適合遠(yuǎn)海疏浚作業(yè)。

可被耙吸的物質(zhì)主要是淤泥和沙子，黏土有時(shí)也可被耙吸上來，但易造成耙頭和柵欄（置于耙頭內(nèi)后部）的堵塞。用耙吸式挖泥船來挖掘巖石在大部分情況下是不經(jīng)濟(jì)的，耙頭要求非常沉重，而且產(chǎn)量一般很低。三、歷史1895年法國(guó)為維護(hù)港而制造出耙吸式挖泥船這挖泥船裝有兩套耙吸管系統(tǒng)由孔的管狀物與船體底部相連。挖掘的物料如淤泥可通過船體底部的洞被離心式蒸汽泵經(jīng)管道吸入至船艙。圖2-21859法國(guó)的耙吸式挖泥船帶有泥艙和耙吸管系統(tǒng)的自航式挖泥船--耙吸式挖泥船起源于stabsuctionhopper是荷蘭疏浚工業(yè)重要發(fā)明之一。其挖掘方法同靜止的耙吸式挖泥船，并依靠錨及纜繩維持工作時(shí)的靜止。最初，在挖掘Waterweg河時(shí)，利用泥艙里的管道輸送，耙吸管放在船體一側(cè)。實(shí)踐證明此類挖泥船不適于在有波浪的施工環(huán)境下工作。從錨纜定位的挖泥船到自航式挖泥船前進(jìn)了很大的一步。起初，耙吸式挖泥船的耙吸管置于船體后部的泥艙內(nèi)，但不久則被移至船體兩側(cè)。耙吸式挖泥船最早主要在美國(guó)使用50年代又重回荷蘭，并得到更大發(fā)展。

圖2-3藝術(shù)家眼中的耙吸式挖泥船四、工作式圖耙吸管系統(tǒng)

圖波浪補(bǔ)償器耙吸式挖泥船將到達(dá)疏浚區(qū)域時(shí)航速降至約3節(jié)(±m(xù)/s)，耙吸管系統(tǒng)向外擺出甲板。耙吸管首先放低并接近水平，直到炮耳滑到泥泵吸口位置上。然后，中間支架和耙頭支架降低，使耙吸管管道象直線一樣繞著炮耳旋轉(zhuǎn)。當(dāng)耙頭到達(dá)距海底幾米處時(shí)，泥泵開始工作，同時(shí)，耙頭下降至海底（可通過波浪補(bǔ)償器的上升看出），然后耙吸工作開始。疏浚方位及疏浚土方量現(xiàn)在都可在電子地圖（計(jì)算機(jī)屏幕）上顯示，還可顯示出挖泥船的具體位置、航行方向和工作進(jìn)程。耙吸式挖泥船在工作時(shí)，航行速度為（1）。海底的泥沙挖掘并排放至泥艙里，對(duì)于不沉淀或難沉淀的土壤，當(dāng)泥艙里泥水混合物的表面達(dá)到溢流閥邊界時(shí)，耙吸工作即停止。泥艙的填充量指允許填充最大值（填充率），通常泥泵會(huì)持續(xù)工作5分以通過溢流閥排出多余的水要沉淀泥沙挖掘工作就應(yīng)繼續(xù)，大部分沉淀的泥沙和殘余物通過溢流閥和廢水一同被卸載。如果耙吸式挖泥船安裝的是固定高度溢流閥，那么泥艙裝艙直至達(dá)到挖泥標(biāo)刻（固定的允許吃水）后，耙吸就會(huì)停止，這種情況叫做容積固定式溢流系統(tǒng)（CVS），圖、所示；如果泥艙內(nèi)安裝的是可調(diào)

整高度的溢流系統(tǒng)，允許泥艙滿載且船體在標(biāo)刻線上。這時(shí)實(shí)際裝艙量超過泥艙允許裝艙線，而當(dāng)前泥艙中裝艙量的總重量不變。這種系統(tǒng)稱為定噸位式溢流系統(tǒng)（），如圖所示。圖2-6容積固定式泥艙圖2-7容積固定式溢流系統(tǒng)圖2-8定噸位式溢流系統(tǒng)當(dāng)以下情況發(fā)生時(shí)，耙吸工作將會(huì)停止：

泥艙滿載，溢流閥停止工作；吃水達(dá)到最大允許值，溢流不能再作進(jìn)一步有用調(diào)整；達(dá)到了經(jīng)濟(jì)填充率。耙吸結(jié)束后泥泵需繼續(xù)工作，以減少在提升耙吸管過程中耙吸管中殘留的泥沙和碎石給絞盤帶來額外負(fù)荷。耙吸管被拉起后泥泵停止工作。當(dāng)耙頭露出水面時(shí)，提高船體航行速度并快速航行到指定卸泥區(qū)域。卸泥區(qū)域：

