CC BY
69
© Н.Н. Арефьев, А.В. Согин, О.Н. Тарасова, 2006
Н.Н. Арефьев, А.В. Согин, О.Н. Тарасова
НОВЫЕ СПОСОБЫ И СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ КОНСИСТЕНЦИИ ЗАСАСЫВАЕМОЙ ЗЕМСНАРЯДОМ ВОДОГРУНТОВОЙ СМЕСИ
Эффективность работы земснаряда в основном определяется степенью совершенства грунтозаборных устройств [1], в качестве которых обычно используются грунтоприемники с механическим и гидравлическим рыхлением грунта. При разработке грунтов механическими рыхлителями традиционной конструкции, когда грунтоприемник установлен внутри фрезы, насыщение водогрунтовой смеси не превышает 8-10 %. Такое низкое насыщение является причиной высоких удельных энергетических затрат на гидротранспортирование грунта к месту складирования. Это вызвано удаленностью всасывающего отверстия грунтоприемника, расположенного внутри фрезы, от зоны рыхления грунта. При резании грунта вращающейся фрезой на него действуют центробежные силы, выбрасывающие его из зоны всасывания. Для снижения уноса грунта из полости фрезы на лобовом листе диска внутри фрезы может быть установлен струенаправляющий экран, охватывающий своей внутренней поверхностью всасывающее отверстие грунтоприемника [2, 3]. Экран предназначен для направления срезанного грунта внутрь фрезы в зону всасывания. Испытания таких грунтозаборных устройств на земснарядах проектов 8628.2 (диаметр фрезы 0,55 м, частота вращения фрезы 125 об/мин) и 8697.1 (диаметр фрезы 0,9 м, частота вращения фрезы 30/40/60 об/мин) показали, что это эффективно при малых диаметрах фрез. Так на земснаряде проекта 8628.2 достигалось насыщение водогрунтовой смеси 25-30 % (при работе на песчаных грунтах), были даже забои грунтопровода. На земснаряде проекта 8697.1 насыщение водогрунтовой смеси не превышало 5 %. Только после вынесения всасывающего отверстия грунтоприемника из внутренней части фрезы на ее периферию в нижней части удалось повысить насыщение до 11-12 %. Следовательно, традиционная конструкция грунтозабор-
Рис. 1
ного устройства эффективна только при малых диаметрах фрез, когда зона всасывания охватывает зону рыхления. С этой целью разработана принципиально новая конструкция грунтозаборного устройства с механическим рыхлением грунта [4], где зона всасывания размещена не внутри, а на периферии фрезы, и грунт из внутренней полости фрезы наряду с центробежными силами вытесняется в зону всасывания специальным устройством. Это уменьшает просор грунта и обеспечивает применение фрез с от-вально-направляю-щими поверхностями увеличенной длины. Конструкция устройства показана на рис. 1 и включает фрезу 1, всасывающий грунтопровод 2 с всасывающими отверстиями 3, установленными на периферии фрезы.
Имеется также конический насадок 4, установленный неподвижно внутри фрезы 1 на лобовом листе 5. Фреза установлена на валу 6. Всасывающие отверстия 3 соединены с всасывающим трубопроводом 2 патрубками 7. При вращении фрезы 1 с отвальнонаправляющими поверхностями в контакте ее с дном водоема, она отрезает грунт и создает осевой поток воды. Кроме того, при вращении фрезы вода увлекается также во вращательное движение. В результате фрезой создаются потоки воды сложного движения, которые захватываются куски отрезанного грунта и перемешивают его с водой, образуя в зоне вращения фрезы водогрунтовую смесь. Конический насадок 4 формирует и направляет потоки водогрунтовой смеси на периферию своей внешней поверхности, где установлены всасывающие отверстия 3. Благодаря этому снижаются потери грунта в окружающее пространство и повышается насы-
щение засасываемой водогрунтовой смеси, что обеспечивает увеличение производительности земснаряда. Проект грунтозаборного устройства создан по заказу ООО «Сапропель» для разработки плотных илистых грунтов при очистке водоемов.
При разработке несвязных грунтов грунтозаборными устройствами традиционной конструкции обычно применяется гидравлическое рыхление вымыванием или диффузионным методом [1]. Оба метода связаны с всасыванием водогрунтовой смеси через узкую щель между кромкой наконечника и массивом грунта. Высокое насыщение водогрунтовой смеси может быть обеспечено при сохранении в процессе грунтозабора узкой всасывающей щели. Однако при изменяющихся грунтовых условиях это выполнить невозможно. Поэтому разработана принципиально новая конструкция грунтозаборного устройства с увеличенной активной зоной всасывания [5]. Ее новизна по сравнению с имеющимися заключается в применении удлиненного гидромониторного ствола 2, на котором установлены сопла 3 и 4 не только для рыхления, но и для принудительного подвода грунта к всасывающему отверстию наконечника 1 (рис. 2). Приток чистой воды ограничивается экраном 5.
