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摘要：本文结合工程实例，通过阐述磨耗的基本原理和磨耗限度，分析了绞吸式挖泥船在磨耗大的土质条件下，如何减小绞吸式挖泥船的磨耗。
关键词：磨耗原因限度措施
中图分类号：TU71 文献标识码：A 文章编号：
本工程为大连船舶重工集团船务工程有限公司修船建设项目码头前沿水域及港池疏浚工程，位于大连长兴岛临港工业区内，总疏浚面积约65.9万㎡，设计挖深-9.2m，土质主要为粉质粘土、中粗砂（含砾石）、块石等，土质条件较为复杂。本工程投入一条IHC8527型绞吸式挖泥船，标称生产率为4300m³/h，配套管线长度约为7000m。工程实施前期，船舶及管线磨耗严重，经测算，陆地管线磨耗速率达到了1mm/13万方，如此大的磨耗，将对整个船舶及管线造成了严重的损坏，这也是我们工前准备阶段没有预想到的。对此，项目组专门组织了工况研讨会，在公司相关部门的支持、指导下，采取了一些有效的应对措施，取得了良好的效果。
绞吸式挖泥船机具磨耗原因分析
在疏浚过程中，疏浚土磨耗挖泥船机具是客观存在的必然现象，当今挖泥机具磨耗已成为疏浚工程经济型方面的重要课题。对于绞吸式挖泥船，其磨耗部位主要表现在绞刀、泥泵（包括叶轮、衬板和泵壳）、吸排泥管（包括船体管线、水上、水下排泥管线和陆地排泥管线）等设备。通常情况下，土质颗粒的粒径与硬度对于挖泥机具的磨耗至关重要，砾石类对挖泥机具磨耗最为突出，其次是卵石、沙以及松土类和淤泥质土，并以此递减。造成机具磨耗的其他因素是泥浆通过管路的速度，另外管线弯头的磨耗大于直管磨耗，原因是局部阻力所致。
绞吸船管路的磨耗可分为变形磨耗（冲击)和切削磨耗(滑动)两种类型。变形磨耗是固体颗粒法向冲击引起的，在输浆管路的弯曲点和管道内部的流向变化处如弯管、阀门及钢管与橡胶管结合部发生；切削磨耗是固体颗粒斜向冲击引起，众所周知只有固体颗粒的硬度大于管壁表面的硬度时才会发生。
绞吸船主要磨耗部件磨耗限度
绞刀头
其大圈的板厚磨耗量为10mm和原板厚50%中的两者取较小值；
刀片的厚度磨耗量为30%，宽度磨耗量为10%；
刀齿磨耗量为以齿身长度的2/5为限。
吸、排泥管
吸、排泥管的壁厚，为其原厚度的1/4。
排泥管磨耗计算公式：
式中，为每输送一百万方土方的磨耗量mm；为土壤颗粒中值粒径（0.1mm
<<10mm）;V为泥浆在管内流速（m/s）;HB为管壁布氏硬度值（kg/mm2）。
由上式可以看出管路中的磨耗和泥浆流速、土颗粒中值粒径、管壁硬度等有关。
3、泥泵系统
在泥泵的排水量和排除压力降低，以及发生振动等运转状态时，应检查其磨耗程度是否超过极限值。泥泵各部件的磨耗极限值为：
（1）叶轮
叶轮出口部的外径及局部磨耗=0.03~0.04D（D叶轮直径）；
叶轮入口部的入口径及其局部磨耗≈0.04d（d叶轮入口径）；
叶轮前板的局部磨耗=0.5F（F叶轮前板厚度）；
叶轮后板的局部磨耗≈0.5B（B叶轮后板厚度）。
（2）内壳及单面壳板
涡壳部里面的局部磨耗=0.8t（前、后衬板厚度，但其最小的余厚为15~20mm左右）；
前后衬板嵌入处的磨耗量与前后衬板要求相同。
（3）前后端衬板
前后端衬板的厚度，其局部磨耗=0.25~0.5t（t前后衬板厚度）；
内壳或单面板和前后衬板的外周间隙，其局部磨耗=2c（内壳或单面板和前后衬板外周间隙--新造时）
三、应对不同部件磨耗采取的措施
本工程位于大连长兴岛工业区内，土质状况较为复杂（土质主要为中粗砂、砾石），加之该工程所处区域为原海参养殖圈，疏浚区域内含有大量的块石，对绞吸船机具的磨耗较为严重。绞吸式挖泥船磨耗的主要部位为绞刀齿、绞刀本体、泥泵系统、吸排泥管线等，针对上述部位，在具体的施工过程中，分别采取相应的施工管理措施对策，改进施工工艺，有效减小了磨耗。