位于海底，形狀簡(jiǎn)單，用于存儲(chǔ)挖掘的土壤。若存儲(chǔ)能力足夠大，就不需考慮其堆放方式?？蛻敉ǔH要求獲得一份排泥計(jì)劃以高效堆放。使用底門或閥的排泥方式要求船體有足夠的吃水；

儲(chǔ)存受污染的淤泥時(shí)如（鹿特丹港口需用對(duì)岸排泥系統(tǒng)排放泥水混合物；

是需要被填埋的區(qū)域；是需要被遮蓋的油管和氣管；要有專門堆放被污染土壤的區(qū)域。圖2-9由泥桿控制的底門若卸泥區(qū)域是泥坑，可通過打開泥艙底門、閥或閂銷卸泥。當(dāng)幾乎靜止的挖泥船在某一特殊位置卸泥時(shí)，通常情況下采用的是這些卸泥方式。卸泥時(shí)，使用泥泵輸送并向泥艙內(nèi)噴水，利用水的侵蝕作用加速卸泥過程。若耙吸式挖泥船安裝有水泵并與泥艙內(nèi)水激器相連，常使用這種方法。水激器能液化泥艙內(nèi)裝艙的混合物，從而能提高卸泥能力。水激器可用于液化或侵蝕裝艙物有利于岸拋。對(duì)岸連接。目前，甲板與岸上管道的連接設(shè)備主要置于船艏。船體與岸之間連接用的管道由橡膠制成。船體通過操作船艉螺旋槳和船艏推進(jìn)器使船體保持原位不動(dòng)。通過與岸上管道的“固定”連接，停泊平底駁船。當(dāng)卸泥或拋泥完成后，挖泥船將返回挖泥點(diǎn)開始新一輪的工作。一般情況下，船是空載并沒有壓艙物狀態(tài)下返回挖泥區(qū)。此時(shí)，泥艙里僅有剩余的水和遺留在泥艙中的泥水混合物。圖岸拋接岸閥

圖2-11楊德努公司使用浮管對(duì)岸連接的耙吸式挖泥船2.2計(jì)一、生產(chǎn)在訂購(gòu)一臺(tái)新的耙吸式挖泥船前一般應(yīng)做前期的市場(chǎng)調(diào)研，即必須明確新耙吸式挖泥船的生產(chǎn)量。生產(chǎn)量通常以立方米周或立方米/來表示。若已知耙吸式挖泥船預(yù)期的平均施工周期和疏浚的土壤類型，其生產(chǎn)量可用以下的指標(biāo)來表示：

有效固定負(fù)載能力，即有效載荷，用MN表示；最大泥艙容積，用示。如果挖泥船的用途單一（如港口維護(hù)），所需生產(chǎn)量通常是已知的，就可求出所需挖泥船的數(shù)量。對(duì)于國(guó)際疏浚承包商來說，平均施工周期和所需生產(chǎn)量是未知的，此情況則不同前例且更復(fù)雜。事實(shí)上這些承包商只有一個(gè)要求：疏浚成本比其它競(jìng)爭(zhēng)者要更低。這是耙吸式挖泥船越大越便宜越好的發(fā)展趨勢(shì)的原因。圖2-12有效載荷-船體吃水關(guān)系曲線建造大型挖泥船唯一的不利因素是船體吃水問題。當(dāng)吃水深度增加時(shí)，船的可用性就會(huì)減小。承包商可根據(jù)所需挖泥深度確定的預(yù)期工作量來決定在某一吃水值時(shí)船的有效生產(chǎn)量。但現(xiàn)在的市場(chǎng)預(yù)期值將會(huì)在5年內(nèi)過期。管理者只能先選擇挖泥船的生產(chǎn)量，然后再判斷選擇是否正確。

3333圖2-13兩種不同尺度的耙吸式挖泥船：Fairway號(hào)23.347)和號(hào)(700m

)設(shè)計(jì)通常需要挖泥船建造商和客戶間的合作，以某艘成功設(shè)計(jì)的挖泥船為基礎(chǔ)并等比例放大。當(dāng)放大時(shí)必須遵守相似原則。目前，耙吸式挖泥船可分成五個(gè)等級(jí)：負(fù)重能力小泥艙中等泥艙大泥艙巨大泥艙超大泥艙

±50MN到噸)50-100MN（5000-10000噸）100-150MN噸150-250MN噸）>250MN（25000噸以上）二、主尺設(shè)計(jì)新制造的耙吸式挖泥船生產(chǎn)量選定后，就可確定泥艙容積。耙吸式挖泥船也如同其它船舶，其主尺度決定于有效載荷、吃水要求和速度。很顯然，這些與尺度與待建挖泥船間有直接的必然聯(lián)系。大的泥艙容積和小的吃水深度必然會(huì)增加船體的長(zhǎng)度，帶來的缺陷是：影響挖泥船達(dá)到規(guī)定速度。耙吸式挖泥船需要滿足一定的，B/H，B/T值。長(zhǎng)度，B=度，H=度，吃水量）較大的B/T：1.2.

