CC BY
10
--© H.H. Арефьев, Н.Ф. Попов,
М.Н. Попов, Г.И. Сапунов, 2015
УДК 629.563.424
Н.Н. Арефьев, Н.Ф. Попов, М.Н. Попов, Г.И. Сапунов
ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ ЗЕМЛЕСОСА «ИНЖЕНЕР ФИЛЬМОВ» С РЕЗИНОТКАНЕВЫМ ГРУНТОПРОВОДОМ В НАВИГАЦИЮ 2013 г.
Приведены результаты работы дноуглубительного землесосного снаряда «Инженер Фильков» в навигацию в 2013 г на Северном Каспии. Практически доказано, что землесос может работать с РТГ при высоте ветровой волны до 1,5 м. Установлено, что причиной нарушения прочности узлов и деталей РТГ является гидравлический удар, возникающий при работе грунтонасосной установки. Даны рекомендации по повышению производительности землесоса по грунту.
Ключевые слова: земснаряды, дноуглубление, резинотканевый грунтопровод, гидравлический удар
Преимущества резинотканевого грунтопровода, по сравнению со стальным, хорошо видны при внимательном рассмотрении рис. 1.
Во-первых, это способность работы в условиях волнения ветра на открытых акваториях характерных для Северного Каспия.
Во-вторых, в 4—5 раз меньшая материалоемкость, в 2-3 раза меньшая стоимость.
В-третьих, отсутствие шаровых соединений, что уменьшает гидравлическое сопротивление движению гидросмеси, срок службы резиновых труб, с покрытием согласно источнику [1], в 6 - раз выше, чем металлических.
Впервые резинотканевые грунтопроводы (РТГ) были применены на землесосах в Нидерландах и Франции в 1986 году. Зарубежные специалисты сразу оценили их достоинство.
В России РТГ впервые были изготовлены Курским заводом резинотехнических изделий в творческом содружестве с Курским политехническим институтом и испытаны на Лону в 1992 году.
О результатах испытаний были сделаны доклады, на расширенном заседании Координационного совета по направлению IX «Совершенствование и развитие судов технического флота». В Горьком, в ГИИВТе в 1993 году.
В 1994 году образовались в России фирмы: ООО «Композит» и ОАО «Рассвет-К», которые в последние годы совершенствовали свою продукцию. Были разработаны различные конструкции РТГ (рис. 2 и 3).
Испытания РТГ на Дону на землесосах гидромеханизации и дноуглубительных были выполнены специалистами ВГАВТ H.H. Арефьевым и Н.Ф. Поповым в 2008 году (рис.4.).
Положительные результаты испытаний позволили успешно применить его в качестве корпусного грунтопровода на землесосах проекта 1-516 и в качестве плавучего на землесосе «Донской 301» в Нижне - Донском районе гидросооружении в 2008 году.
На Волге РТГ впервые появились в 2010 году и были испытаны на землесосе «Инженер Фильков» на Северном Каспии в 2011, в 2012 и 2013 годах [2]. Здесь наряду с положительными характеристиками были выявлены существенные недостатки (приложение 1) (рис.5.).
В сентябре 2013 года специалистами ВГАВТ с выездом на Северный Каспий был обследован РТГ длиной 200 м. при работе землесоса на протоке «Банк Кировский».
В присутствии командира землесоса Веселова Д.В. и членов экипажа было отмечено, что от плавучего РТГ к концевой площадке имеет место крутой подъем до 2,0 м на линию сброса грунта.
Было отмечено также, что крупные куски глинистого грунта, нарезанного фрезой, забивали этот участок подъема грунтопровода при работе грунтового насоса.
Вследствие этого возникало «закупоривание» грунтопровода крупными кусками глины, что приводило к динамическим ударам на узлы и детали РТГ.
Это явление ощущалось экипажем по гидравлическим ударам в корпусном грунтопроводе сразу на выходе смеси из насоса.
