CC BY
12УДК 627.746
И. Ф. Попов, д. т. н., профессор.
Н. Н. Арефьев, к. т. н., доцент.
А. Е. Грундупь, аспирант ВГАВТ.
603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а.
МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЁТА РЕЖИМОВ РАБОТЫ ГРУНТОНАСОСНОЙ УСТАНОВКИ ЗЕМЛЕСОСА ПР. 1-517-03 С ДВУХОПОРНЫМ ГРУНТОПРОВОДОМ И УСТАНОВКОЙ ГЛУБОКОГО СГУЩЕНИЯ СМЕСИ (УГСС)
Представлена методика и результаты расчёта режимов работы грунтонасосной
установки землесоса пр. 1-517-03 с двухопорным грунтопроводом и установкой глубокого сгущения смеси (УГСС). Предлагаются наиболее перспективные варианты двухопорного грунтопровода.
Расчет параметров фунтонасосной установки выполнялся при следующих исходных данных:
К2
1. плотность гидросмеси Ра, =1200—-•
м
2. коэффициент транспортабельности ^Схс/1 = 2.5 ;
3. глубина разработки фунта Нвс = 8.и;
4. высота центра выкидного патрубка Нсб = 1 м (для гибкого грунтопровода) двухопорного фунтопровода; Нсб = Ъм для двухопорного фунтопровода с сгустителем;
5. диаметр всасывающего грунтопровода Две = 0,95л<;
6. диаметр напорного фунтопровода Д = 0,9м;
7. длина всасывающего фунтопровода ЬвС = 35М ;
8. длина напорного корпусного фунтопровода Ькорп = 50.и ; длина гибкого фунтопровода Ьгибк = 50СЫ ; длинна двухопорного фунтопровода с насадком 80 и 90м; длина двухопорного фунтопровода со сгустителем 100м;
9. мощность фунтового насоса №.н. = ^ -гр = 1230 0.95 = 1 \68кВт -мощность дизеля, тр - к.ад. редуктора)
Для исследования режимов работы существующего фунтового насоса с плавучим и двухопорными фунтопроводами пересчитали характеристики насоса с воды на гидросмесь. Для этого можно использовать формулы'[7], м.в.ст:
Н = Нв- г + (1 — г)■ — -р Р\
N = Ив-р
(1)
(2)
(3)
где Н - напор, м.в.ст;
N - мощность, кВт;
Ндоп ~ допускаемая вакуумметрическая высота всасывания при работе фунтона-сосной установки ни гидросмеси, м.в.ст;
Нв - напор, м.в.ст;
Ив - мощность, кВт;
Я*”в - Д°пускаемая высота всасывания при работе установки на воде, м.в.ст;
г = 0.7 - 0.75 - степень реактивности напора; р - относительная плотность гидросмеси;
Рем
р —--------, где рв = ЮООкг/'мЗ плотность воды;
Ні - давление насыщенных паров воды, м.в.ст;
На - атмосферное давление, м.в.ст.
Характеристика фунтового насоса 900ДВА на воде была взята из акта испытаний земснаряда проекта 1-517-01. На рис. 2 изображены характеристики грунтового насоса для р = 1.2
Расчеты характеристик грунтопроводов (всасывающего, двухопорного выполняется по методикам [6, 7]. Расчет насосов и дальнейшее транспортирование смеси по воздуху выполняли по методикам [8, 9].
Отечественный и зарубежный опыт показывает, что в определённых условиях сгущение перекачиваемой водогрунтовой смеси может дать некоторый экономический эффект. Наибольший практический опыт по сгущению гидросмеси изложен в литературе [1, 2, 3, 4, 5]. Так погрузочное устройство [1] позволяет направлять сгущённую смесь непосредственно в баржи, отводя излишки воды и нетоварные фракции непосредственно на дно водоёма, улучшая режим экологии, нарушаемый в процессе работы земснаряда. Последнее обстоятельство может быть использовано в рассматриваемом варианте при углублении Волго-Каспийского канала, где вопросы экологии имеют весьма важное значение. Однако установка глубокого сгущения смеси (УГСС) по данным [2] требует существенных потерь напора в трубе после сгустителя в зависимости от концентрации гидросмеси от 60 до 80 % и от 0,2 до 0,38 м.в.ст. на 1 м длины трубы. При этом диаметр трубы может быть принят в два раза меньше диаметра напорного грунтопровода, масса металла установки может составлять от 6 до 8 тонн, а потери напора в самой УГСС могут достигать 8-10 м.в.ст., а поданным [4] идо 15 м.в.ст.