圖2-14不同年份建造的的主尺度關(guān)系船體原始穩(wěn)定度增大；降低船體的抗沖擊能力。細(xì)長(zhǎng)船體L/B較大，優(yōu)點(diǎn)是：1.

結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單（價(jià)格更便宜），因?yàn)榫哂邢嗤瑱M截面的區(qū)域較長(zhǎng)；

相對(duì)小的阻力，因此當(dāng)驅(qū)動(dòng)功率相同時(shí)能有更高的速度。另一方面，L/B較小時(shí)，船體具有更好的穩(wěn)定性，故所需建造材料也較少，且更便宜。總之，當(dāng)B/H較小L/B值較大時(shí)，能降低制造成本，而對(duì)吃水的要求（較T則會(huì)增加制造成本，則必須有更大的工作能力。當(dāng)然需考慮方型系數(shù)

圖2-15方型系數(shù)的定義。在排水量相同條件下越低，船體越長(zhǎng)。對(duì)于耙吸式挖泥船，C取值在到之間。=排水量（m）B=船體主體寬度（）L船體垂直線間的長(zhǎng)度（m）T=吃水（）同時(shí)，要求的最大挖掘深度對(duì)船體的長(zhǎng)度也有影響，當(dāng)然，在甲板上必須有足夠的空間來放置長(zhǎng)的耙吸管。判斷耙吸式挖泥船是否有好的市場(chǎng)的方法就是和競(jìng)爭(zhēng)者比較挖泥船的比噸位值。比噸位可定義為未卸載載荷和有效載荷間的比值。比噸位直接影響成本，有效載荷影響利潤(rùn)。圖2-16排水量與船重三、負(fù)載耙吸式挖泥船周期運(yùn)沙量決定于其有用負(fù)載能力或有效載荷（MN）和最大泥容積m

）。這非常重要。有效載荷是耙吸式挖泥船在最大允許吃水條件下能裝艙的需付費(fèi)的載荷。有效載荷易被造成誤解。根據(jù)定義，有效載荷是挖泥船滿載時(shí)的重量減去船體空載時(shí)的重量。見下表：荷蘭術(shù)語

英術(shù)解釋語

船自船上建筑物重量和一些必要設(shè)備的重重

量。如：錨、鏈條、繩纜，急救設(shè)備，1

船員裝備和船艙里貨物，滑輪，動(dòng)力機(jī)艙和操作艙的重量

附重甲板上所有系統(tǒng)里的液體重量，包括泥2

量

泵入口處和船體外側(cè)、底部及甲板的水重，例如底部泥門下和其周圍的水重。1+23

leegToelading

船重量載重量

船員及其必需品、消耗品、備件、水和貨物的重量1+2+341+2+3+4

vanhet“geladen”schiplading

滿時(shí)船重有載有效負(fù)載的重量荷船總重圖圖給出了有耙吸式挖泥船的輕載”及“重載的信息。圖2-17耙吸式挖泥船的“輕載及“重載”排水量的關(guān)系圖2-18輕載及重載間的函數(shù)關(guān)系有效載荷常隨時(shí)間變化，一般減小。原因是當(dāng)耙吸式挖泥船航行一段時(shí)間后，增加的載荷導(dǎo)致船重增加。本應(yīng)存放在岸的備件留在甲板上也增加了船重。實(shí)際中，只有一種方法能使有效載荷保持不變：

清洗泥艙，減少剩余載荷；

測(cè)出在吃水線時(shí)挖泥船的排水量，通過測(cè)量值即可計(jì)算出船體重量；通過測(cè)試泥艙內(nèi)水的體積和比重算出泥艙內(nèi)水的重量；在上述第項(xiàng)測(cè)量的船體重量里減去泥艙里水的重量，即為挖泥船的載重；有效載荷就是在允許吃水的情況下泥船的最大載重減去船體重排水量*密度即為有效載荷，以MN。很顯然，有效載荷并不一定是不變的，它隨著消耗品重量的變化而變化，如燃料，潤(rùn)滑劑，飲用水等。另外，載荷由固定載重決定，對(duì)于淤泥類的松軟土壤，最大泥艙容積可等于載重容積。四、泥艙密度如上所述，耙吸式挖泥船的生產(chǎn)能力可用以下數(shù)值衡量：

