CC BY
35
^ДИАГНОСТИКА И РЕМОНТ
УДК 621.865.8: 532.54
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАЛЬНОСТИ ПОДАЧИ СМЕСИ БЕТОНОНАСОСОМ
ПРИ РАБОТЕ В СЕТИ
Н.Л. Великанов1, В.А. Наумов2, С.И. Корягин3
13Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта (БФУ им. Канта), 236041, г. Калининград, ул. А. Невского, 14;
2Калининградский государственный технический университет (КГТУ),
236000, г. Калининград, Советский пр., 1
Рассмотрены методика и алгоритм расчета дальности подачи смеси бетононасосом при работе в сети. Приведены модернизированные диаграммы производительности бетононасосов, получены эмпирические зависимости, связывающие расход и давление. Для моделирования бетонной смеси применена реологическая модель. Получены зависимости приведенной дальности подачи бетона по горизонтали от структурной вязкости при различных диаметрах бетоновода, зависимости дальности подачи бетона по вертикали от его объемной массы при различных диаметрах бетоновода и различных значениях структурной вязкости. Разработанный метод расчета позволяет определить максимальную дальность подачи заданного бетононасоса для конкретных характеристик смеси.
Ключевые слова: структурная вязкость, бетононасос, дальность подачи смеси, работа в сети
THE CALCULATION OF THE RANGE CONCRETE OF THE MIXTURE FLOW OF CONCRETE PUMP WHEN WORKING ON THE NETWORK
N. L. Velikanov, V. A. Naumov, S. I. Koryagin
The Baltic federal university of Immanuil Kant (BFU of Kant), 236041, Kaliningrad, st. A. Nevsky, 14; Kaliningrad State Technical University (KSTU),
236000, Kaliningrad, Sovetsky Ave., 1
The developed technique and algorithm of calculation of the range of the flow rate of the mixture of the concrete when working on the network. Taking into account the modernized performance schedule of concrete pumps, the empirical relationships between flow and pressure are obtained. An example of an archaeological model is given to model a concrete mix. The dependences of the given range of concrete transportation horizontally on the structural viscosity at different hose diameters, based on the range of concrete supply vertically from its bulk density at different hose diameters and different values of structural viscosity, are given. The developed method of calculation allows to determine the maximum range of supply of the concrete pump for specific characteristics of the mixture.
Keywords: structural viscosity, concrete pump, range of mixture supply, network operation
Среди современных бетононасосов наибольшую популярность завоевали поршневые бетононасосы с гидравлическим приводом. Для подбора и эффективного использования бетононасосов важно надежный инженерный метод расчета.
Авторами был разработан метод гидравлического расчета поршневых стационарных бетононасосных установок [1 - 3]. Метод
включает моделирование зависимости подачи Q от давления P, оказываемого на смесь плунжерным насосом, по диаграммам, представляемым производителями: P = f(Q). В данной статье предложен метод расчета максимальной дальности подачи смеси бетононасосом.
1Великанов Николай Леонидович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии транспортных процессов и сервиса, БФУ им. И. Канта, тел. 8 (4012) 595 585; e-mail: monolit8@yandex.ru;
2Наумов Владимир Аркадьевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой водных ресурсов и водопользования, КГТУ, тел. 8 (4012) 99 53 37; e-mail: vladimir.naumov@klgtu.ru;
3Корягин Сергей Иванович - доктор технических наук, профессор, директор инженерно - технического института, БФУ им. И. Канта, тел. 8 (4012) 595 585; e-mail: SKoryagin@kantiana.ru
Н.Л. Великанов, В.А. Наумов, С.И. Корягин
В [4, 5] проведен анализ диаграмм подачи, приведенных производителями бетононасосов [6-8]. Диаграммы подачи бетононасосов могут быть разбиты на 3 участка (рис. 1): на первом участке функция /(О) представляет собой отрезок горизонтальной прямой, на втором - лучше всего аппроксимируется гиперболой, на третьем - отрезком наклонной прямой:
(Ро при () <()о;
Р = №) = ]Нп№ при (}о<(1<(11; (1)
[а-Ь- Qпри (} > Ql. где N - полезная мощность насоса, которая практически не изменяется на рабочем участке (дуга АВ). Значения параметров в формуле (1), например, для модели 307Б компании США: О, = 14,1 м3/час; 01 = 29,5 м3/час; Ы„ = 27,5 кВт; а = 85 МПа; Ь = 2,8 МПа/(м3/час); Ро = 7 МПа. Функции /(О), полученные для бетононасосов разных производителей, отличаются от формулы (1) только значениями параметров.