О
В соответствии с решением технического совещания при заместителе руководителя ФГУ «Волжское ГБУ» Ларине Л. Н. от 17.07.2006 г., но новейшей методике выполнен расчёт размеров и массы УГСС, а также потерь напора в ней и отводящих трубах для условий работы в составе двухопорного грунтопровода для землесоса пр. 1-517-03 при углублении Волго-Каспийского канала. Масса УГСС порожнем составит порядка 2 т, а со смесью при насыщении 40 % - 22 т (конструкция и размеры приведены на рис. 1).
Рис. I К расчету УГСС
Расчёт производился в следующей последовательности: 1. Определялся диаметр сгустителя:
£> =
а
11800
= 2,2 м
505 + 0,417-0. 505 + 0,417-11800
2. Определялся диаметр сливной трубы:
йа =0,3-1) = 0,3 -2,2 = 0,66 м
3. Определялся диаметр выходного сечения:
Д = (0,2 н- 0,7) • йСП = 0,7 • 0,66 = 0,46
4. Определялась длина цилиндрической части сгустителя:
/,. = 0,75 • й = 0,75 • 2,2 = 1,65 м
5. Определялась длина конической части сгустителя:
1К = 2,75 • Я = 2,75 ■ 2,2 = 6,05 м
6. Определялась масса грунта в сгустителе:
Я
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
МГр—рГр 'ЗД4.<ЭД2
/У , 1 л-1к
—/,.+-----------£
4 7 3 4
-(яЧо-д+д2)
■!,65+1^-5((22)2 +22-0,46+(0,46)2) 3 4
(9)
=21 /л
7. Определялась масса сгустителя порожнем: V * Л
Мп =7865-
= 7865-
*.д./г+-.(/>+д)л
3,14
<5 =
(10)
3,14 ■ 2,2 ■ 1,65+-— (2,2+0,46) • 6,05
0,005=1,5 т
Расчет грунтонасосной установки землесоса с сгустителем по данной методике принят ИЗ условия сгущение гидросмеси, ЧТО ПЛОТНОСТЬ смеси ДО сгустителя р! = 1,2, а после сгустителя р2 = 1,4 или р2 = 1,6.
Из сгустителя в грунтопровод поступает гидросмесь с относительной плотностью р2 с расходом 0см2 (Осм1 и р| - расход и относительная плотность поступающей в сгуститель гидросмеси). Зависимость этих величин можно выразить в виде:
а,„2 =е,
СМ\
Р\ -1 />2-1
(11)
Разница (0см! - £)см2) сбрасывается из сгустителя в виде осветленной смеси.
По результатам расчета на рис. 2 построены характеристики грунтопроводов:
1. Ьпл = 500 м - для гибкого плавучего грунтопровода длиной 500 м.
2. Ьпл = 80 м для двухопорного грунтопровода длиной 80 м без выкидного насад-
ка.
3. Ьпл = 80м + 0492 - для двухопорного грунтопровода длиной 90 м с выкидным патрубком диаметром 492 мм.
4. Ьпл = 90м + 0500 для двухопорного грунтопровода длиной 90 м с выкидным патрубком диаметром 500 мм.
5. Ьпл = 100м + 0600. р = 1,4 для двухопорного грунтопровода общей длиной 100 м со сгустителем, грунтопроводом после сгустителя диаметром 600 мм, сгущение выполняется до р = 1,4.
6. Ьпл = 100 м = 0700, р = 1,4 для двухопорного грунтопровода общей длиной 100 м со сгустителем, грунтопроводом после сгустителя диаметром 700 мм, сгущение выполняется ДО Р^М.
Анализ построенных характеристик на рис. 2 позволяет сделать следующие выводы:
1. работа двухопорным грунтопроводом длиной 80 см без выкидного насадка невозможна, так как это приведет к перегрузке дизеля (мощность насоса составляет 1250 кВт, что превышает Мщ** = 1150 кВт, хотя производительность по грунту составила бы 3000 м3/ч.
2. работа двухопорным грунтопроводом длиной 80 м с выкидным патрубкам 0492 мм обеспечивается насосом при подаче по смеси 11800 м3/ч (производительность по грунту 2360 м3/ч). При этом дальность отвода грунта с учетом выброса из насадка составит 107 м.
3. работа с двухопорным грунтопроводом длинной 90 м с выкидным патрубком 0500мм обеспечивает подачу гидросмеси 12150 м3/ч (производительность по грунту 2430 м3/ч). При этом дальность отвода фунта с учетом выброса из насадка составит 116 м.