有效載荷最大泥艙容積是測(cè)量平均密度的方法也是在耙吸式挖泥船的經(jīng)濟(jì)使用壽命期內(nèi)疏浚承包商期望獲得的挖掘密度。這也明確了耙吸式挖泥船的設(shè)計(jì)目的。如，維護(hù)沙土型土壤的航道時(shí)，耙吸并輸送進(jìn)泥艙的沙土平均密度約為1900kg/m。但泥艙不可能被填充至100%，至多90%，則最大泥艙密度是kg/m。對(duì)于沙礫型土壤，泥艙密度2000*0.9=1800kg/m；對(duì)于淤泥型土壤，泥艙密度為。圖給出國(guó)際疏浚承包商要求的泥艙密度與耙吸式挖泥船建造時(shí)間的關(guān)系，很顯然其值都穩(wěn)定在1400kg/m

左右。圖2-19泥艙密度與建造時(shí)間的關(guān)系五、主要設(shè)備挖泥裝置的設(shè)計(jì)需綜合考慮以下裝置的主尺度和功率要求：

耙吸管數(shù)量泥泵功率[m3/s]耙吸管和輸泥管直徑[泥泵類型泥泵驅(qū)動(dòng)及功率[W]

耙頭形狀和尺寸泥艙形狀用于水激器的水泵功率[W]卸泥系統(tǒng)1．耙吸管數(shù)量耙吸式挖泥船通常配備兩套耙吸管系統(tǒng)。對(duì)于中小型耙吸式挖泥船，配一套耙吸管系統(tǒng)更便宜。配兩套耙吸管系統(tǒng)時(shí)總工作效率較高，因?yàn)楫?dāng)其中一套耙吸管系統(tǒng)損壞時(shí)，另一套還可繼續(xù)工作。也有大型耙吸式挖泥船配備一套耙吸管系統(tǒng)的例子泥艙容積為m3的ANTIGOON號(hào)吸式挖泥船和ACZ公司生產(chǎn)的泥艙容積為18,000的VOLVOXTERRA號(hào)耙吸式挖泥船圖原則上主要應(yīng)從經(jīng)濟(jì)方面考慮；但從技術(shù)過程方面考慮就存在一些問題。例如：同樣寬度的耙頭，一個(gè)會(huì)和兩個(gè)有一樣的工作效率嗎？圖裝備一套耙吸管系統(tǒng)Volvox（左）和HAM吸式挖泥船（右）2．泥泵功率可由以下幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來選擇泥泵功率：1.對(duì)于某指定疏浚土壤類型，要求一定的裝艙時(shí)間（例如對(duì)于尺寸為200-300mm的泥沙裝艙所需時(shí)間為小時(shí)）。用時(shí)間表示裝艙的函數(shù)是：L載荷Q=流速=沙礫運(yùn)輸濃r=沙礫密度k

[N[m3/s][-][kg/m3]溢流損失[-]對(duì)于1小時(shí)的裝艙，流速為2.對(duì)于某指定土壤裝艙速率最好以m3/s或N/s為單位若沒有溢流損失裝艙速率應(yīng)與流速成正例但隨著流速的增加溢流損失增加裝艙速率是否越來越偏離線性關(guān)系就可清楚地從圖2-212-22看出。

圖泥泵功率與裝艙速率的關(guān)系曲線（d50=0.15）圖2-22泥泵功率與裝艙速率的關(guān)系曲線（mm）隨著耙吸產(chǎn)量（裝艙速率）的增加，必須考慮使用相對(duì)更高功率的泥泵和水泵、更大直徑耙吸管和更大尺寸耙頭等。備注：在圖2-22中，裝艙速率曲線的臺(tái)階”表示：在一個(gè)疏浚工作周期中，當(dāng)已獲得最優(yōu)產(chǎn)量時(shí)，其高密度、高速度裝艙在溢流后將不再影響產(chǎn)量。當(dāng)疏浚土壤類型和循環(huán)周期所需時(shí)間已知時(shí)即可選擇使工作周期中獲得最大產(chǎn)量的流速工作周期產(chǎn)量可被定義為裝艙量和循環(huán)時(shí)間的比值，即若