1、绞刀部位
（1）刀齿
绞刀齿类型可分为宽齿、凿齿和尖齿。在起初试挖阶段，我们使用的是宽齿，因土质硬、磨耗大，挖掘时绞刀压力较大，宽齿磨耗非常快，且生产效率低。经改进施工工艺，我们将每个刀臂的前3个刀齿改换成尖齿，刀臂后面的刀齿仍然使用宽齿，经试验，刀齿磨耗速率减慢，绞刀挖掘效率有了明显的增强。
另外提高刀齿抗磨性的最好方法是增强齿面的抗磨性。起初，我们采用在齿面上堆焊2-4mm的抗磨层，这种方法能起到一定的防护作用，但缺点是费时费力，而且堆焊层在使用中易发生裂纹和剥落现象，增加维修和更换层数，成本也随之增高。经改进，采用铸造方法直接铸造出具有较高抗磨性的绞刀齿，即在齿面抗磨层采用高铬铸铁，厚度为7mm，这种方法可大大提高刀齿的抗磨性和使用性，综合性能明显优于堆焊式方法。
刀臂
绞刀在水下挖掘过程中，始终处于旋转的状态，绞刀臂直接和泥沙相互摩擦，为减小刀臂的磨耗，采取在刀臂外面加焊格栅状耐磨圆钢的方法，可有效减轻刀臂磨耗。另外，本工程大块石多，若直接疏挖，则大块石容易导致泥泵堵塞、加大管路的磨耗。因此在刀臂上，交错对焊挡板（耐磨钢板），可以减少大块石进入泥泵及管路系统，减小磨耗。
泥泵部位
我公司投入本工程施工的IHC8527型挖泥船，水下泵额定转速为348rpm，甲板泵额定转速为325rpm，泥泵在施工过程中，始终处于高速旋转的状态，其磨损较其他部位更甚。对于泥泵的磨耗，现阶段采取的主要措施为采用高耐磨性材质铸造，对于泥泵的修复措施则较为复杂，目前还没有较为理想的修复措施。
3、管线
对于水上管，其最靠近绞吸船位置，承受的压力大，管线磨耗也大，鉴于此种情况，采用昂贵的自浮橡胶管代替钢管形式，其耐磨性能大大优于钢管。
对于水下及陆地排泥管线的钢管，本工程前期施工时采用普钢材质的钢管，经测算磨损速率为1mm/13萬方，远远超过了我们对于本工程的磨损预期。为顺利实施完成本工程，提高综合效益，我们迅速调集了一批16锰钢材质的钢管（低合金高强度结构钢，钢板厚度为20mm），在施工过程中逐渐替换掉原来的钢管。这种材质比普钢强度大，耐磨性能好，后经测厚比较，其磨损速率为1mm/58万m³，钢管的使用寿命增大了几倍.
另外采用弯头区域，由于受水头压力和冲击力双重作用力作用，其磨损速率较直管快，在制作时，采用的钢板厚度为35mm，可有效增加了其使用时间。
4、管线管理措施
在管线管理过程中，采取如下措施也可有效减小管线磨耗，延长管线使用寿命：
管线组装时，采用的螺杆和管线法兰螺丝孔相匹配，以螺杆恰好穿进螺孔为准，否则，若螺孔过大，螺杆相对较小，则容易导致钢管法兰之间对接不平整（
加大底部对接处的磨耗速度。定期定点测厚，管线翻面，并做数据分析。经分析本工况，底部磨耗速率最大，底部往两侧90°夹角区域，磨耗明显减小，为提高管线的利用率，决定每90°翻面一次。
（3）控制泥浆流速。通过上文中排泥管磨耗计算公式可知，磨耗速度和泥浆流速的2.5~3.0方成正比，流速变化，可引起磨耗速度更大的变化。因此在保证施工安全、船舶生产效率的前提下，通过调整泥泵转速、泥浆浓度等措施，控制好泥浆在管道中的流速。我公司在工程施工前期，为提高船舶小时产量，泥浆流速基本维持在6.0m/s以上，后经改进，将流速控制在4.5m/s-5.0m/s之间，管线的磨耗明显降低
三 结论
在绞吸船疏浚过程中，磨耗是其中所消耗的一笔较大的费用，因此对疏浚管理人员来说，其是至关重要而不容被忽视的。掌握磨耗的相关原理，并在具体的施工过程中注重记录，加以归纳、分析，就能够对磨耗作出合理的预测。本文通过简单介绍磨耗的基本原理，对具体的工程实例提出了一些减小磨耗的施工管理措施，取得了较为理想的效果，对于以后实施类似工程具有一定的借鉴参考价值。
参考文献
【1】《水力疏浚原理》上海航道局译；
【2】《疏浚工程手册》 上海航道局等
【3】《疏浚与吹填工程施工规范》（JTS207-2012）交通运输部
