CC BY
113
------------------------------ © С.П. Огородников, В.Б. Сладков,
С.М. Штин, 2006
С.П. Огородников, В.Б. Сладков, С.М. Штин
ГРУНТОЗАБОРНЫЕ УСТРОЙСТВА ЗЕМСНАРЯДОВ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ПОДВОДНЫХ ТРАНШЕЙ И ПРОФИЛЬНЫХ ПРОТЯЖЕННЫХ ВЫЕМОК В ГЛИНИСТЫХ ГРУНТАХ
~П настоящее время в нашей стране и за рубежом подводные -я-Э траншеи под газо- и нефтепроводы, при прокладке трубопроводов в шельфовой зоне морей, при устройстве разных трубопроводных коммуникаций создаются преимущественно с использованием специальной техники горизонтального бурения по методу кротования.
Но такая технология весьма сложная и весьма дорогая. По этой причине рядом гидромеханизированных организаций (НПО «Судоремонт» и ЦКБ «Лазурит», г. Нижний Новгород; лабораторией «Гидромеханизации» ТГТУ, г. Тверь; РАО «Газпром», г. Москва и др.) в 90-х годах был заключен договор на разработку рабочего органа, способного создавать подводные траншеи под трубопроводные коммуникации по более простой и более дешевой технологии
- открытым способом с использованием землесосных снарядов.
Таким рабочим органом на начальном этапе упомянутых работ был признан фрезерно-шнековый рыхлитель (ФШР) конструкции НПО «Судоремонт», включённый в технический проект земснаряда «19 000» конструкции ЦКБ «Лазурит» для создания подводных траншей в Байдарацкой губе Карского моря.
Этот рыхлитель состоял из двух вертикальных фрезерношнековых модулей, каждый из которых включал пятиножевой шнек, вращающийся на всасывающей трубе, фрезу и приваренную между ними крестовину, через которую с помощью вала, проходящего внутри трубы, осуществлялся привод модулей.
Затем была осуществлена модернизация рыхлителя. Из конструкции ФШР были исключены крестовины, валы, подшипники скольжения между шнеками и всасывающей трубой, а шнеки стали
Рис. 1. Шнеко-фрезерный рыхлитель на песке перед подготовкой в забое
крепиться с помощью фланцевых соединений непосредственно к трубчатым валам редуктора.
В целом шнеки и фрезы обеспечивали резание грунта и одновременно осевую передачу его шнеками сверху-вниз, а фрезами - снизу-вверх к входному сечению всасывающей трубы, расположенной в плоскости приварки шнеков и фрез.
Предполагалось, что при таком встречном перемещении грунта он будет аккумулировать грунт в зоне всасывания и обеспечивать высокую консистенцию гидросмеси.
Учитывая это, было принято решение оптимальные параметры шнеков и фрез обосновать специальными испытаниями на крупномасштабных стендах лаборатории гидромеханизации ТГТУ в различных грунтовых условиях в 3 этапа.
На первом этапе испытания проводились на стенде резания грунтов на глине естественной влажности.
Эти испытания были разделены на две серии.
На первой серии проходили испытания шнеков на глине естественной влажности. На испытания были направлены четыре типа модельных шнеков с высотой витков 27 и 42 мм, с криволинейными и плоскими лопастями витков, с уступами и без уступов на передней грани лопастей, на глине влажностью 17,3 % (полутвердой консистенции) и 20,5 % (пластичной консистенции).
установлено, что шнеки с криволинейными поверхностями витков высотой 42 мм начинают залипать глиной при влажности 17,3 % и толщине стружки 10-14 мм.
На второй серии опытов проходили испытания фрез на глине естественной влажности. Испытания показали, что фрезы начинают залипать на глине большей влажности, чем шнеки (шнеки при 17,3 %, фрезы при 20,5 %).
На втором этапе проводились испытания на песчаных грунтах в подводных условиях. К испытаниям было принято 5 вариантов пятиножевых модельных ФШР, в т.ч. с валом внутри шнека, без вала с центральным всасом, на подборе, с экраном, с наклоном рабочего органа, при различном погружении его в грунт.
Лабораторные испытания показали, что модельные ФШР оптимальных вариантов при работе по траншейной схеме на песчаном грунте под водой способны создавать траншеи в одну проходку при коэффициенте переуглубления до 1,2 и при консистенции Т : Ж = 1 : 5,3 (около 20 %).
На третьем этапе модельные испытания проходили на глине в подводных условиях.
Вначале были проведены наблю- Рис. 3. Шнеко-фрезерный рых-дения за работой фрезерно-шнековых литель с попутньш перешеще-рабочих органов (ФШР) конструкции ниеш глинистого грунта
НПО «Судоремонт» (г. Нижний Нов- _____________________________
город) со встречным перемещением глинистого грунта под водой.
Хорошо зарекомендовав себя в подводных условиях на песчаных грунтах, они оказались неработоспособными на глинистых грунтах (залипали глиной).
Анализ показал, что залипание вызвано наличием в рыхлителе встречного перемещения грунта (от шнеков сверху-вниз и от фрез снизу вверх) в зону всасывания, расположенную на стыке шнеков и фрез, где формируется зона застоя и залипания грунта.
В связи с этим потребовалось провести ещё одну серию поисковых испытаний модельных рабочих органов (отдельно шнеков без фрез, пятиножевого ШФР с загнутыми до вертикального положения консольными ножами в пределах зоны всасывания, а также шнеко-фрезерного рабочего органа с консольными ножами, являющимися продолжением поверхностей шнеков).
Такие консольные ножи уже не служили препятствием к перемещению грунта в зону всасывания и зависанию его в межножевых каналах.
Кроме того, трёхножевые рыхлители с подбирающим всасывающим наконечником с попутным движением грунта только сверху вниз были способны разрабатывать траншеи практически без просора.
С учётом существенного усовершенствования шнекофрезерного рыхлителя на него группой авторов была подана заявка на изобретение и получен Патент [1] на изобретение с приоритетом от 07.10.1999 г.
В настоящее время в лаборатории гидромеханизации ТГТУ делаются попытки разработать опытный образец такого рабочего органа с целью проверки его в натурных условиях.
Сейчас в таком оборудовании и такой технологии имеется потребность на многих объектах (в Балтийском море, Чёрном море, на шельфе Северных и Сибирских морей и на других объектах, богатых нефтью и газом).
1. Патент № 2167244 РФ, МПК Е02F от 07.10.1999 г., опубл. 20.05.2001 г., бюл.№14. Грунтозаборное устройство земснаряда для разработки подводных траншей./Авторы Вовк В.С., Кочурков М.И., Краснопольский Л.Л., Липский И.В., Огородников С.П., Седых А.Д., Сладков В.Б., Шаповалов Н.А., Штин С.М.
— Коротко об авторах -----------------------------------------
Огородников С.П., Сладков В.Б. - Тверской государственный технический университет,
Штин С.М. - ООО «НПО-Гольфстрим».