沒

有

溢

流

損

失，

則

公

式

可

寫

成

:這是一個(gè)單調(diào)遞增函數(shù)，但溢流損失決定了獲得最大周期產(chǎn)量最優(yōu)流速。

圖泥泵功率與周期產(chǎn)量的關(guān)系曲線（d50=0.15）泥泵功率也可以現(xiàn)有的能正常工作的耙吸式挖泥船泥泵為標(biāo)準(zhǔn)按比例選擇據(jù)是弗勞Froude）準(zhǔn)則。根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)就可選擇流速和泥艙密度了。3．耙吸管直徑在舊式耙吸式挖泥船上常可看見直徑相當(dāng)大的耙吸管。過去，耙吸管直徑主要是為了減少在耙吸過程中的壓力損失而最大限度的利用水下泵產(chǎn)生的負(fù)壓耙吸土壤。假定耙吸的泥水混合物沿直徑均勻分布。這種情況下，耙吸過程中獲得最優(yōu)耙吸產(chǎn)量時(shí)的耙吸速率即可用真空公式計(jì)算出來。4．輸泥管直徑由于公式中傾斜管中流體輸送時(shí)的臨界速度系數(shù)可以不計(jì)以輸泥管的直徑應(yīng)比耙吸管直徑大。但根據(jù)因數(shù)F，出于經(jīng)濟(jì)成本考慮，選擇輸泥管直徑一般要小50-100mm特別是耙吸管鑄造彎頭和各種閥也是影響因素上的輸泥管直徑大致上會(huì)選得比耙吸管小若泥水混合物濃度相當(dāng)高則泥艙被清空時(shí)允許流速較低以保證卸泥時(shí)間和耙吸時(shí)間相等。圖水下泵泥泵

以主尺度和疏浚設(shè)備裝置為準(zhǔn)在不同載荷情況下可選擇適當(dāng)?shù)哪啾脡毫σ驗(yàn)槿~輪的直徑是可估算的（最小為2*入口直徑～耙吸管直徑），在所需壓力值和圓周速度之間還存在一定的聯(lián)系，同時(shí)，旋轉(zhuǎn)的角速度n基本固定不變。尺寸的增大特別是深度的增加會(huì)不會(huì)在疏浚過程中帶來大范圍流速的變化。大范圍流速變化會(huì)在管道中產(chǎn)生水擊作用。如果存在這種風(fēng)險(xiǎn)，就有必要使用可變功率的泥泵。泥泵的選擇還需考慮以下更多因素：

3、4或5葉片的葉輪，取決于葉片間的最小所需空間；單壁或雙壁泵（考慮磨損時(shí)）；艙內(nèi)泵、水下泵或兩者兼而有之；如果要求大的耙吸深度，就需要考慮水下泵裝置的經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)濟(jì)點(diǎn)與在工作條件下艙內(nèi)泵在水下的深度直接相關(guān)，即與船的吃水相關(guān)。這個(gè)值對(duì)于每艘挖泥船來說都是不一樣的。在岸拋時(shí)需要多加留意泥泵裝置。岸拋時(shí)越來越習(xí)慣使泥泵滿負(fù)荷工作。這就意味著岸拋時(shí)壓力泵最大旋轉(zhuǎn)角速度和耙吸時(shí)最大旋轉(zhuǎn)角速度明顯不同。因此，岸拋工作的泥泵達(dá)最大效率點(diǎn)時(shí)流速與耙吸時(shí)相比要大很多。這種變化在輸送流速小于吸入流速時(shí)會(huì)更大。我們應(yīng)該注意在遠(yuǎn)離最大效率點(diǎn)工作時(shí)泵會(huì)磨損得更快。對(duì)在不同情形下的泵的最大效率點(diǎn)的仔細(xì)研究是有必要的，這樣才可以獲得更理想的裝置。當(dāng)然泵所需功率現(xiàn)在也是可以計(jì)算出來的。在岸拋?zhàn)鳂I(yè)時(shí)泥泵最大有效功率是由推進(jìn)力疊加計(jì)算得到的。

圖耙吸管上的水下泵

圖裝有兩個(gè)泥泵的泵室6泥泵驅(qū)動(dòng)首先我們應(yīng)該問：對(duì)泥泵的轉(zhuǎn)數(shù)控制是否必要？如果是，那么連續(xù)可調(diào)的控制或通過變速箱得到的步進(jìn)控制是否足夠？需考慮以下因素：

抽清水和泥漿時(shí)流速變化的需求范圍。如果沒有氣穴現(xiàn)象發(fā)生，這個(gè)范圍會(huì)隨著耙吸深度的增加而增大。限定這個(gè)變化對(duì)于減少水錘作用的風(fēng)險(xiǎn)來說是必要的。這種情況下，常量的轉(zhuǎn)數(shù)或步進(jìn)控制是不足夠的。

