基于CFD的绞吸船绞刀防石设备水力性能研究

绞吸船施工过程中常常会遇到石块、杂物糊堵吸入口或泥泵而影响绞吸船的连续施工,目前解决该问题最有效的方法是在绞刀处加装防石设备。然而防石设备没有标准的形式,不同单位研制了不同的防石设备,各种防石设备对绞吸船吸入能力的影响一直没有办法定量评估。首先总结了目前常用的防石设备形式,然后采用CFD方法对加装不同防石设备前后绞吸船吸入口附近流场进行模拟,计算加装防石设备前后绞吸船的吸入段水力损失,确定了由于加装防石设备造成的局部水力损失系数。经研究表明,防石网和双防石环结构引起的水力损失较大,单防石环和犬牙式防石格栅水力损失最小。为选择防石设备提供了基础数据。     

“天鲲号”绞刀齿拆装起吊装置技术方案

船员应对磨损严重的绞刀齿进行及时更换,以保证船舶施工持续进行,而更换绞刀齿主要依靠人力或者专用装置。根据绞刀施工特点,并结合船舶相关设计图纸,对绞刀齿拆装起吊装置技术方案进行设计。利用相关计算手段,对该技术方案可行性进行分析和论证。将起吊装置成功应用到疏浚施工现场,解决了人力无法胜任的重型绞刀齿拆卸和安装的难题,提升了船舶性能。研究成果可为类似工程提供参考。     

复杂疏浚工况下重型绞吸挖泥船施工工艺优化

盐城滨海港区疏浚工程工况复杂，土质分层不均，上层粉土具有粒径小、密实、坚硬的特点，船舶施工时出现正刀滚刀、绞刀功率波动明显；下层亚黏土土体密度大，14 km长排距输送易造成堵管；施工区内块石与障碍物较多，经常发生堵吸口、堵泵。对于新建出厂的“昊海龙”轮，通过更换绞刀分析不同绞刀防石方案适用性，寻找泥浆浓度、流速与施工效率的平衡点，对其船机性能进行试验。结果表明：挖掘密实粉土时，使用通用绞刀可以增加破土能力，减少绞刀功率波动幅度与频次；吸口加装钢板格栅可以有效减少堵吸口、堵泵；挖掘下层时，适当降低泥浆浓度可以达到生产率与输送效率平衡。     

绞吸式挖泥船施工黏土混块石防石设备的应用

绞吸式挖泥船在施工黏土时,常发生绞刀头或绞刀吸口被黏土堵塞问题,特别是在黏土中夹杂块石的工况条件下,堵塞更加严重。通过在绞刀上加装防石环、绞刀吸口加装格栅等措施,解决了黏土及石块堵塞绞刀和泥泵等问题,使船舶施工生产效率显著提高,工程效益明显改善。     

绞吸船施工黏土混砂土质的绞刀选型

针对绞吸船施工黏土混砂土质难开挖和不易输送的问题,对绞吸船在鲅鱼圈地区施工黏土混砂土质的绞刀选型（3种不同类型绞刀）进行分析,确定适宜的绞刀类型。研究分析及实践应用表明,绞吸船施工黏土混砂土质时宜采用ESCO-3G绞刀,该类型绞刀可提高船舶施工效率、降低工程建设成本,从而提高工程项目盈利水平。     

3种用于绞吸船杂物集中区施工的防杂装置

针对绞吸船施工杂物集中区的防杂装置选择问题,从防杂装置的结构设计、适用条件及施工工艺参数方面进行研究,根据杂物的种类、分布区域特点、尺寸对防杂装置的结构进行详细设计,并通过对3种防杂装置施工参数、生产效能的统计,得出其适用范围。结果表明,在绞吸船在施工杂物集中区时,选择合理的防杂装置能减小杂物对船舶施工的影响,提高工程经济效益。     

挖泥船绞刀二维清水流场数值模拟

基于时均N-S方程对绞刀内部及周边流场进行二维数值模拟分析,采用标准k-ε湍流模型与多参考系模型对绞刀进行动静耦合的定常数值计算,获得不同绞刀转速与泵吸流量组合时的流场状态。以定常湍流计算作为初始条件应用RNG k-ε模型和滑移网格技术进行了绞刀流场的非定常数值计算,得到了流场参数随时间变化及动静区域间的影响与干涉。研究成果有助于初步认识绞刀内部及周边流场,可供绞刀设计及挖泥船施工参考。     

基于CFD技术的5000 kW挖岩绞刀内部流动分析

绞刀的吸入性能极大影响疏浚工程的施工效率,研究绞刀内的流动特性对提高绞刀吸入性能意义重大。采用雷诺时均纳维斯托克斯(RANS)湍流模型的计算流体动力学(CFD)方法,对绞刀刀臂处是否带有沟槽设计的2种结构形式绞刀内部流动进行数值模拟,对2款绞刀内部的流动特性进行对比分析,验证沟槽设计的合理性及优越性,为5 000 k W挖岩绞刀的优化设计提供技术支持。     

