CC BY
183
Н.Н. Арефьев
НОВЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ДОБЫЧИ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ САПРОПЕЛЕЙ
Описана работа землесосных снарядов, оснащенных грунтозаборными устройствами с принудительным подводом грунта, которые могут быть применены для добычи сапропеля с объемным насыщением водогрунтовой смеси не мене 25%.
Ключевые слова: земснаряды, гидромеханизация, сапропель, гидросмазка.
1. Земснаряды гидромеханизации.
звестно, что для добычи сапропеля промышленным спо--Ж-Я. собом применяются землесосные снаряды гидромеханизации [1]. Основные преимущества гидромеханизированного способа добычи: высокая производительность, низкая себестоимость единицы продукции по сравнению с другими способами, универсальность применяемой техники (возможность использования для добычи песка, на дноуглубительных работах, для очистки водоемов). Земснарядами сапропель выбирается из водоема и транспортируется в чеки-отстойники. При заборе сапропеля со дна происходит разбавление его водой. Основная задача - уменьшить количество дополнительной воды - повысить концентрацию засасываемой водогрунтовой смеси. Этого можно достичь применением специальных грунтозаборных устройств. ООО «Октябрьский ССРЗ» изготавливаются землесосные снаряды, оснащенные грунтозаборными устройствами с принудительным подводом грунта, которые могут быть применены для добычи сапропеля с объемным насыщением водогрунтовой смеси не мене 25% [2].
Техническая характеристика земснарядов с гидравлическим
рыхлением грунта:
ЗЕМСНАРЯД 258.100-1СГ
Габаритные размеры, м............................15 х 2,5 х 3,6
Высота борта, м.............................................0,9
Осадка максимальная, м.....................................0,55
Глубина разработки, м........................................10
Техническая производительность
по сапропелю естественной влажности, м3/ч.................100
Дальность транспортирования, м............................1000
ЗЕМСНАРЯД 258.200-1СГ
Габаритные размеры, м...........................15 х 2,5 х 3,6
Высота борта, м............................................0,9
Осадка максимальная, м....................................0,65
Глубина разработки, м.......................................10
Техническая производительность
по сапропелю естественной влажности, м3/ч................200
Дальность транспортирования, м............................1500
Техническая характеристика земснарядов с механическим (фрезерным) рыхлением грунта:
ЗЕМСНАРЯД 258.100-1СФ
Габаритные размеры, м.......................18 х 2,5 х 3,6
Высота борта, м........................................0,9
Осадка максимальная, м................................0,55
Глубина разработки, м...................................10
Техническая производительность
по сапропелю естественной влажности, м3/ч............100
Дальность транспортирования, м........................1000
2. Самоотвозные земснаряды с шнековым грунтозаборнонагнетательным устройством
В конце 80-х годов XX века нашли широкое применение само-отвозные земснаряды с шнековыми грунтозаборнонагнетательными устройствами [3, 4]. Основное их преимущество
заключается в том, что они добывают сапропель со дна водоема без разбавления его водой - то есть в состоянии естественной влажности (85 - 95%) в виде пастообразной массы. В этом виде сапропель можно использовать для подкормки скота, перевозить на поля, а складирование на берегу не требует отторжения больших площадей под отстойники и изготовления специальных водоспускных устройств.
Земснаряды с шнековыми нагнетателями могут также применяться для очистки рыбоводческих прудов без спуска воды, отстойников химпредприятий, сборников жидкого навоза, добычи лечебной грязи. Они легко разбираемы на отдельные узлы, транс-
портабельны автомобильным, железнодорожным, речным, вертолетным транспортом.
Техническая характеристика самоотвозного земснаряда с шнековым грунтозаборно-напорным устройством, изготавливаемого ООО «Октябрьский ССРЗ»:
ЗЕМСНАРЯД 044.60СШ
Габаритные размеры, м.........................12,6 х 4,7 х 3,4
Высота борта, м..........................................0,9
Осадка с грузом, м
носом......................................................0,63
кормой.....................................................0,43
Г лубина разработки, м...................................до 5
Техническая производительность
по сапропелю естественной влажности, м3/ч............до 60
Энергетическая установка - трактор МТЗ80.
Достоинство земснаряда состоит в простоте обслуживания, возможности использования в зимнее время трактора (энергетической установки земснаряда) для вывозки сапропеля на поля.
Основной недостаток такой конструкции земснаряда - низкая эксплуатационная производительность вследствие периодической работы: после загрузки бункера земснаряд перемещается к месту выгрузки сапропеля, а после выгрузки возвращается к месту грун-тозабора, т.е. часть рабочего времени земснаряда расходуется непроизводительно, что снижает коэффициент использования земснаряда по времени.