Был сделан первоначальный вывод и даны рекомендации команде установить на ножах фрезы так называемые «стружко-ломы», назначение которых измельчать крупные куски грунта. Что существенно могло бы улучшить условия всасывания сре-
занного грунта в грунтоприемнике. Стружколомы также должны были снизать вероятность прилипания крупных кусков грунта к поверхностям лопастей фрезы, и кроме того, могли исключить застревание их в выходном сечении конического насадка, установленного на конце РТГ. Все это должно было предотвратить гидравлические удары в системе грунтовой насос-грунтопровод.
Рис. 1. К сравению резинотканевого и стального грунтопровода
Рис. 2. Преимущества РТГ
Современные исследования показывают, что гидравлический удар - это скачок давления в системе, заполненный жидкостью, вызванный крайне быстрым изменением скорости ее потока за очень малый промежуток времени. Гидравлический удар способен вызвать образование продольных трещин в трубах, что может привести к их разрыву, или повреждать другие элементы трубопровода. Также гидроудары чрезвычайно опас-
ны и для другого оборудования, такого как насосы и запорная арматура, работающего под давлением.
Совокупность таких свойств РТГ, как эластичность и упругость, обуславливают высокую устойчивость резиновых трубопроводов, к гидравлическим ударам, которые очень опасны для трубопроводов из традиционных материалов, характеризующихся
Рис. 3. Разновидности РТГ
большей жесткостью. Это связано с тем фактом, что величина гидравлического удара и частота колебаний при его распространении зависят от сжимаемости жидкости и эластичности стенок трубы. Скорость распространения гидравлического удара в трубах РТГ значительно ниже, чем в трубах из ковкого чугуна и стали (обычно 250-450 м/с против более 1000 м/с). Данные в соответствии с NPG (Nordiska Plastror Gruppen).
Величина гидравлического удара прямо пропорциональна скорости распространения ударной волны. Таким образом, эластичные и упругие трубы РТГ обладают значительно большей устойчивостью к гидравлическим ударам, чем трубы из стали и ковкого чугуна.
Тем не менее, в нашем случае крупные куски грунта и крутой подъем перехода от РТГ к стальному способствовали возникновению гидравлического удара и разрушению, как труб, так и узлов их крепления (приложения 1), (рис .5).
Команде были даны рекомендации в зимний судоремонт 2012-2013 г.г. приварить к ножкам фрезы стружколомы и устранить крутой переход грунтопровода на более плавный за счет дополнительного участка резиновой трубы, а также установить компенсаторную вставку (позиция 5 рис. 2) в систему грунтопровод-насос.
Все это способствовало тому, что за время работы землесоса с 15 марта по 15 мая 2013 г. не было замечено, по данным командира землесоса Веселова Д.В., скачков давления в системе грунтовой насос — РТГ.
Вероятность возможности гидравлического удара в РТГ подтверждается специалистами ОАО «Рассвет-К» в источнике [1]. Текст из которого приведен ниже.
«При разработке конструкции переходника диаметром 950X610 м, длиной 1800 мм и грунтовому насосу 2 ГрТ 8000/71 не было учтено следующее: возможность образования в переходнике вакуума, и, как
Рис. 4. Испытания РТГ на Дону в 2008 г.
следствие, возможность возникновения гидроудара. При установке второго такого же переходника и запуске насоса произошел гидроудар и разрыв накладного стального кольца, установленного вместе перехода диаметров. После анализа работы опытных образцов и внесения изменений в конструкцию мы приступили к изготовлению новых переходников, предусматривающих увеличение жесткости конструкции за счет установки промежуточных распорных колец. В новых переходниках возможно осуществлять контроль гидроабразивного износа без разбора линии, с помощью датчиков, установленных после защитного слоя».
