obschee

где dср – средний диаметр частиц породы, мм; di, Pi – средний диаметр частиц, мм, и массовое содержание частиц i-ой фракции; hп – глубина потока; k, n – коэффициенты, которые зависят от конкретных условий.

Размывная скорость возрастает с увеличением диаметра частиц,

то есть она зависит от фракционного состава породы.

В результате всасывания грунта вокруг наконечника всасывающей трубы образуется выемка. По мере ее углубления расстояние от наконечника до забоя увеличивается, проходное сечение зазора всасывания растет, что вызывает уменьшение средней скорости потока в зазоре и интенсивность эрозионного размыва породы. Если средняя скорость в зазоре всасывания станет меньше размывной скорости, то процесс размыва остановится. Выемка, которая образовалась в результате, представляет собой воронку граничного размыва, показанная на рисунке 3.27.

Глубину воронки граничного размыва можно определить из уравнения

v	D2	v	р	2 R2	,	(3.40)
вс	вс

где R – радиус полусферы, на которой радиальные скорости потока жидкости равны размывной скорости.

Выразив радиус полусферы R через глубину воронки hв,

получим формулу для определения глубины воронки граничного размыва (то есть максимальную высоту зазора всасывания):

h z	Dвс			вс		,	(3.41)
в	2			2 р
	71

где z – погружение всасывающей трубы.

Диаметр воронки граничного размыва по верху

Dв 2 hв ctg 2 z ctg Dвс,

(3.42)

где α – угол динамического уклона; β – угол природного уклона. Для песчаных пород под водой α=28…30°, β=30…40°.

Интенсивность всасывания зависит от скорости движения воды в наконечнике, которая может изменяться в пределах 0,5…3 м/с.

Практика показывает, что наиболее благоприятные условия всасывания некоторых пород имеют место при скорости движения воды 1…2 м/с.

Размеры воронки всасывания зависят от расхода гидросмеси, которая всасывается, диаметра частиц породы, размыва всасывающего отверстия и величины углубления его в грунт. Следует учитывать, что при значительном уменьшении зазора всасывания входные расходы напора во всасывающей линии могут превысить всасывающую способность насоса, и наступает режим кавитации.

Таким образом, для обеспечения эффективной работы всасывающего устройства необходимо производить гидравлический расчет всасывающей линии грунтового насоса для соответствующих условий грунтозабора с учетом параметров слоя твердого материала.

3.4.3 Землесосные снаряды Землесосные снаряды – это плавающие машины, которые

добывают грунт из-под воды и в виде водогрунтовой смеси (пульпы)

перекачивают этот грунт на некоторое расстояние. Землесосные

72

снаряды используются в строительстве, горной промышленности и для дноуглубления.

В гидротехническом строительстве землесосные снаряды выполняют разнообразнейшие земляные работы, основными из которых является разработка котлованов под гидротехнические сооружения,

сведение плотин и других насыпов. В горной промышленности землесосные снаряды широко используют при разработке песчано-

гравийных месторождений, а также для выемки материала из шламонакопителей обогатительных фабрик.

Землесосные снаряды, которые применяются в строительных и горных работах, отличаются от снарядов для дноуглубления тем, что они не приспособлены для работы на судоходных фарватерах и, чаще всего, не имеют автономных силовых установок. Дноуглубляющие снаряды приспособлены для буксировки на большие расстояния и иногда даже имеют собственные двигатели, которые позволяют им самостоятельно совершать далекие переходы.

Особенности дноуглубляющих работ, как правило, позволяют обходиться малыми напорами грунтовых насосов; горные и строительные работы наоборот, чаще требуют больших напоров.

Землесосные снаряды классифицируются:

1. По назначению:

- дноуглубляющие (речные и морские);

- для применения в гидротехническом строительстве; - для горной промышленности.

2. По типу агрегата. В последние годы наряду с насосами на землесосных снарядах как основной агрегат начинают применять

водоструйные насосы (эжекторы) и эрлифты.

73

3. По способу грунтозабора. Известны три принципиально разных способа грунтозабора, в соответствии с чем землесосные снаряды делятся на такие типы:

- которые разрабатывают грунт путем непосредственного его

всасывания из-под воды;

- которые всасывают грунт с предварительным разрыхлением

его механическим способом;

- которые всасывают грунт с предварительным разрыхлением

его гидравлическим способом.