3. Земснаряды с шнековым грунтозаборнонагнетательным устройством и объемным нагнетелем
Разработана новая конструкция, где земснаряд оснащен не только шнековым грунтозаборно-нагнетательным устройством, но и высоконапорным объемным нагнетателем для транспортирования сапропеля естественной влажности по трубопроводам к месту складирования [5]. Схема земснаряда (проект 258.60СШ производства ООО «Октябрьский ССРЗ») показана на рис. 1. Земснаряд включает корпус 1, шарнирно закрепленную на нем раму 2 с шнековым нагнетателем 3 и рыхлителем грунта 4, нагнетательный грунтопровод 5. Земснаряд снабжен дополнительным нагнетателем
- объемным насосом 6. Рыхлителем 4 сапропель отделяется от дна и подается без разжижения его водой в нагнетатель 3. Нагнетатель 3 перемещает сапропель в насос 6. Насосом 6 сапропель транспортируется по трубопроводу 5 к месту складирования. Характеристики насоса 6 подбираются в зависимости от дальности транспортирования и высоты подъема грунта от уровня воды в соответствии с расчетом, выполненным по специально разработанной методике [6]. Если давления одного насоса 6 недостаточно для транспортирования сапропеля на большие расстояния, то возможно последовательное подключение еще одного и более насосов в соответствии с расчетом.
Техническая характеристика земснаряда с шнековым грунто-заборно-нагнетательным устройством и объемным нагнетателем
ЗЕМСНАРЯД 258.60-2СШ
Габаритные размеры, м...........................18 х 2,5 х 3,6
Высота борта, м.........................................0,9
Осадка не более, м..........................................0,6
Г лубина разработки, м.......................................8
Техническая производительность .
по сапропелю естественной влажности, м3/ч............... 100
Дальность транспортирования, м..............................800
Основное преимущество такой конструкции земснаряда по сравнению с ранее рассмотренной - высокая эксплуатационная производительность, которая обусловлена высоким коэффициентом использования земснаряда по времени.
4. Исследование удельных энергетических затрат на добычу сапропеля
Расчеты удельных энергетических затрат на грунтозабор и транспортирование сапропеля выполнены применительно к земснарядам производительностью 100 м3/ч по сапропелю естественной влажности при транспортировании на расстояние от 100 до 600 м с высотой подъема от уровня воды 5 м. Расчеты проводились для трех вариантов добычи и транспортирования:
а) Добыча сапропеля выполняется земснарядами гидромеханизации, когда отделенный от ложа дна грунт (сапропель естественной влажности) разбавляется и перемешивается с водой в соотно-
шении 1:3, образуя пульпу с объемной концентрацией 25% по сапропелю естественной влажности.
Грунтозаборное устройство земснаряда оснащено гидравлическим рыхлителем грунта или фрезой с потребляемой мощностью 30 кВт. Гидравлический расчет трубопроводного транспорта сапропелевой пульпы выполнен по методике [7].
б) Добыча сапропеля выполняется земснарядом с шнековым грун-тозаборно-нагнетательным устройством (рис. 1), когда грунт отделяется от ложа дна рыхлителем 4 и перемещается нагнетателем 3 к насосу 6. Винтовым насосом 6 сапропель естественной влажности транспортируется по трубопроводу к месту складирования. Мощность привода рыхлителя и нагнетателя принята 30 кВт. В качестве реологических характеристик при транспортировании сапропеля естественной влажности были приняты: предельное напряжение сдвига 60 Па, структурная вязкость 0,1 Пас. Гидравлический расчет трубопроводного транспорта сапропеля естественной влажности выполнен по методике [6].
в) Добыча сапропеля выполняется как в п.б). При этом сапропель естественной влажности транспортируется винтовым насосом 6 к месту складирования по трубопроводу, на внутренней поверхности которого сформирован слой водяной гидросмазки (рис. 2) толщиной 5 мм в соответствии с [8]. Г идравлический расчет транспорта сапропеля естественной влажности по трубе со слоем гидро-
смазки выполнен по методике, разработанной на основании исследований [9, 10].
Результаты расчетов представлены на рис. 3 и 4.
Рис. 2. Схема течения сапропеля естественной влажности в трубе с гидросмазкой: 1 - труба, 2 - слой гидросмазки, 3 - сапропель
Из рис. 3 следует, что при транспортировании сапропеля естественной влажности в слое гидросмазки (кривая 2) гидравлический уклон снижается по сравнению с транспортированием без гидросмазки (кривая 1) в 4-5 раз в зависимости от диаметра трубопровода D. В лабораторных исследованиях при перекачке асфальтосмолистой нефти по стеклянным трубам в слое гидросмазки получено снижение перепада давления в 20 раз по сравнению с перекачкой без гидросмазки, а при перекачивании мангышлакской нефти со слоем гидросмазки на промышленном трубопроводе гидравлическое сопротивление снизилось в 2-2,8 раза по сравнению с перекачкой той же нефти обычным способом [11]. Следовательно, перекачивание высоковязких жидкостей (в т.ч. сапропеля естественной влажности) в слое гидросмазки весьма перспективно, так как снижает гидравлические потери на гидротранспорт.