Р. МПа Р МПа
-- Л
\ ч
X Б
1
Л ч
\ V
\ \
10
20
30 Q, м3/час 0
10
20 30 й,м=/час
a b
Рисунок 1 - Диаграммы производительности бетононасосов: a - 307D компании CIFA [6], b -SP-500 компании Schwing Stetter [7]. Точки -экспериментальные данные, линии - результат расчета по формуле (1)
Для расчета максимальной дальности подачи будем использовать давление и производительность бетононасоса в точке А диаграммы (рис. 1). В этой точке давление, создаваемое бетононасосом, максимальное для данной модели. Использовать параметры в точках левее А, нецелесообразно, так как будет меньше расход и КПД насоса. При значительном снижении Q возможно падение давления, неустойчивая работа установки.
В [1, 2] на основе экспериментальных данных о реологических характеристиках была получена регрессионная модель зависимости предельного напряжения сдвига т0 и коэффициента скорости b от осадки конуса. Ограниченность такой статистической модели заключается в том, что расчеты можно проводить для ограниченного ряда, исследованных бетонных смесей. Чтобы была возможность более широкого применения метода расчета, в том числе для модифицированных бетонных смесей, требуется применить реологическую модель.
Здесь будем использовать хорошо зарекомендовавшую себя формулу [9]
а \г па2 кг у '
где АР - потери давление на транспортирование смеси по бетоноводу, Па; Ь - приведенная (расчетная) длина трубопровода, м; ё - внутренний диаметр бетоновода, м; к - коэффициент заполнения, в первом приближении можно принять равным единице; параметры т (Па) и
^ (Пас/м) требуется определить с помощью трибометра на поверхности между внутренним цилиндром и бетонной смесью.
В оценочных расчетах по формуле (2) заменим т( на т0 (предельное напряжение
сдвига бетонной смеси), а для параметра
воспользуемся рекомендацией [10]:
„ 11 (3)
п 8 г-г0 о,5а-2т0/(йР/1)' ( )
где 3 - толщина пристеночного слоя в модели Бингама; п - пластическая (структурная) вязкость; величины пи т0 определяются при стандартном реологическом изучении бетонной смеси с помощью вискозиметра.
Тогда расход может быть определен по гидравлическим потерям давления:
па2 (а 2 т0 ь\ {ар а \
Исходные данные: Ро, 0о, П, х0 , У -
объемная масса бетонной смеси, кг/м3 (необходима лишь для расчета максимальной дальности подачи по вертикали).
Максимальная дальность подачи по горизонтали находится решением численным методом уравнения (4) относительно величины Ь. при замене АР на Ро. Результаты расчета для диапазонов структурной вязкости и предельного напряжения сдвига, как у смесей, исследованных в [11], представлены на рис. 2-3.
60 80 100 120 140 1),Па-с
а Ь
Рисуок 2 - Зависимость приведенной дальности подачи бетона по горизонтали от структурной вязкости (бетононасос 307D): а - при то = 0,1 Па и различных диаметрах бетоновода (1 - d = 120 мм, 2d = 125 мм, 3 - d = 130 мм); Ь - при d = 125 мм и различных значениях предельного напряжения сдвига (1 - то = 0,1 Па; 2- то = 20 Па; 3 - то = 35 Па)
Определение дальности подачи смеси бетононасосом при работе в сети
L, м
L, м
600
400
100
a
140 1?,Па-с
120 140 7?, П;
b
Рисунок 3 - Зависимость приведенной дальности
подачи бетона по горизонтали от структурной вязкости (бетононасос SP-500): а - при то = 0,1 Па и различных диаметрах бетоновода (1 - d = 120 мм, 2- d = 125 мм, 3 - d = 130 мм); Ь - при d = 125 мм и
различных значениях предельного напряжения сдвига (1 - то = 0,1 Па; 2- то = 20 Па; 3 - то = 35 Па)
Видно, что наибольшее влияние на максимальную дальность подачи по горизонтали заданной установкой оказывает величина структурной вязкости бетонной смеси, меньшее - диаметр бетоновода, совсем небольшое - значение предельного напряжения сдвига.