4. По способу транспортировки грунта:

-которые перекачивают грунт по плавучему пульповоду;

-которые подают грунт по подвесному пульповоду, который иногда называют лонгкулуаром;

-которые загружают пульпу в расположенную рядом баржу или выкидывают струей на берег.

5. По способу управления:

- с ручным управлением, которое совершает оператор;

- с автоматическим управлением, которое совершается при

помощи специальных устройств, регулирующих работу отдельных исполнительных механизмов и землесосного снаряда в целом.

6. По способу энергоснабжения:

-автономные снаряды, на которых смонтированы первичные двигатели, которые обеспечивают энергией все рабочие механизмы снаряда;

-снаряды со снабжением от внешних электросетей –

электроземлесосные снаряды.

74

7. По способу рабочих перемещений, которым обеспечивается постоянный контакт между грунтозаборным устройством и

разрабатываемым грунтом:

- якорные; - свайно-якорные;

- без якорные, в которых грунтозаборное устройство основные рабочие перемещения делает независимо от корпуса снаряда.

8. По конструкции корпуса:

-неразборные, корпусы которых представляют собой один конструктивный элемент;

-разборные, корпусы которых состоят из отдельных понтонов или секций, допускающие разборку, чем облегчается транспортировка снарядов.

9. По перемещению основного оборудования. В зависимости от

того, где смонтированы грунтовые насосы, различают:

-палубные землесосные снаряды, грунтовые насосы которых смонтированы на палубе;

-трюмные, грунтовые насосы которых смонтированы в трюме;

-землесосные снаряды с погруженными грунтовыми насосами;

грунтовые насосы этих снарядов смонтированы на раме

грунтозаборного устройства и во время работы погружены в воду.

10. По количеству грунтовых насосов:

-однонасосные;

-двунасосные, грунтовые насосы которых могут быть соединены последовательно или параллельно. На некоторых снарядах насосы в зависимости от конкретных условий могут соединяться как последовательно, так и параллельно.

75

11. По наличию на борту жилищных помещений:

-такие, которые не имеют жилищных кают;

-такие, которые имеют жилищные каюты.

Основными параметрами землесосного снаряда являются

производительность землесосного снаряда по грунту, напор, который способен развивать грунтовой насос земснаряда, и максимальная глубина, с которой землесосный снаряд может добывать грунт.

3.4.4 Конструкция землесосного снаряда

Типичный землесосный снаряд, предназначенный для использования в гидротехническом строительстве или в горной промышленности, показанный на рисунке 3.28, состоит из плавучего корпуса 5, на котором смонтировано оборудование: грунтозаборное устройство 1 с механизмом его подъема и опускания 2, грунтовой насос

7 с электрическим или дизельным двигателем, способы для рабочих перемещений лебедки 4, 8, и прикалываемые сваи 9, палубные надстройки 6, а также вспомогательное оборудование – дополнительные насосы, контрольно-измерительные приборы, способы управления и автоматизации, и вспомогательные устройства общесудового характера.

Грунтозаборное устройство является самым важным узлом землесосного снаряда и определяет эффективность работы снаряда в целом. Назначение грунтозаборного устройства состоит в непрерывном отделении грунта от забоя и смешивании этого грунта с водой.

Существует большое количество разных систем грунтозаборных устройств, основные из которых рассмотрены в п. 3.4.5.

Грунтозаборное устройство монтируется на раме, которая подвешивается к корпусу снаряда на шарнире и может вращаться в вертикальной (а иногда – и в горизонтальной) плоскости.

76

1 – грунтозаборное устройство; 2 – стрела; 3 – всасывающий трубопровод; 4, 8 – лебедки; 5 – корпус; 6 – палубные надстройки; 7 – грунтовой насос; 9 – прикалываемые сваи; 10 – напорный трубопровод

Рисунок 3.28 – Схема землесосного снаряда

Всасывающий трубопровод 3 (рис. 3.28) соединяет грунтозаборное устройство со всасывающим патрубком грунтового насоса. Его диаметр выбирается в зависимости от производительности грунтового насоса и, в определенной степени, от размеров частиц грунта, который разрабатывается. Всасывающий трубопровод должен иметь малое гидравлическое сопротивление и высокую герметичность.

Важным узлом всасывающего трубопровода является гибкое соединение между подвижным участком трубопровода, закрепленного на раме грунтозаборного устройства, и неподвижного – проложенного по корпусу снаряда.

