吸沙平台的设计原理和应用

第19卷 第4期 中 国 水 运 Vol.19 No.4 2019年 4月 China Water Transport April 2019

收稿日期：2018-11-20

作者简介：怀会岭（1983-），男，安徽芜湖人，中交二航局第四工程有限公司工程师。

吸沙平台的设计原理和应用

怀会岭

（中交二航局第四工程有限公司，安徽 芜湖 241000）

摘 要：吸沙平台是依托大型船舶，利用真空叶轮泵的原理，将沙水混合物泵送到预定位置，再通过自动沉淀分离，成功将河沙转运的重要设施。文章主要对吸沙平台的设计原理和主要参数，还有其泵送系统、输送、液压、电气等系统进行了详细的介绍和研究，有效提高了工作效率和经济效益，在施工应用中有重要的实际意义。 关键词：吸沙平台；泵送系统；河沙转运

中图分类号：U653 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）04-0244-02

一、吸沙平台简介

吸沙平台由工作船舶、动力系统、泵送系统、注水系统和液压系统等部分组成。吸沙平台的功能是将运沙船舱内的河沙吸入到预定管道并泵送到指定沙场。传统的河沙转运方法是用码头抓斗吊或挖机将运沙船的沙卸到料斗内，再通过级配皮带输送机运输到指定地点，吸沙平台施工和传统工艺比较，优点是输送的沙量大，距离远，效率高，且场地要求低，不需要码头和皮带输送系统。以本人所在的高速公路项目为例，路基均为填沙基础，河沙需求量约200万m 3，吸沙平台输送法效果显著，效益明显[1]。

二、吸沙平台的工作原理和主要参数

吸沙平台依托的工作驳船长70m，宽10m，采用两台VOLVO 品牌551kW 柴油发动机并联作为吸沙泵的原动力，一台VOLVO 品牌500kW 柴油发动机作为注水泵的原动力。每台发动机联接一台相同规格的变速箱和叶轮泵，变速传动比为3：1，保证泵的压力。操作员通过操作室的按钮将注水管和吸沙管调节到指定位置，开启注水泵将水喷射到装满河沙的驳船上，在射流扰沙原理的作用下，形成局部旋涡，旋涡内为沙和水的混合物，沙水重量比约为1：5.5，再开启吸沙泵，将沙水混合物吸入至吸沙臂架，并从吸沙臂架流向吸沙管道。吸沙泵为真空叶轮泵，通过叶轮高速旋转的离心力将沙水混合物从吸沙管道泵送到船体输送管道，再从船体输送管道汇合到岸上输送管道，最后从沙场的管口排出。沙场有预留的排水渠，混合物经自动沉淀后河沙会堆积在沙场，水沿着排水渠排出。吸沙平台所用的水为河水，对附近地表无污染。

吸沙臂架垂直高度为6.6m，小于1Bar 水柱 9.8m，再考虑河沙密度约为1,500Kg/m 3，

，因此较为合适。注水管直径为360mm，注水管出口为1m 长的锥形，出口直径为170mm，保证注水量和注水压力。吸沙泵叶轮旋转直径为310mm，吸沙管直径为

360mm。吸沙平台平均河沙输送量约为600m 3/h，沙场面积为7,000m 2，保证沙量的存放。吸沙管、输送管和注水管均由市场购买钢管并现场焊接而成，

局部采用同直径的橡胶软管连接，保证管道的灵活性。吸沙泵叶轮由12mm 的钢板弯曲后并焊接制作，阀门由12mm 的钢板切割成圆，并用法兰联接法，两端用橡胶软垫密封后用高强螺栓联接。在吸沙臂架和注水臂架和各个阀门上均安装了液压油缸，实现吸沙臂架的前后移动和注水臂架额转动以及阀门的开启和闭合。

三、吸沙平台的泵送系统

吸沙平台可以根据实际需求实现单机工作或双机并联工作，它的核心是泵送系统，由多条管道和阀门组成，原理图如下图1所示。

图1 吸沙泵送系统原理图

两台发动机（图示VOLVO 1 和VOLVO 2）并列在船舱中部，发动机通过液压泵联接变速箱（图示为GB），变速箱联接吸沙泵（图示为PUMP 1 和 PUMP 2），吸沙泵通过吸沙管道直到吸沙臂架，通过吸沙泵叶轮的高速旋转，在大气压的作用下，沙水混合物沿着吸沙管道被吸入，同时沿着船体输送管道到岸上输送管道直至沙场的出沙口排出。吸沙管道设有分向闸阀，船体输送管道设有溢流管和溢流闸阀，溢流管的功能是平衡两条输送管的压力，使两台发动机的输