Для расчета максимальной дальности подачи по вертикали необходимо в уравнении (4) замене ЛP на Р0 - уgH . Тогда уравнение примет вид:
2-т0-ь(н+ь0)\ Г(р0-Гднуа -удн ) ' ( 4-(н+ь0)
Тс). (5)
где Lo - приведенная длина, учитывающая гидравлические потери в местных сопротивлениях (например, 1 м на каждые 10° поворота бетоновода [12]).
Результаты расчета на рис. 4-5 получены при Lо = 30 м.
(у = 500 кг/м3) может быть подана установкой 307Б на высоту 250 м, тогда как тяжелая (у = 2500 кг/м3) - только на 140 м. В технических документах компании США [6] для модели бетононасоса 307Б максимальная дальность подачи приведена без указания характеристик смеси: по горизонтали и вертикали, соответственно, 500 и 120 м. Эти величины находятся в диапазоне приведенных результатов расчетов. Но разработанный метод расчета позволяет определить максимальную дальность подачи заданного бетононасоса для конкретных характеристик смеси.
Н, м
зоог
250-
200 -
150-
100 500
\] \l
чл
зоо
250
200
150
Н, м
1G0 500
s¿ 3
1500 2000 у, кг/м"
_ _ nd.2 id 2-т0-
350
Н, м
250
200
2000 у, кг/ м 500 1000 L500 2000 у, кг/
a b
Рисунок 4 - Зависимость дальности подачи бетона по вертикали от его объемной массы (бетононасос 307D): a - при п = 120 Пас и различных диаметрах бетоновода (1 - d = 120 мм, 2- d = 125 мм, 3 - d = 130 мм); b - при d = 125 мм и различных значениях структурной вязкости (1 - п = 90 Пас; 2 - п = 120 Пас; 3 - п = 160 Пас)
Рисунки 4 - 5 показывают существенную зависимость дальности подачи бетона по вертикали от его объемной массы, диаметра бетоновода и структурной вязкости. Так при d = 120 мм, п = 100 Пас легкая бетонная смесь
1000 1500 2000 у, кг/ г,
a b
Рисунок 5 - Зависимость дальности подачи бетона по вертикали от его объемной массы
(бетононасос SP-500): a - при п = 120 Пас и различных диаметрах бетоновода (1 - d = 120 мм, 2d = 125 мм, 3 - d = 130 мм); b - при d = 125 мм и различных значениях структурной вязкости (1 - п = 90 Пас; 2 - п = 120 Пас; 3 - п = 160 Пас)
Литература
1. Великанов, Н.Л. Определение рабочей точки бетононасоса / Н.Л. Великанов, В.А. Наумов, Л.В. Примак // Механизация строительства. - 2015. - № 9. - С. 42-44.
2. Великанов, Н.Л. Совершенствование методики гидравлического расчета потерь в бетоноводе / Н.Л. Великанов, В.А. Наумов, Л.В. Примак // Механизация строительства. - 2015. - № 10. - С. 22-25.
3. Великанов, Н.Л. Основные этапы выбора стационарного бетононасоса / Н.Л. Великанов, В.А. Наумов, Л.В. Примак // Механизация строительства. -2016.-№ 9.-С. 44-49.
4. Naumov, V. Consideration of the characteristics of the concrete mix when choosing concrete pump / V. Naumov, N. Velikanov // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. - 2018. - Vol. 365, No. 3, pp. 1-7.
5. Великанов, Н.Л. Определение производительности поршневого бетононасоса / Н.Л. Великанов, В.А. Наумов, С.И. Корягин // Технико-технологические проблемы сервиса. - 2018. - № 2 (44). - С. 8-11.
6. Italian Company CIFA. Portable Pumps [Электронный ресурс]. URL: http://www.cifa.com/portable-pumps/ (дата обращения 30.10.2018).
7. Schwing Stationary Trailer Concrete Pumps [Электронный ресурс]. URL: http://www.schwing-stetter.co.uk/Pages/Equipment/StaticPumps.aspx (дата обращения 30.10.2018).