如果需要控制流速為常量。為減少）到的流速變化范圍，以獲得更平衡的泥艙裝艙或減少燃料的使用，控制流速常量是有用的。因流速受轉(zhuǎn)速變化的限制，電驅(qū)動(dòng)是有必要的。但通過改變旋轉(zhuǎn)次數(shù)獲得常量流速控制是不適合減少水錘作用的（速度太慢）；

如果船上裝有艏吹裝置，這種情況下，艏吹卸泥時(shí)，推進(jìn)功率會(huì)被全部或部分使用。要更好地利用這些額外功率，轉(zhuǎn)數(shù)就需比耙吸時(shí)要高。

根據(jù)這些需要，泥泵可通過步進(jìn)的齒輪由主引擎直接驅(qū)動(dòng)，或通過發(fā)電機(jī)由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。當(dāng)然也有幾種中立的解決方法，將在“主要安裝”分講述。7．耙頭選擇和設(shè)計(jì)耙頭，知道將要挖掘的土壤類型是非常重要的。土壤的類型決定了挖掘過程是水力式還是機(jī)械式的。水力式耙頭尺寸通常與耙吸管直徑成線性關(guān)系。對(duì)于黏性土壤（黏土，軟礁石），要求用機(jī)械式挖掘，可由裝有齒或刀片的耙頭完成（圖）耙頭寬度取決于與挖掘土壤有關(guān)的有效切割力。以考慮挖掘土壤的流動(dòng)因素選擇耙頭長(zhǎng)度。圖2-27帶有耙齒的耙頭圖2-28帶有水激器的耙頭8．水泵既可用于疏松耙頭內(nèi)的土壤，也助于卸泥壓力水的需求性很大程度上取決于船主的意見。水泵的流速是泥泵流速的20%～，泵壓力通常為～。一般水泵對(duì)轉(zhuǎn)數(shù)的控制沒有要求。9．泥艙如前所述，船舶建造是根據(jù)一定L/BB/T和的比值，耙吸式挖泥船也如此。如果泥艙被建成長(zhǎng)度大一倍，高度小一倍，那么其移動(dòng)比（影響卸載率）受因數(shù)影響的增加量比受因數(shù)影響的減少量要多（s是泥艙面積）。需非常謹(jǐn)慎地選擇泥艙的移動(dòng)比。根據(jù)溢流損失的原理可以得到長(zhǎng)而窄的泥艙適于泥沙沉降，但可惜的是這樣長(zhǎng)而窄的泥艙深度有限，且較昂貴。因此，應(yīng)折中考慮價(jià)格和功能因素。同樣當(dāng)泥艙主尺度被放大，那么需注意其溢流也將隨之增大。畢竟對(duì)于所有的無論何種尺寸的耙吸式挖泥船常要求的是裝艙時(shí)間，如對(duì)于d為250mm泥沙所需裝艙時(shí)間必須為1小時(shí)。這表明流速與泥艙容積是有一定比例關(guān)系的。因此

LL表面載荷

和紊流參數(shù)

在論（見I摘）中都與h成比例，而不是

。這表明大的耙吸式挖泥船的溢流損失將會(huì)高于小的耙吸式挖泥船，即使泥艙是相似的。增大的溢流損失值仍可被接受，因?yàn)榧词挂缌鲹p失增大，每工作周期的產(chǎn)量仍較高。有時(shí)裝艙的泥沙水平面需比海平面要高，設(shè)計(jì)要求應(yīng)與泥艙形狀直接相關(guān)。這樣的要求在吃水限制時(shí)實(shí)際裝艙達(dá)不到疏浚標(biāo)準(zhǔn)刻度時(shí)是非常重要的。在這種情況下海面高于泥艙的負(fù)載線水不能溢出，此時(shí)泥艙的裝艙就不經(jīng)濟(jì)。對(duì)于現(xiàn)代船舶，50-60%最大裝艙量可滿足此要。六、裝艙系統(tǒng)裝艙系統(tǒng)的目標(biāo)是能夠盡可能地平靜地將耙吸的泥水混合物排放到泥艙中。有三種不同的系統(tǒng)：