Из рис. 4 следует, что удельные затраты энергии на добычу и гидротранспорт сапропеля минимальны при транспортировании сапропеля естественной влажности с гидросмазкой (кривая 3). При этом они незначительно повышаются с уменьшением диаметра трубы. Следовательно, транспортирование сапропеля естественной
влажности с гидросмазкой можно выполнять по трубам малого диаметра, что снизит также и затраты на трубопровод.
Рис. 4. Удельные затраты энергии
N кВтч
О КУБ.М
а) г 5
г, о 15 1,0 0,5 О
/ 1?
/
"V
\?
на добычу сапропеля при диаметре трубы: а- D=159 мм, б- D=219 мм, в- D=273 мм: 1 - естественная влажность; 2 - водогрунтовая смесь (пульпа); 3- естественная влажность с гидросмазкой
100
б)
гоо 300 400 500 600 І, м
Удельные затраты энергии на добычу и гидротранспорт сапропеля естественной влажности без гидросмазки (кривая 1) выше, чем при траснпортировании с гидросмазкой, но ниже, чем при добыче в виде пульпы.
Удельные затраты на добычу сапропеля в виде пульпы (кривая 2) значительно (в 1,5 — 5,5 раз) в зависимости от диаметра трубы превышают затраты при транспортировании сапропеля в слое гидросмазки. Кроме того, добыча в виде пульпы требует дополнительных затрат на строительство чеков-отстойников и на обезвоживание пульпы.
Вывод Наименее энергоемким является способ добычи сапропеля естественной влажности с транспортированием в слое гидросмазки.
N кВтч
О КИБ.М
в)
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
100
І, м
//
-я кг
у
гоо 300 400 500 600 І, м
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Лопотко М.З., Лецко А.П., Дубинин С.К. Рекомендации по технологии промышленной добычи сапропелей из открытых водоемов для удобрений. (Ака-
демия наук Белорусской ССР. Институт торфа). - Минск: Наука и техника, 1981. -78 с.
2. Арефьев Н.Н. Земснаряды для добычи сапропеля методом гидромеханизации, выпускаемые ООО «Октябрьский ССРЗ»// Материалы международной научнопрактической конференции «Сапропель и продукты его переработки» 4-5 декабря 2008г. - г. Омск: Издательство ОМГАУ, 2008, с. 54-55.
3. Арефьев Н.Н. Земснаряды с шнековыми нагнетателями для добычи сапро-пелей из открытых водоемов. // Гидромеханизация-2006: по материалам четвертого съезда гидромеханизаторов России. Вып. 4/ -М.: Изд. МГГУ, 2006. - (Тематическое приложение к Горному информационно-аналити-ческому бюллетеню), с.196 - 200.
4. Патент на изобретение № 1564285 «Землесосный снаряд».Б.И.№18, 1990. (Авторы Лукин Н.В., Арефьев Н.Н.)
5. Патент на полезную модель №71127 «Земснаряд для добычи сапропеля». Бюл. № 6, 2008. (Автор Арефьев Н.Н.).
6. Арефьев Н.Н. Метод инженерного расчета гидротранспорта сапропелей естественной влажности. // Гидромеханизация-2006: по материалам четвертого съезда гидромеханизаторов России. Вып. 4/ -М.: Изд. МГГУ, 2006. - (Тематическое приложение к Горному информационно-аналити-ческому бюллетеню), с.201 - 204.
7. Штин С.М. Озерные сапропели и их комплексное освоение.-М.: Изд. МГГУ, 2005. 372 с.
8. Патент на изобретение № 1710468 «Способ транспортирования вязких коллоидных растворов». Б.И.№5, 1992. (Автор Арефьев Н.Н.).
9. Арефьев Н.Н. Осевое течение вязкопластичной жидкости в круглом канале со слоем гидросмазки // Ж-л «Трубопроводный транспорт (теория и практи-ка)».2007. №2. С. 86 - 89.
10. Арефьев Н.Н. Свободное круговое течение вязкопластичной жидкости со слоем гидросмазки в зазоре между коаксиальными цилиндрами // Ж-л «Известия РАН. Механика жидкости и газа». 2008. №1. С. 88-97.
11. Губин В.Е., Емков А.А. Транспорт вязких нефтей с пристенным слоем водного раствора ПАВ.// Обзорная информация. Серия «Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов». - М.: ВНИИОЭНГ, 1982. 37 с.
N.N. Arefyev
THE NEW DEVICES FOR SAPROPEL EXPLORATION AND TRANSPORTATION
The work of hydraulic dredgers equipped with suction heads and snub soil supply is described. The dredgers can be implemented for sapropel mining with the saturation of the water-soil blend no less than 25%.
Key words: dredgers, hydraulic mining, sapropel, hydraulic lubricant.
— Коротко об авторе --------------------------------------------
Арефьев Н.Н. - ООО «Октябрьский ССРЗ», г. Нижний Новгород,, ок[email protected].