内河型绞吸船水库清淤作业的绞刀选型

内河型绞吸船是水库清淤作业的主流装备。在疏浚作业中，施工土质的类型是影响绞刀外形尺寸、刀臂数量和绞刀功率等参数的一个重要因素。针对不同土质选择合适的绞刀类型，有助于增加产量，提升施工效率。本文搜集了国内外绞刀尺寸参数，对国内相关工程的施工数据进行分析，计算绞刀的切削效率和配置功率，总结出适用于不同土质的绞刀综合配置方案。     

绞吸挖泥船大功率挖岩绞刀的荷载分析*

针对绞吸挖泥船在挖岩施工过程中绞刀荷载难以定量确定的问题，建立刀齿的坐标模型，根据施工参数判定刀齿大圈切削状态，利用单齿切削岩石的荷载模型建立绞刀整体的荷载分析模型，计算绞刀在不同转动速度、横移速度、姿态角度和岩层厚度等工况下的横向力、竖向力、纵向力以及绞刀功率情况，每种工况以正刀和反刀两种姿态进行分析。结果表明，无论正刀还是反刀施工，绞刀的转动速度和横移速度都对绞刀的功率消耗产生正相关影响，绞刀的姿态和泥层切削厚度对绞刀荷载的影响最大。     

绞吸式挖泥船挖岩绞刀动载荷模拟分析

综合绞吸式挖泥船工作时各种挖掘工艺参数、绞刀结构尺寸及疏浚岩石的切削原理,提出一种绞刀动载荷分析方法,利用VB编制了一套绞刀动载荷模拟分析软件,对WY-4200型绞刀进行模拟分析,所得结果可为该设备的强度分析及挖掘工艺参数的制定提供参考依据.     

重型绞吸挖泥船挖岩施工工艺优化

微风化岩具有强度高、裂隙少的特点，绞吸挖泥船在挖掘时产能较低。为提高绞吸船施工产能、降低施工成本，以大连大窑湾航道疏浚工程为例，对新建出厂的自航式重型绞吸挖泥船“天鲲号”开挖坚硬微风化岩的施工技术进行研究。分析绞刀姿态、刀齿损耗以及横移摆动对产能的影响，从而优化施工工艺。结果表明，“天鲲号”在挖掘硬微风化岩时的产能得到有效提高。     

挖泥船绞刀参数化三维建模

绞刀是绞吸式挖泥船的关键机具,对提高挖掘功效具有决定性作用。根据现有土壤切削理论和疏浚施工实践,分别建立了绞刀结构形状与不同类型土质的关系,绞刀切削动力特性与土质特性关系的数学模型,以及各种绞刀刀齿模型库。在VB语言环境下对三维建模软件SolidWorks进行二次开发,实现了绞刀参数化三维建模。设计者输入土质、产量或功率等参数即可得到相应的三维绞刀。这种参数化三维建模的方法使用简便、立体感强,既缩短了设计周期,又提高了设计的精度,更便于绞刀的应力分析和优化设计。     

基于三维切削理论的绞刀载荷分析*

绞吸挖泥船在作业过程中，绞刀载荷对施工影响显著。由于刀具作用于岩石和土壤的过程是三维的，针对传统的二维切削理论在绞刀载荷分析上的不足，研究了适用于绞刀的三维切削理论。研究二维切削情况下绞刀齿和被切削岩土块的力学平衡方程，提出了用于绞刀载荷分析的力学模型。在绞刀齿的三维坐标矩阵的基础上，进行载荷的坐标变换，给出绞刀的横移载荷、对地载荷和顶推载荷的表达方式。实例计算表明，所提出的绞刀的力学模型可以用于绞刀载荷的计算和分析，对于绞刀的设计和绞吸挖泥船的安全施工具有一定的指导价值。     

加装砂斗装置绞吸船吹填砂质土施工技术

为适应香港某吹填工程严格的环保要求,创新改造普通绞吸船,并提出一种加装砂斗装置的绞吸船吹填施工工艺。针对改造后船舶施工效率较低、吹填砂易外漏、砂斗易堵口等问题,基于型号公称产量2000~3000 m³/h的加装砂斗装置绞吸船,采用试验类比和现场数据采集论证的方法,提出效率控制要点、环境保护措施以及格栅改造思路,同时分析得出船舶施工不同砂质情况下的最优工况。结果表明:施工机制砂平均效率可达800 m³/h以上、施工海砂平均效率可达1500 m³/h以上,同时降本环保。     

重型绞吸式挖泥船挖掘中风化岩影响因素分析

针对目前国内外疏浚岩石理论及岩石疏挖工艺研究较少的现状,以重型绞吸式挖泥船在中风化岩石条件下的挖掘施工数据为基础,提出了疏浚岩体基本质量指标修正值[BQ]TH,并对中风化岩石性质与施工参数的相互影响因素进行分析。结果表明,绞刀切片厚度、绞刀转速、绞刀功率等施工参数与岩体基本质量指标修正值[BQ]TH的相关性较好,并拟合得出相应的经验公式,对挖岩工艺的改进具有指导意义。