4. работа с двухопорным грунтопроводом общей длиной 100 м (до сгустителя 72 м, после сгустителя 28 м) при сгущении до р = 1,4 когда сгущённая гидросмесь транспортируется по подвесному фунтопроводу диаметром 0600 мм, обеспечивает подачу по гидросмеси 11200 м3/ч (производительностью по фунту 2740 м3/ч.). Дальность отвода составит 100 м.
5. работа с двухопорным фунтопроводом общей длиной 100м при сгущении смеси до р = 1 ,4, когда сгущенная гидросмесь транспортируется по подвесному фунтопроводу диаметром 0700м, обеспечивает подачу по гидросмеси 12200 м3/ч (2440 м7ч по фунту). Дальность отвода составит 100м.
6. работа с двухогюрным фунтопроводом общей длиной 100 м при сгущении до р = 1,4 когда сгущенная гидросмесь транспортируется по подвесному гидроприводу диаметром 0 500 мм, сопряжена с повышенными потерями напора, что снизит производительность по фунту по сравнению со всеми ранее рассмотренными вариантами.
Аналогично можно сказать и о варианте, когда гидросмесь сгущается до р = 1,6 и фанспортируется по фунтопроводу диаметром 0,5 м.
По предлагаемой методике выполнен также расчёт параметров двухопорного грунтопровода и размерений поддерживающего понтона при дальности отвода фунта на 120, 110, 100, 90 и 80 м от ДП земснаряда. По результатам расчётов предлагаются к дальнейшему проектированию варианты со следующими парамефами:
- при дальности отвода фунта на 120 м расстояние между ДП земснаряда и цен-фом понтона составит 100 м, пульпа от земснаряда до сгустителя, установленного на понтоне, фанспортируется по двум трубам диаметрами 630 мм, расположенным в одной (вертикальной) плоскости на расстоянии 7 м друг от друга и объединённым в плоскую ферму. Нагрузка на корпус земснаряда при этом составит около 51 т. Консольная часть фунтопровода диамефом 530 мм и длиной 20 м, навешенная на понтоне, имеет возможность поворачиваться на суммарный угол 180° относительно понтона. Диамеф понтона при этом составит 16,5-16 м при осадке 0,68-0,7 м.
г
к
8000 8500 9000 9500 10000 10500 11000 115С0 12000 12500 13000 13500 14000 14500 15000 15500 16000 16500 17000 17500 18000 18500 19000
о, М /*1
Рис. 2 Характеристика грунгонасоеной установки землесоса пр 1-517-03 с гибким плавучим грунтопроводом, с двухопорным грунтопроводом и сгустителем смеси
Судовая и промышленная энергетика
- при дальности отвода ірунта на 110 м расстояние между ДП земснаряда и центром понтона составит 90 м, пульпа от земснаряда до сгустителя, установленного на понтоне, транспортируется по двум трубам диаметрами 630 мм, расположенным в одной (вертикальной плоскости) на расстоянии друг от друга 6 м и объединённым в плоскую ферму. Нагрузка на корпус земснаряда при этом составит около 47 т. Консольная часть грунтопровода диаметром 530 мм и длиной 20 м, навешенная на понтоне, имеет возможность поворачиваться на суммарный угол 180° относительно понтона. Диаметр понтона при этом составит 16-15,5 м при осадке 0,68-0,7 м.
При дальности отвода фунта на 100 м расстояние между ДП земснаряда и центром понтона составит 80 м, пульпа от земснаряда до сгустителя, установленного на понтоне, транспортируется по двум фубам диамефами 630 мм, расположенным в одной (вертикальной) плоскости на расстоянии друг от друга 5 м и объединённым в плоскую ферму. Нафузка на корпус земснаряда при этом составит около 41 т. Консольная часть фунтопровода диамефом 530 мм и длиной 20 м, навешенная на понтоне, имеет возможность поворачиваться на суммарный угол 180° относительно понтона. Диамеф понтона при этом составит 15,5-15 м при осадке 0,69-0,7 м.
При дальности отвода фунта на 90 м расстояние между ДП земснаряда и ценфом понтона составит 70 м, пульпа от земснаряда до сгустителя, установленного на понтоне, фанспортируется по двум фубам диамефами 630 мм, расположенным в одной (вертикальной) плоскости на расстоянии друг от друга 4 м и объединённым в плоскую ферму. Нафузка на корпус земснаряда при этом составит около 36 т. Консольная часть фунтопровода диамефом 530 мм и длиной 20 м, навешенная на понтоне, имеет возможность поворачиваться на суммарный угол 180° относительно понтона. Диаметр понтона при этом составит 15-14,5 м при осадке 0,69-0,7 м.