В новой конструкции рыхление осуществляется и размывом и диффузионным методом на расстоянии от всасывающего отверстия до 1,5-2 м, откуда грунт перемещается к всасывающему отверстию струями воды, вытекающими из специальных сопел. Таким образом, зона активного всасывания увеличивается по сравнению с традиционными конструкциями в 4-8 раз, что обеспечивает стабильно высокое насыщение водогрунтовой смеси независимо от изменений условий грунтозабора. Проекты грунтозаборных устройств созданы по заказам ООО «Сапропель» (земснаряд с насосом ГрАУ 400) и Нижне - Донского района гидросооружений Азово-Донского ГБУПиС (земснаряд проекта 1-516) для добычи ПГС.
В настоящее время дноуглубительные земснаряды оснащены эллиптическими грунтоприемниками атакующего типа. При разработке перекатов такими грунтоприемниками для поддержания судоходной глубины фарватера приходится снимать слой грунта не до расчетной толщины, а гораздо больше, т.е. работать с переуг-лублением. Это вызвано образованием гребней грунта между разрабатываемыми земснарядом траншеями. Чем шире траншея, тем
2 3 4
Рис. 2
выше гребень грунта, тем больше переуглубление. Опытная эксплуатация земснаряда производительностью 500 м3/ч проекта 1-516 на реке Волге [6], оснащенного принципиально новым трехсекционным грунтоприемником (рис. 3), показала, что обеспечивается необходимая глубина выработки при значительно меньшем пере-углублении. Суть новизны заключается в том, что за один проход земснаряда разрабатывается не одна широкая траншея, а три узких, что значительно снижает переуглубление и, следовательно, количество излишне вынутого грунта. Это уменьшает износы грунтонасосной установки, затраты энергии и времени на разработку переката. Разработана методика проектирования трехсекционных траншейных грунтоприемников и технологических параметров при работе с ними [7, 8].
При добыче песчано-гравиной смеси часто встречаются прослойки из глины, разработка которых имеющимися грунтозаборными устройствами весьма сложна и непроизводительна.
Рис. 3
Для решения этой задачи разработана конструкция нового грунтозаборного устройства (заявка на изобретение № 2005133158/03 от 23.11.2005, авторы Арефьев Н.Н. и Тарасова О.Н.), в которой перед ножом 1 установлен коллектор 2 с соплами 3 для подачи воды под высоким давлением для гидравлического резания грунта (рис. 4). Вода под высоким давлением подается по трубопроводу 4. Сопла 3 установлены вдоль коллектора 2 и осуществляют гидравлическое резание грунта на полосы. Полосы срезаются от ложа дна ножами 1 и поступают в грунтоприемник, где они разламываются на куски под действием сил тяжести и воздействием потока всасываемой воды, поступающей через щель 5. Резание грунта на полосы повышает эффективность образования водогрунтовой смеси в наконечнике, а применение гидравлического резания снижает усилие от механического резания грунта.
Рис. 4
Для разработки глины данный грунтоприемник устанавливается на раме земснаряда вместо штатного. Грунтозаборное устройство опускается на поверхность «глиняной линзы». Земснаряд перемещается назад с помощью кормовых лебедок вдоль ДП судна и снимает слой грунта. По окончании поверхности «линзы» грунтоприемник поднимается на 1 м, земснаряд перемещается вперед в начало «линзы», где процесс резания повторяется до полного срезания грунта. Проект грунтозаборного устройства разработан по заявке Нижне - Донского района гидросооружений Азово-Донского ГБУПиС (земснаряд проекта 1-516) для добычи ПГС.
----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Харин А.И. Разработка грунтов плавучими землесосными снарядами. - М.: Стройиздат, 1966. - 235 с.
2. Огородников С.П. Грунтозаборное устройство земснаряда со струенаправляющим экраном. //В ж-ле «Строительные и дорожные машины», 1974, №6, с. 7 -8.
3. Авторское свидетельство СССР на изобретение № 962473 «Грунтозаборное устройство земснаряда». Б.И. №36, 1982. (Авторы Борисов Н.Н. и Иванов В.А.).
4. Патент на полезную модель № 42550 «Грунтозаборное устройство землесосного снаряда». Бюл. № 34, 2004. (Авторы Арефьев Н.Н. и Тарасова О.Н.).
5. Патент на полезную модель № 47394 «Грунтозаборное устройство землесосного снаряда». Бюл. № 24, 2005. (Авторы Арефьев Н.Н. и Тарасова О.Н.).
6. Лукин Н.В., Арефьев Н.Н., Мурыгин О.П. Модернизация грунтозаборного устройства землесоса «Волжский 601» (Проект 1-516).// В кн. Наука и техника на речном транспорте. М.: ЦБНТИ речного транспорта, 1996, вып. 5, с. 6 - 9.
7. Лукин Н.В., Арефьев Н.Н. К расчету геометрических параметров трехсекционных грунтоприемников.// В кн. Научные труды/Нижегородский ИИВТ, 1993, вып. 267, с. 33 - 36.
8. Арефьев Н.Н., Мурыгин О.П. Метод расчета технологических параметров при работе землесосов с трехсекционным грунтоприемником.// В кн. Наука и техника на речном транспорте. М.: ЦБНТИ речного транспорта, 1993, вып. 10, с. 20 -31.
— Коротко об авторах -----------------------------------
Арефьев Н.Н. - ООО «Октябрьский ССРЗ», г. Н. Новгород. Согин А.В. - ООО «Сапропель»,
Тарасова О.Н. - ВГАВТ, г. Н. Новгород.
