[摘 要] 船载混凝土搅拌站是以工程驳船为载体, 用于跨海、跨江大桥等水上建设工程的混凝土生产设备。该文论述了船载搅拌站的设计要求、主机配置及各主要系统方案设计。
[关键词] 搅拌站; 船载搅拌站; 方案设计
我国商品砼经过20年的发展现已在大中城市得到全面推广, 用于商品砼生产的搅拌站生产率从初期的20、25m3/h到目前的120、150m3/h,搅拌站(楼)的生产量达到了700套/年, 但这些搅拌站都是应用在城市、陆地上。随着我国经济的发展, 尤其是沿海城市及周边地区的发展, 大跨度的跨海、跨江大桥的建设为水上搅拌设备的开发与发展提供了舞台。本文以2000t级搅拌船为例, 探讨船载搅拌站的设计与应用。
1 设计要求
搅拌站船体选定载重量为2000t的无动力工程驳船, 要求能在Ⅲ类航区, 6级风浪、112m浪高以下的条件下船体摆动±4°时能正常作业。其设计生产能力为120m3/h,单船连续作业能力应达到650m3砼,并配置固定式砼输送泵及船用砼布料杆,砂石料补给采用抓斗吊将运输驳船上的砂石料卸到搅拌船的料仓中。
考虑设计方案时应注意到水上搅拌作业与陆地生产的不同特点:①陆地生产除在主机内进行物料搅拌外,在搅拌输送车运送过程中还有足够的时间进行搅拌,而水上搅拌作业基本不存在运距的问题, 因此按工艺规程需要的搅拌时间完全由主机实现;②船体在海浪及水流的作用下处于波动状态,其称量机构工作环境不同于陆地搅拌站, 要有一个稳固的基础; ③由于水上维修通讯联系等不很方便, 因此设备所用的零部件除了要满足水上作业的标准外还必须是高可靠性的。
2 技术难点
船载搅拌站不同于陆地搅拌站, 船体的稳定性和物料计量的准确性是其中的主要难点。
在搅拌船生产砼的过程中, 随着物料的逐步消耗船体的平衡随之变化, 在方案设计中, 料场、料仓的布置对船体的稳定性产生动态影响; 搅拌站、布料机、克令吊等对船体的稳定性产生静态影响,因此要使搅拌船在作业中保持稳定性和安全性,如何布置水仓或随时调整压仓水来保持船体平衡是设计要点之一。
水上作业时船体在波浪及水流的作用下产生摇摆, 这将对物料的称量精度产生影响。通常使用的称量机构有杠杆传感器、多传感器悬挂、多传感器座式和变频皮带连续式等形式, 选择哪一种更适应船载搅拌站使用也是设计中的关键问题。
3 方案设计
在综合上述分析以及用户提出设计要求的基础上, 与船体设计人员协调后, 确定了如图1的设计方案。
图1 120m3/h 船载搅拌站示意图
搅拌船的主要配置有搅拌船主体、输送系统、物料贮存系统、物料计量系统、用于砂石补给的克令吊、砼输送泵和带式砼布料系统、发电机组以及船体。
3．1 主机配置
采用双机组、双粉料供料, 共用一套砂石料供料系统有利船体的平衡, 同时通过船内压仓水的布置来达到船体的稳定性要求。
根据生产率设计要求确定主机为2×1125m3立轴行星搅拌机, 搅拌周期定为75s,其设计最大生产率
Qj=2×1125×3600/75=120m3/h 。
3．2 粉料输送系统
按设计最大生产率的工作周期75s、搅拌时间14s计算, 则螺旋机的输送时间ts<75-14=61s ,取ts=50s, 则生产率
Q1=1125×500×3600/(50×1000)=45t/h
若考虑两种粉料的叠加计量, 则生产率
Q1′=1125×500×3600/(30×1000)=75t/h
3．3 砂石料输送系统
砂石料采用皮带机输送, 由于采用单套输送系统供两套搅拌系统, 则其必须在一个工作周期内完成两次输送。因计量时间可与输送时间重叠, 故输送时间tp<75/2-14=2315s，取tp =23s , 则其生产率Qp =1125×2100×3600/(23×1000)= 410t/h。
3．4 称量系统
分析比较了各种形式的称量机构后我们选择了技术先进的杠杆平衡秤, 它具备精度高, 不受振动、摇晃、风力等影响的特点, 经过实验在±5°摆动的状态下能满足砼生产的计量要求; 同时还可在计量系统中预留微机核子秤安装接口, 其采用对连续的物料进行边界的无接触扫描计算来计量物料,以满足船体在较大摆动及失重状态下仍能保证计量精度。
通过船载搅拌站项目的实施, 将为商品砼搅拌站的技术应用于水上砼搅拌站而提供经验并打下基础, 使建筑机械为跨海、跨江大桥和码头的建设作出新的贡献。