При дальности отвода фунта на 80 м расстояние между ДП земснаряда и центром понтона составит 60 м, пульпа от земснаряда до сгустителя, установленного на понтоне, транспортируется по трубам диамефами 630 мм, расположенным в одной (вертикальной) плоскости на расстоянии друг от друга 3 м и объединённым в плоскую ферму. Нафузка на корпус земснаряда при этом составит около 31 т. Консольная часть грунтопровода диаметром 530 мм и длиной 20 м, навешенная на понтоне, имеет возможность поворачиваться на суммарный угол 180° относительно понтона. Диаметр понтона при этом составит 14,5-14 м при осадке 0,69-0,7 м.
Для всех вариантов возможны два способа отвода осветлённой пульпы из сгустителя:
А. Отвод под воду с помощью гибкого фубопровода с минимальным расстоянием от дна, чтобы снизить пятно мутности;
Б. Отвод над уровнем воды через поворотный насадок диаметром 300 мм, что позволит на многих режимах перемещать понтон за счёт реакции вытекающей струи осветлённой пульпы без применения оперативных лебёдок понтона и завозки якорей (однако при этом будет присутствовать пятно мутности в месте попадания струи осветлённой пульпы в воду).
К недостаткам варианта фунтопровода с ценфобежным сгустителем на понтоне следует отнести низкую остойчивость понтона, большую материалоёмкость и высокую стоимость сфоительства.
Таким образом, многовариантные исследования режимов работы фунтонасосной установки землесоса пр. 1-517-03 с двухопорным грунтопроводом показали, что наиболее перспективны два варианта:
1. двухопорный грунтопровод длиной 90 м с выкидным насадком 0500 мм (производительность по фунту - 2430 м3/ч, дальность отвода 116 м);
2. двухопорный фунтопровод со сгустителем и подвесным фунтопроводом 0700 мм (производительность по фунту - 2440 м3/ч, дальность отвода 100 м).
Список литературы
[1] Патент РФ № 177672441 «Погрузочное устройство землесосного снаряда», 1982 г. Авторы Арефьев Н.Н., Чураков В.В.
[2] Овчарук С.В., Каменецкий B.J1. Новые технологии гидромеханизации с использованием сгустителей гидросмеси. - М.: МГГУ, выпуск 2,2000. - С. 72-76.
[3] Овчарук С.В. Модернизация земснарядов как средство снижения влияния их работы на окружающую среду. - М.: МГГУ, выпуск 4, 2006. - С. 220-223.
[4] Тухель А.Э. и др. Повышение качества песка с использованием гидроциклонов. - М.: МГГУ, выпуск 4, 2006. - С. 419-429.
[5] Волков В. Г. и др. Обогащение и фракцинирование песков для бетона гидравлическим способом. - М.: Стройиздат, 1964. - 163 с.
[6] Лукин Н.В. Расчёты и проектирование г рунтонасосных установок речных землесосов. Горький: ГИИВТ, 1974. - 46 с.
[7] Лукин Н.В., Разживин С.Н., Стариков А.С. Суда технического флота: Учеб. пособие для вузов. - М.: Транспорт, 1992.-335 с.
[8] Стариков А.С. Технология работы речных земснарядов. - М.: Транспорт. 1969. - 240 с.
[9] Краковский И.И. Суда технического флота. - Л.: Судостроение, 1968. - 505 с.
TECHNIQUE AND CALCULATION RESULTS OF OPERATING MODES OF SHORE PUMP INSTALLATION OF DREDGER PR. 1-517-03 WITH DOUBLE-SEAT SHORE PIPE AND DEEP MIXTURE THICKENER (DMT)
Ar. F. Popov, N. N. Arefyev, A. E. Grundul
The technique and calculation results of operating modes of shore pump installation of dredger pr. 1-517-03 with double-seat shore pipe and deep mixture thickener (DMT) is given. The most perspective variants of double-seat shore pipe are offered.
УДК 12.06:662.75
В. Ф. Репин, соискатель.
М. X. Садеков, к. т. н., профессор, В ГА ВТ.
603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а.
ПРИМЕНЕНИЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА В ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ
В статье рассматривается проблема эффективного сжигания древесных и иных других видов низкосортного топлива во вращающихся топках конвективного слоя.
Традиционные виды топлива: продукты нефтепереработки, уголь, газ - относятся к невосполнимым источникам энергии, По мере истощения их запасов рано или поздно пришлось бы искать им замену. В настоящее время во многих развитых Сфанах активно применяются альтернативные источники энергии, такие как: ветровая, солнечная, приливных элекфостанций, геотермальная, биотопливо.
При этом биотопливо среди перечисленных источников энергии занимает значительное место - свыше 30 %.