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出功率大体相当，避免造成堵管和发动机过载。单机工作时，操作员需要关闭分向闸阀和溢流闸阀，两台发动机并联工作时，则需要开启分向闸阀和溢流闸阀。在吸沙臂架和注水臂架就位后，禁止操作员直接开启吸沙泵，应首先开启发动机3（图示VOLVO 3），这时水泵3（图示为PUMP 3）开始工作。先开水泵3的侧翼阀门，将水沿着吸沙臂架泵送到吸沙臂架喇叭口，此时喇叭口和臂架充满水，相当于引水，为吸沙泵的运行创造了前提条件。再开启的注水管阀门，通过注水管将水泵送喷水口并喷射在吸沙管喇叭口附近区域形成水涡。这时，将吸沙管道和输送管道的阀门打开，并开启吸沙泵，整个泵送系统就开始工作了。当输送管的压力＞2MPA 时，意味着管道内的沙比重过大，容易造成堵管，操作员要开启水泵II，往吸沙管注水，调整混合物的含水率，疏通管道[2]。

四、吸沙平台的输送系统

从吸沙泵出口到沙场的排沙口均称为吸沙平台的输送系统，它由船体输送管道和岸上输送管道两部分组成、从吸沙泵1出口垂直向上，在吸沙泵1中心往上2m处设置一根溢流管，溢流管设有阀门并通向另一台吸沙泵2前端的吸沙管。当两台吸沙泵联机工作时，开启溢流管的阀门，吸沙泵1的一部分混合物会沿着溢流管流向吸沙泵2的吸沙管，吸沙泵2再将这部分混合物泵出。同理，吸沙泵2的出口也设有溢流管流向吸沙泵1的吸沙管，形成并联。吸沙泵的垂直输送管为6m，在垂直输送管顶端设置一条水平输送管，与两条垂直输送管连通，此时，两台吸沙泵的输送管完成汇合，形成吸沙平台的船体输送系统。岸上输送管道总长度为约800m，由标准节段的钢管沿地平铺设并拼接而成。每根钢管长度为6m，内直径为310mm，两端焊接外经410mm 厚度12mm的法兰盘，每两节钢管通过法兰盘上的12颗M16×60的高强螺栓连接，两法兰盘之间设置厚度为10mm的橡胶软垫，防止漏水。每根钢管开设两个直径10mm的预留孔，两个预留孔距钢管端头均为1m，并设有孔盖用螺栓密封，在堵管时可以通过外部冲水疏通。由于季节变化会引起河水水位涨跌，同时吸沙平台的船体输送管道和岸上输送管道之间的距离和高度也会变化。我们采用一节同直径长度为2m的橡胶软管在空中连接船体输送管和岸上输送管，解决了高度不同的问题。因为河水浅时，工作船距离岸边较远，空中对接的管道长自重较大，我们在船上设置了悬臂梁，将输送管的一端用手拉葫芦挂在悬臂梁上，减轻输送管对软管的垂直拉力。岸上输送管道的排沙口为90°弯管，倾斜向上角度为60°。

为了保证工作船的稳固，除了船头工作锚机之外，还配置了两台卷扬机，用卷扬机钢丝绳通过滑轮组导向后和岸上的锚固点连接，这样既能固定工作船，又能微调船体的位置。在3m以内的浅水区，设置了两根固定桩，通过桩基进一步固定工作船。

五、吸沙平台的液压和电气系统

吸沙平台的液压动力由一台功率为4kW的液压油泵提供，动力输送主要分为两部分，第一部分是为吸沙臂架和注水臂架提供动力，实现臂架的移动和转动，另一部分则为各个阀门提供动力，阀门均为自制闸阀，在每个闸阀顶端均安装了单独支架和液压油缸，并在操作室单设按钮实现独立控制。每个闸阀支架上安装有限位传感器，操作员通过红绿指示灯而得知闸阀是否完全打开或完全关闭。操作室采用可视化视频监控，一台电脑显示屏显示船舱内和各个阀门的状况，另外两台小显示器通过传感器实时监控发动机转速，操作员通过油门手柄调节转速。船上配备一台CAT发电机，额定功率为100kW，为船上的液压泵、锚机、操作室、驾驶室以及照明等提供电力。电控柜设置变压器，为操作室提供二次回路的低压电源。船上柴油舱总容量为20,000L，为船舶的柴油动力的设备提供燃油。

六、结束语

综上所述，吸沙船可用于高速公路或大型搅拌站供沙，遇到不宜在岸边建造沙场的不利地形时，吸沙船可以转移沙场，同时也缩小了运沙车辆的运距。根据其工作原理，吸沙船不仅可以用于抽河沙、粗砂、机制砂等，改进后也可以直接用于河道抽沙，河道清淤，水库或人工湖的清理等。吸沙船依其灵活性和复杂环境适应性以及性价比高等特点，在我国基础建设蓬勃发展时期，它的用途会越来越广泛，发挥的作用和创造的经济效益也会越来越大。

参考文献

[1] 魏来.某吸沙船配套柴油机曲轴轴颈磨损原因分析及解决

方法[J].柴油机设计与制造，2018，（02）：15-19.

[2] 张灿.39.8m内河吸沙船结构强度有限元分析[J].中国水运

（下半月），2016，（07）：9-11.