【4】梁羽飞《疏浚工程输泥管道磨耗问题成因分析》
【5】邓忠起等《挖泥船绞刀齿复合铸造》
关键词：磨耗原因限度措施
中图分类号：TU71 文献标识码：A 文章编号：
本工程为大连船舶重工集团船务工程有限公司修船建设项目码头前沿水域及港池疏浚工程，位于大连长兴岛临港工业区内，总疏浚面积约65.9万㎡，设计挖深-9.2m，土质主要为粉质粘土、中粗砂（含砾石）、块石等，土质条件较为复杂。本工程投入一条IHC8527型绞吸式挖泥船，标称生产率为4300m³/h，配套管线长度约为7000m。工程实施前期，船舶及管线磨耗严重，经测算，陆地管线磨耗速率达到了1mm/13万方，如此大的磨耗，将对整个船舶及管线造成了严重的损坏，这也是我们工前准备阶段没有预想到的。对此，项目组专门组织了工况研讨会，在公司相关部门的支持、指导下，采取了一些有效的应对措施，取得了良好的效果。
绞吸式挖泥船机具磨耗原因分析
在疏浚过程中，疏浚土磨耗挖泥船机具是客观存在的必然现象，当今挖泥机具磨耗已成为疏浚工程经济型方面的重要课题。对于绞吸式挖泥船，其磨耗部位主要表现在绞刀、泥泵（包括叶轮、衬板和泵壳）、吸排泥管（包括船体管线、水上、水下排泥管线和陆地排泥管线）等设备。通常情况下，土质颗粒的粒径与硬度对于挖泥机具的磨耗至关重要，砾石类对挖泥机具磨耗最为突出，其次是卵石、沙以及松土类和淤泥质土，并以此递减。造成机具磨耗的其他因素是泥浆通过管路的速度，另外管线弯头的磨耗大于直管磨耗，原因是局部阻力所致。
绞吸船管路的磨耗可分为变形磨耗（冲击)和切削磨耗(滑动)两种类型。变形磨耗是固体颗粒法向冲击引起的，在输浆管路的弯曲点和管道内部的流向变化处如弯管、阀门及钢管与橡胶管结合部发生；切削磨耗是固体颗粒斜向冲击引起，众所周知只有固体颗粒的硬度大于管壁表面的硬度时才会发生。
绞吸船主要磨耗部件磨耗限度
绞刀头
其大圈的板厚磨耗量为10mm和原板厚50%中的两者取较小值；
刀片的厚度磨耗量为30%，宽度磨耗量为10%；
刀齿磨耗量为以齿身长度的2/5为限。
吸、排泥管
吸、排泥管的壁厚，为其原厚度的1/4。
排泥管磨耗计算公式：
式中，为每输送一百万方土方的磨耗量mm；为土壤颗粒中值粒径（0.1mm
<<10mm）;V为泥浆在管内流速（m/s）;HB为管壁布氏硬度值（kg/mm2）。
由上式可以看出管路中的磨耗和泥浆流速、土颗粒中值粒径、管壁硬度等有关。
3、泥泵系统
在泥泵的排水量和排除压力降低，以及发生振动等运转状态时，应检查其磨耗程度是否超过极限值。泥泵各部件的磨耗极限值为：
（1）叶轮
叶轮出口部的外径及局部磨耗=0.03~0.04D（D叶轮直径）；
叶轮入口部的入口径及其局部磨耗≈0.04d（d叶轮入口径）；
叶轮前板的局部磨耗=0.5F（F叶轮前板厚度）；
叶轮后板的局部磨耗≈0.5B（B叶轮后板厚度）。
（2）内壳及单面壳板
涡壳部里面的局部磨耗=0.8t（前、后衬板厚度，但其最小的余厚为15~20mm左右）；
前后衬板嵌入处的磨耗量与前后衬板要求相同。
（3）前后端衬板
前后端衬板的厚度，其局部磨耗=0.25~0.5t（t前后衬板厚度）；
内壳或单面板和前后衬板的外周间隙，其局部磨耗=2c（内壳或单面板和前后衬板外周间隙--新造时）
三、应对不同部件磨耗采取的措施
本工程位于大连长兴岛工业区内，土质状况较为复杂（土质主要为中粗砂、砾石），加之该工程所处区域为原海参养殖圈，疏浚区域内含有大量的块石，对绞吸船机具的磨耗较为严重。绞吸式挖泥船磨耗的主要部位为绞刀齿、绞刀本体、泥泵系统、吸排泥管线等，针对上述部位，在具体的施工过程中，分别采取相应的施工管理措施对策，改进施工工艺，有效减小了磨耗。
1、绞刀部位
（1）刀齿