擴(kuò)散型裝艙系統(tǒng)（圖2-29中央型裝艙系統(tǒng)（圖2-30深度型裝艙系統(tǒng)（圖2-31三個(gè)系統(tǒng)各有千秋：在擴(kuò)散型裝艙系統(tǒng)中敞開的擴(kuò)散器安置在輸泥管的末端，卸泥時(shí)溢流最大。這種系統(tǒng)在橫向上分配較均勻。敞開式擴(kuò)散器的缺點(diǎn)是排泥時(shí)會(huì)帶入大量空氣，阻礙沉淀。因此中央型裝艙系統(tǒng)常被使用，并在溢流水位下卸泥。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是此系統(tǒng)的維護(hù)非常方便。使用中央型裝艙系統(tǒng)，混合物通過泥艙中部的擴(kuò)散空間排泥，混合物流到泥艙兩邊，這時(shí)選用可調(diào)式溢流系統(tǒng)較好。如果混合物的流動(dòng)仍然是二維的，那么理論上泥艙裝艙能力保持相等。由于混合物向兩邊流動(dòng)，流體紊流程度將會(huì)減少。在泥艙兩邊安裝溢流系統(tǒng)還有一個(gè)好處就是在任何時(shí)候都可保持船的平衡性。圖2-29擴(kuò)散型裝艙系統(tǒng)使用深度型裝艙系統(tǒng)，無論是否安裝有垂直的擴(kuò)散器，泥水混合物都被排放在泥艙深處。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)就是由于排放的混合物與已沉淀的土壤接觸產(chǎn)生液化現(xiàn)象，在達(dá)到同樣裝艙效果時(shí)能夠節(jié)省能量。另一方面，由于虹吸效應(yīng)的產(chǎn)生也有利于能量的節(jié)約。原則上這是正確的，但是絕大多數(shù)耙吸式挖泥船的深度型裝艙系統(tǒng)不能正常工作，這是由于輸泥管不密封造成的。結(jié)果，一種簡(jiǎn)單的重的裝艙或分配閥出現(xiàn)了。耙吸粗砂時(shí)就有必要用這種閥，沉淀效果非常好，如果這種閥不能使混合物在入口處立即沉降，則混合物不能均勻地排放到泥艙中，此時(shí)裝艙的都是水。

帶入的空氣會(huì)大大降低深度型裝艙系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。另一個(gè)缺點(diǎn)就是不能沿橫向均勻排放。這就導(dǎo)致了噴射的紊亂，還會(huì)干擾到已經(jīng)沉淀的土壤。圖2-30中央型裝艙系統(tǒng)圖2-31深度型裝艙系統(tǒng)

七、卸泥系統(tǒng)依據(jù)理論，泥艙內(nèi)的大塊物料的流動(dòng)是平面對(duì)稱流。在卸料口L>=3B處主要是軸向?qū)ΨQ流。但除了可分離式泥艙外，大部分卸泥系統(tǒng)都不滿足這種要求。然而分離式挖泥船的制造成本比其他“單體船要昂貴許多。憑經(jīng)驗(yàn)，卸泥口和泥艙表面面積的比值選用取決于土壤類型：

淤泥：黏土：平均值：30%不使用大開口的泥門或閥系統(tǒng)時(shí)，也可使用有限數(shù)量的小泥門或閥系統(tǒng)，它是通過液化或侵蝕泥水混合物來實(shí)現(xiàn)卸泥。經(jīng)驗(yàn)表明，此系統(tǒng)非常適合卸載細(xì)沙。在選擇卸泥系統(tǒng)時(shí)，明確是否需要在淺水區(qū)卸泥。在淺水區(qū)卸泥，可選擇移拉門式或分離式泥艙。錐形閥也適合于在淺水區(qū)域工作。只要有一個(gè)小開口，它們就可正常卸泥。如果用到泥門，可考慮使用前泥門。

圖2-32泥門拆分式耙吸式挖泥船八、功率分配耙吸式挖泥船上安裝有許多動(dòng)力裝置，如：

泥泵動(dòng)力裝置射流泵動(dòng)力裝置推進(jìn)器動(dòng)力裝置橫向轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力裝置甲板上當(dāng)然需要輔助電路，用于耙吸管的降落和抬起，操作閥類和其他輔助設(shè)備等，必15,000KW或更大動(dòng)力。因此，有必要密切關(guān)注功率分配。如推進(jìn)器和泥泵使用單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)源，就沒必要考慮此問題。大多數(shù)情況下，幾個(gè)動(dòng)力裝置可以組合在一起使用。2和2-35表，功率分配與耙吸管的位置相關(guān)。最普通的組合是用一個(gè)引擎同時(shí)驅(qū)動(dòng)螺旋槳和泥泵，如圖2-33。功率和不能小于設(shè)定值，但在航行時(shí)會(huì)有富余功率，因此可使用更高速度，這樣就可獲得更高的生產(chǎn)量。如果這些裝置都是直接驅(qū)動(dòng)的，那么發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)將不會(huì)有損失，但不利于對(duì)泥泵的控制。這對(duì)耙吸式挖泥船比對(duì)絞吸式挖泥船的影響要小。圖直驅(qū)式如果耙吸式挖泥船必須使用壓力泵對(duì)岸拋泥，那么在變速箱上還須裝有附加的傳送裝置，可用于利用多余功率。同樣，射流泵的功率也是由同一個(gè)引擎提供的。在這種情形下，變速箱由另一根軸固定。這種安裝方式唯一的缺陷就是限制了耙吸管的長(zhǎng)度。當(dāng)然這不是簡(jiǎn)單的黑與白關(guān)系。挖泥深度越深，放在甲板上的耙吸管系統(tǒng)會(huì)越長(zhǎng)，這就導(dǎo)致了在大深度挖掘時(shí)生產(chǎn)量降低。這樣的挖泥船在投放使用時(shí)，相關(guān)公司（J.F.J.deNul）就別考慮到了這一點(diǎn)。