Механизм для подъема и опускания грунтозаборного устройства обычно состоит из одной или двух лебедок, системы блоков и стрелы.

На современных землесосных снарядах подъем и опускание

77

грунтозаборного устройства осуществляется при помощи гидроцилиндров.

Грунтовой насос 7 (рис. 3.28), или, как иногда говорят

«землесос», служит для передачи энергии потока пульпы и обеспечивает ее движение во всасывающих и напорных коммуникациях землесосного снаряда. Грунтовой насос является главной машиной,

которая преобразовывает основную часть энергии затрачиваемой землесосным снарядом в полезную работу по перемещению грунта.

Технологически целесообразно грунтовой насос разместить как можно ниже и как можно ближе к грунтозаборному устройству. Это позволяет уменьшить вакуум во всасывающем тракте, или даже создать

некоторый	подпор,	который	приведет	к	повышению
производительности землесосного снаряда.
Напорные трубопроводы 10 (рис. 3.28) соединяют напорный
патрубок	грунтового	насоса	с береговыми		трубопроводами

(пульповодами), по которым пульпа подается к месту укладки грунта.

Напорные коммуникации состоят из двух участков: корпусной и плавучей, которую называют гибким плавучим пульповодом. Важными узлами напорного трубопровода являются гибкие соединения между его корпусной и плавучими участками (рис. 3.29, а). Эти соединения не должны препятствовать рабочим перемещениям землесосного снаряда.

Чаще всего используют вертикальные сальниковые шарниры, которые

обеспечивают поворот в горизонтальной плоскости на угол до 360°,

рисунок 3.29 б, и шаровые шарниры (рис. 3.29, в), которые позволяют секциям плавучего пульповода поворачивать на небольшие углы

(до 20°) в вертикальной, горизонтальной плоскости и вокруг своей оси.

Корпус 5 землесосного снаряда (рис. 3.28) является плавучей базой, на который монтируются все устройства снаряда, кроме плавучей

78

части напорного трубопровода находящийся на самостоятельных

понтонах. Корпус снаряда должен иметь достаточный запас плавучести

и остойчивости.

Насосы, которые подают чистую воду, являются очень важным

вспомогательным оборудованием землесосных снарядов. Основным

потребителем чистой воды являются грунтовые насосы, к которым она

подается для промывания зазоров между деталями с целью снижения

изнашивания. Кроме того, чистая вода подается к эжекторам для всасывания воздуха при запуске грунтовых насосов, в подшипники валовой линии привода фрезерных разрыхлителей, в сальниковые компенсаторы для уплотнения и еще к целому ряду точек.

Вспомогательные насосы располагаются ниже ватерлинии, благодаря

чему они всегда готовы к пуску.

1 – земснаряд; 2 – вертикальный шарнир; 3 – шаровые шарниры; 4 – звено плавучего пульповода; 5 – понтон

Рисунок 3.29 – Схема соединения пульповода землесосного снаряда с первым звеном плавучего пульповода (а), конструкции вертикального сальникового (б) и шарового (в) шарниров

79

3.4.5 Грунтозаборные устройства землесосных снарядов Грунтозаборные устройства землесосных снарядов

отличаются от подобных устройств всех других землеройных машин тем, что они не только отделяют грунт и передают его каким-либо механизмам для перемещения, но и смешивают грунт с водой для гидротранспортировки. Рациональная конструкция грунтозаборного устройства определяет эффективность работы землесосного снаряда в целом.

К конструкции грунтозаборных устройств предъявляют такие

требования: максимальная простота и в тоже время возможность

эффективной разработки определенных групп грунтов, которые встречаются в пределах одного объекта; обеспечение оптимальной производительности установленного на землесосном снаряде грунтового насоса; возможность разработки грунта на заданной глубине.

Существующий в арсенале гидромеханизаторов большой набор разных грунтозаборных устройств позволяет разрабатывать почти все виды грунтов (кроме скальных). При выборе вида грунтозаборного устройства для землесосных снарядов учитывают два основных фактора, которые определяют эффективность их применения, – глубину разработки и тип разрабатываемого грунта.

Существующие грунтозаборные устройства могут быть разделены на две основные группы: грунтозаборные устройства

непосредственного всасывания без разрыхления, и такие, в которых

для повышения интенсивности грунтозабора применяют устройства,

которые разрыхляют.

Всасывающие наконечники по своей форме делятся на круглые,

эллиптические и щелевидные (рис. 3.30).

80