8. Putzmeister Stationary Concrete Pumps [Электронный ресурс]. URL: http://putzmeister.com/enu/index.htm (дата обращения 30.10.2018).
9. Kaplan D., de Larrard F., Sedran T., Design of concrete pumping circuit, ACI Mater. Journal. - 2005. Vol. 102, pp. 110-117.
10. Jacobsen S., Mork J.H., Lee S.F., Haugan L. Pump-
ing of concrete and mortar - State of the art. COIN Project report 5. - 2008. - 46 p. [Электронный ресурс]. URL: https ://brage .bibsys.no/xmlui/bitstream/handle/112 50/2388633/COIN%2B report%2B no%2B 5.pdf? sequenc e=3&isAllowed=y (дата обращения 30.10.2018).
11. Jo S.D., Park C.K., Jeong J.H., Lee S.H., Kwon S.H. A Computational approach to estimating a lubricating layer in concrete pumping. C. Mater. Contin. - 2012. Vol. 27, pp. 189-210.
12. Руководство по укладке бетонных смесей бето-нонасосными установками ЦНИИОМТП / Под ред. Г.А. Захарченко. - М.: Стройиздат, 1978. - 144 с.
УДК 656.085.24
МОДЕЛЬ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОБЪЕМОВ РАЗРУШЕНИЙ НА СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ РЕГИОНА ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ
С. В. Уголков1, А.А.Сергеев2, В.А. Ломов3
1 Санкт-Петербургский государственный экономический университет (СПбГЭУ),
191023, Санкт-Петербург, ул. Садовая, 21;
2,3Научно-исследовательский институт (военно-системных исследований МТО ВС РФ) ВА МТО им. В.А. Хрулева, 191123, Санкт-Петербург, Воскресенская набережная, д. 10А
В настоящей статье с учетом современных представлений о природе глобальных геологических процессов в биосфере, месте и роли в них человека, на основе анализа статистики возникновения чрезвычайных ситуаций и практики ликвидации последствий их проявления проводятся теоретические изыскания моделирования частоты и масштабов, возникающих при этом разрушений на объектах железнодорожного транспорта.
Ключевые слова: чрезвычайная ситуация, железная дорога, имитационная модель.
THE MODEL OF FORECASTING THE VOLUME OF DAMAGE IN THE RAILWAY NETWORK OF THE REGION IN EMERGENCY SITUATIONS
S.V.Ugolkov, A.A. Sergeev, V.A. Lomov
Saint-Petersburg state economic University (SPbGEU), 191023, Saint-Petersburg, Sadovaya street, 21;
Institute (military system studies of material and technical support of the Armed Forces of the Russian Federation), St. Petersburg, Voskresenskaya embankment, h. 10A.
In this article, taking into account modern ideas about the nature of global geological processes in the biosphere, the place and role of man in them, based on the analysis of statistics of emergencies and the practice of eliminating the consequences of their manifestations, theoretical studies of modeling the frequency and scale of the resulting destruction on the objects of railway transport.
Keywords: emergency, railway, simulationmodel.
Человечество на всем протяжении своей истории постоянно подвергается воздействию негативных природных факторов, а в последние столетия - и антропогенных. Они уносят тыся-
чи человеческих жизней, наносят огромный экономический ущерб, разрушают многое из того, что люди создавали десятилетиями и даже веками.
1 Уголков Сергей Вячеславович - кандидат военных наук, доцент, доцент кафедры сервиса транспорта и транспортных систем, СПбГЭУ, e-mail: uglkvserg@mail.ru тел. +7(921) 325-18-12;
2Сергеев Аркадий Анатольевич - кандидат военных наук, доцент старший научный сотрудник НИИ (военно-системных исследований МТО ВС РФ) ВА МТО им. В.А. Хрулева, e-mail: Sergeev2903@rambler.ru, тел. +7(911) 954-15-44;
3Ломов Валерий Алексеевич - кандидат технических наук, доцент, етарший научный сотрудник НИИ (военно-системных исследований МТО ВС РФ) ВА МТО им. В.А. Хрулева, e-mail: lomovvalera@mail.ru, тел. +7(911) 709-633