Рис. 5. Разрыв трубы РТГ
Выводы
В результате проделанной работы практически доказано, что землесос с РТГ может работать при высоте ветровой волны до 1,5 м. Установлено, что причиной нарушения плотности узлов и деталей РТГ является гидравлический удар, возникающий при работе грунтонасосной установки в момент закупоривания перехода от плавучей части к концевому понтону крупными кусками глины. Разработаны следующие мероприятия по устранению этой причины и повышению производительности земснаряда по грунту:
1) убран экран, установленный над всасывающим зевом грунтоприемника;
2) установлен воронкообразный струенаправляющий экран, который направляет поток водогрунтовой смеси, образуемый фрезой, к всасывающему зеву грунтоприемника;
3) на лопастях фрезы установлены стружколомы;
4) на внутренних поверхностях лопастей, осуществляющих резание грунта, выполнена наплавка износостойкими материалами;
5) рассчитаны углы резания в зависимости от частоты вращения фрезы и скорости папильонирования. Предложена схема заточки углов на лопастях фрезы;
6) расстояние между ребрами во всасывающем зеве грун-топриемника увеличено до 210 мм;
7) выполнены расчеты характеристик режимов работы грунтонасосной установки земснаряда с фрезерными рыхлителем при работе на глине и песке, в результате чего определены расчетные значения производительности земснаряда по грунту: 300 м3/ч при работе на глине и 500 м3/ч при работе на песке;
8) выполнены расчеты параметров режимов работы с фрезерным рыхлителем:
а) при работе на глине скорость папильонирования до 5,1 м/с при частоте вращения фрезы 19 об/мин, толщина стружки срезаемого грунта до 52, 7 мм;
б) при работе на песке скорость папильонирования до 8,4 м/с при частоте вращения фрезы 19 об/мин, толщина стружки срезаемого грунта до 88 мм.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Чижов Е.А., Новиков С.Г., Чижов М.Е., Миронов А.К. Новые изделия ил полимерных материалов в гидромеханизации. Сборник докладов VI съезда гидромеханизаторов России. М.: 2012 г. с 245-252.
2. Арефьев Н.Н., Попов Н.Ф., Демидов А.Б. Результаты испытаний и эксплуатации землесоса «Инженер Фильков» на Северном Каспии. Сборник докладов VI съезда гидромеханизаторов России. — М.: 2012. — С. 193196. ЕШЭ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Арефьев Николай Николаевич - доктор технических наук, профессор, Arefyev1987@mail. ru,
Попов Николай Фролович - доктор технических наук, профессор, der@aqua. sci-nnov.ru,
Попов Максим Николаевич- ст. преподаватель, der@aqua.sci-nnov.ru Волжская государственная академия водного транспорта, Сапунов Григорий Иванович — доцент, ст. преподаватель Каспийского института Морского и речного транспорта - филиал Волжской государственной академии водного транспорта, Sapunov grigorii@mail.ru
UDC 629.563.424
ANALYSIS OF RELIABILITY OF THE ENGINEER FILKOV DREDGER WITH RUBBER-TEXTILE FLOATING PIPELINE IN 2013 SHIPPING SEASON
Arefiev N.N. — Doctor of Engineering Sciences, Professor, Volga State University of Water Transport, Russia,
Popov N.F. — Doctor of Engineering Sciences, Professor, Volga State University of Water Transport, Russia,
Popov M.N. — Senior Researcher, Volga State University of Water Transport, Russia,
Sapunov G.I. — Senior Lecturer, Caspian Institute of Sea and River Transport, Russia.
The article describes operation of Engineer Filkov Dredger in the north of the Caspian Sea in 2013 shipping season. It has practically been proved that the dredger can operate with RTG at a wind-driven wave up to 1.5 m high. It is found that the cause of structural failure of RTG units and parts is a water hammer generated in the course of the dredger operation. The authors give recommendations on enhancement of the dredger efficiency in terms of slurry.
Key words: dredger, dredging, rubber-textile floating pipeline, water hammer. REFERENCES
1. Chizhov E.A., Novikov S.G., Chizhov M.E., Mironov A.K. Novye izdelija il polimernyh materialov v gidromehanizacii (New products silt polymeric materials in dredging). Sbornik dok-ladov VI sezda gidromehanizatorov Rossii. Moscow: 2012. pp. 245-252.
2. Arefev N.N., Popov N.F., Demidov A.V. Rezul'taty ispytanij i jekspluatacii zemlesosa «Inzhener Filkov» na Severnom Kaspii (Results of tests and operation of the dredger «Engineer Phil'kov» in the North Caspian). Sbornik dokladov VI sezda gidromehanizatorov Rossii. Moscow: 2012. pp. 193-196.