圖2-34推進(jìn)器與泥泵引擎獨(dú)立分開式如果不希望對(duì)耙吸管長(zhǎng)度有限制，而允許動(dòng)力裝置組合使用時(shí)，解決方法如圖所示。在船艉，引擎仍然驅(qū)動(dòng)著可調(diào)式螺旋槳，但船體前部，需安裝發(fā)電機(jī)為船艏的泥泵提供動(dòng)力。這會(huì)造成1的擎能量損失。因此對(duì)于兩套各為2,000KW的泥泵，驅(qū)動(dòng)力將會(huì)損失接近400-500KW。對(duì)安裝在船艏的射流泵也一樣。如果還要求對(duì)岸拋泥，壓力泵所需功率還高于泥泵功率，則需更加可觀的動(dòng)力。若要求控制系統(tǒng)，完全可以由電力驅(qū)動(dòng)進(jìn)行可靠的調(diào)整。圖2-35泥泵位于船艏的耙吸式挖泥船除了這兩種解決方法，當(dāng)然還有許多可以找到的不同的方法。圖2-36目前部分耙吸式挖泥船的總裝機(jī)功率與泥艙最大容積的關(guān)系曲線。圖2-36總裝機(jī)功率與泥艙最大容積

圖2-37不同排水量的耙吸式挖泥船的推進(jìn)器功率圖2-38推進(jìn)功率與橫向轉(zhuǎn)向功率的關(guān)系圖2-39不同排水量的耙吸式挖泥船的總裝機(jī)功率2.3主體布局現(xiàn)在，耙吸式挖泥船的主要尺寸和挖掘裝備已知，即可進(jìn)行主體布局的設(shè)計(jì)了。一、單泥艙船

當(dāng)今建造的大部分耙吸式挖泥船都是單泥艙式的。泥艙也被稱為泥井。被設(shè)置在船體中間稍靠前的位置上。這也是當(dāng)橫移車架在船前部時(shí)的情形。引擎室通常被安置在船艉。用于挖掘的耙吸式挖泥船通常帶有兩個(gè)可調(diào)式螺旋槳。泵室，內(nèi)置泥泵的防水密封空間，其位置對(duì)耙吸式挖泥船的主體布局也有非常大的影響。最簡(jiǎn)單最有效的布局就是將泵室放在引擎室的前面。這種情況下，主引擎同時(shí)驅(qū)動(dòng)可調(diào)式螺旋槳和泥泵。非常有必要使用可調(diào)式螺旋槳，因?yàn)榘椅酵谀啻氖峭ㄟ^引擎改變轉(zhuǎn)數(shù)來控制航行速度的。同時(shí)，泥泵產(chǎn)量也發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)量損失。既然耙吸式挖泥船上的泥泵旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)數(shù)不變（挖泥深度的變化僅對(duì)所需泥泵功率帶來有限的影響）。挖泥船的航行速度就可由改變螺旋槳的螺旋角進(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)整。當(dāng)然可調(diào)式螺旋槳比固定式螺旋槳更貴也更易損壞。如果使用固定式螺旋槳，主體布局如圖所示，表示航行和挖泥時(shí)需使用不同的引擎。圖2-40螺旋槳和泥泵使用獨(dú)立的引擎很顯然，在第一種方法中船體總裝機(jī)功率被利用得更充分。畢竟在航行過程中引擎的全部功率都可用于推進(jìn)器。當(dāng)然，這對(duì)可調(diào)式螺旋槳也同樣適用。在這兩種情況下，布局局限性體現(xiàn)在耙吸管長(zhǎng)度和挖掘深度上，因?yàn)榘椅苄璐娣旁诩装迳?。如果挖掘深度很大（?0m，則可采用圖的布局。在后一種情況下，主引擎不僅驅(qū)動(dòng)可調(diào)式螺旋槳，還為船艏電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)提供功率。圖2-