绞刀齿类型可分为宽齿、凿齿和尖齿。在起初试挖阶段，我们使用的是宽齿，因土质硬、磨耗大，挖掘时绞刀压力较大，宽齿磨耗非常快，且生产效率低。经改进施工工艺，我们将每个刀臂的前3个刀齿改换成尖齿，刀臂后面的刀齿仍然使用宽齿，经试验，刀齿磨耗速率减慢，绞刀挖掘效率有了明显的增强。
另外提高刀齿抗磨性的最好方法是增强齿面的抗磨性。起初，我们采用在齿面上堆焊2-4mm的抗磨层，这种方法能起到一定的防护作用，但缺点是费时费力，而且堆焊层在使用中易发生裂纹和剥落现象，增加维修和更换层数，成本也随之增高。经改进，采用铸造方法直接铸造出具有较高抗磨性的绞刀齿，即在齿面抗磨层采用高铬铸铁，厚度为7mm，这种方法可大大提高刀齿的抗磨性和使用性，综合性能明显优于堆焊式方法。
刀臂
绞刀在水下挖掘过程中，始终处于旋转的状态，绞刀臂直接和泥沙相互摩擦，为减小刀臂的磨耗，采取在刀臂外面加焊格栅状耐磨圆钢的方法，可有效减轻刀臂磨耗。另外，本工程大块石多，若直接疏挖，则大块石容易导致泥泵堵塞、加大管路的磨耗。因此在刀臂上，交错对焊挡板（耐磨钢板），可以减少大块石进入泥泵及管路系统，减小磨耗。
泥泵部位
我公司投入本工程施工的IHC8527型挖泥船，水下泵额定转速为348rpm，甲板泵额定转速为325rpm，泥泵在施工过程中，始终处于高速旋转的状态，其磨损较其他部位更甚。对于泥泵的磨耗，现阶段采取的主要措施为采用高耐磨性材质铸造，对于泥泵的修复措施则较为复杂，目前还没有较为理想的修复措施。
3、管线
对于水上管，其最靠近绞吸船位置，承受的压力大，管线磨耗也大，鉴于此种情况，采用昂贵的自浮橡胶管代替钢管形式，其耐磨性能大大优于钢管。
对于水下及陆地排泥管线的钢管，本工程前期施工时采用普钢材质的钢管，经测算磨损速率为1mm/13萬方，远远超过了我们对于本工程的磨损预期。为顺利实施完成本工程，提高综合效益，我们迅速调集了一批16锰钢材质的钢管（低合金高强度结构钢，钢板厚度为20mm），在施工过程中逐渐替换掉原来的钢管。这种材质比普钢强度大，耐磨性能好，后经测厚比较，其磨损速率为1mm/58万m³，钢管的使用寿命增大了几倍.
另外采用弯头区域，由于受水头压力和冲击力双重作用力作用，其磨损速率较直管快，在制作时，采用的钢板厚度为35mm，可有效增加了其使用时间。
4、管线管理措施
在管线管理过程中，采取如下措施也可有效减小管线磨耗，延长管线使用寿命：
管线组装时，采用的螺杆和管线法兰螺丝孔相匹配，以螺杆恰好穿进螺孔为准，否则，若螺孔过大，螺杆相对较小，则容易导致钢管法兰之间对接不平整（
加大底部对接处的磨耗速度。定期定点测厚，管线翻面，并做数据分析。经分析本工况，底部磨耗速率最大，底部往两侧90°夹角区域，磨耗明显减小，为提高管线的利用率，决定每90°翻面一次。
（3）控制泥浆流速。通过上文中排泥管磨耗计算公式可知，磨耗速度和泥浆流速的2.5~3.0方成正比，流速变化，可引起磨耗速度更大的变化。因此在保证施工安全、船舶生产效率的前提下，通过调整泥泵转速、泥浆浓度等措施，控制好泥浆在管道中的流速。我公司在工程施工前期，为提高船舶小时产量，泥浆流速基本维持在6.0m/s以上，后经改进，将流速控制在4.5m/s-5.0m/s之间，管线的磨耗明显降低
三 结论
在绞吸船疏浚过程中，磨耗是其中所消耗的一笔较大的费用，因此对疏浚管理人员来说，其是至关重要而不容被忽视的。掌握磨耗的相关原理，并在具体的施工过程中注重记录，加以归纳、分析，就能够对磨耗作出合理的预测。本文通过简单介绍磨耗的基本原理，对具体的工程实例提出了一些减小磨耗的施工管理措施，取得了较为理想的效果，对于以后实施类似工程具有一定的借鉴参考价值。
参考文献
【1】《水力疏浚原理》上海航道局译；
【2】《疏浚工程手册》 上海航道局等
【3】《疏浚与吹填工程施工规范》（JTS207-2012）交通运输部
【4】梁羽飞《疏浚工程输泥管道磨耗问题成因分析》
【5】邓忠起等《挖泥船绞刀齿复合铸造》