CC BY
80
®ДИАГНОСТИКА И РЕМОНТ
УДК 621.865.8: 532.54 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПОРШНЕВОГО
БЕТОНОНАСОСА
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 варианты расчета производительности поршневого бетононасоса при его работе в сети по перекачке бетона по горизонтали на определенное расстояние. Приведен анализ результатов расчетов по номограммам, представленным производителями насосов, производительности работы насосов. Показано, что номограммы не являются универсальными, в них использованы характеристики вполне определенной бетонной смеси с очень малым предельным напряжением сдвига.
Ключевые слова: поршневые бетононасосы, номограммы производительности, характеристики насосной установки
DEFINITION OF PERFORMANCE PISTON CONCRETE PUMP
N. L. Velikanov, V. A. Naumov, S. I. Koryagin
The Baltic federal university of Immanuil Kant (BFU of Kant), 36041, Kaliningrad, st. A. Nevsky, 14;
Kaliningrad State Technical University (KSTU), 236000, Kaliningrad, Sovetsky Ave., 1
The options considered, the calculation of the performance of the piston pump during its operation in the network to transfer concrete horizontally for a certain distance. The analysis of results of calculation by nomograms presented by the manufacturers of pumps, performance of pumps. It is shown that nomograms are not universal, they use the characteristics of a well-defined concrete mixture with a very low shear stress.
Keywords: piston concrete pumps, capacity nomograms, characteristics of the pumping unit
Поршневые бетононасосы с маслогид-равлическим приводом используются в строительстве самых разнообразных объектов. Производители предлагают большое количество моделей таких насосов с широким спектром параметров. Строителей, в первую очередь, интересует подача (производительность) Q (выражается в м3/час), и высота Н (или дальность Ь), на которую можно подать бетонную смесь.
В техническом паспорте продукции указывается максимальная производительность и максимальное давление Р (МПа) на выходе бетононасоса. Известно, что максимальные значения Q и Р не могут быть достигнуты одновременно. Например, увеличение дальности подачи приводит к снижению производительности. Часто в технической документации приводятся значения максимальной дальности и высоты подачи, не уточняя, для каких параметров бетонных смесей указаны такие показатели.
Помочь строителям, в выборе бетононасосов призваны диаграммы и номограммы производительности. Методика выбора необходимых параметров бетононасоса с помощью диаграммы производительности подробно рассмотрена в [1, 2]. В данной статье рассмотрим возможность использования номограммы производительности бетононасоса. В [3] для ориентировочных расчетов при определении технических возможностей бетононасосов была построена номограмма (рис. 1), показывающая зависимость между производительности установить возникающее давление в бетоноводе при определенной подвижности бетонной смеси, дальности ее подачи и диаметре трубопровода.
При расчете номограммы в [3] была использована эмпирическая зависимость: 4 Ь
АР = -,(То + ь • V ) + у g • к , (1)
3
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
Определение производительности поршневого бетононасоса
давлением в бетоноводе, его диаметром, дальностью подачи, производительностью насоса и подвижностью бетонной смеси (осадкой конуса, ОК). Схема определения производительности бетононасоса по известному давлению в бетоноводе показана на номограмме пунктирной линией. С помощью номограммы можно решить и обратную задачу - по требуемой где: АР - потери давление на транспортирование смеси по бетоноводу, Па; Ь - приведенная (расчетная) длина трубопровода, м; й - внутренний диаметр бетоновода, м; у - объемная масса бетонной смеси (плотность), кг/м3; т -предельное напряжение сдвига бетонной смеси, Па; g - ускорение свободного падения, м/с2; к -высота подачи бетонной смеси, м; Ь - коэффициент скорости, Пас/м; V - средняя скорость движения смеси, м/с:
V = 4 ■ 2 / о ■ а2) . (2)
Для случая горизонтального трубопровода к=0. Тогда из пяти величин А Р , Ь, ОК, й, Q четыре можно задать, а пятую рассчитать по формулам (1 - 2). В этом заключается основной принцип использования номограммы (рис. 1). Но возможно это только при заданной зависимости т и Ь от ОК.
равлических потерь (в конусе, на поворотах бетоновода).
Некоторые производители строительных машин (например, [5, 6]) номограмму производительности бетононасоса начинают дополнять диаграммой Р^ (рис. 2). Большинство современных бетононасосов может работать в двух режимах: высокого давления (со стороны поршня) и высокой производительности (со стороны штока). Технические характеристики стационарных бетононасосов серии ТЖ представлены в табл. 1. Модель насоса с приводом от дизельного двигателя маркируется буквой В, от электрического - Е.
Таблица 1 - Технические характеристики стационарных бетононасосов серии ТЖ [5]
Характеристика, единицы измерения Модель насоса
70 Е 80 В 110 В 140 В
Наибольшая производительность, м3/час
- со стороны штока 66 71 102 135
- со стороны поршня 40 43 62 82
Наибольшее давление, МПа
- со стороны штока 75 75 75 95
- со стороны поршня 125 125 125 155
Частота (количество двойных ходов поршня), об/мин
- со стороны штока 25 27 38 38
- со стороны поршня 15 16 23 23
Объем подачи за двойной ход поршня, л 72 88 88 116
Общая масса, кг 5 200 5 400 5750 5800
Мощность двигателя, кВт 75 95 145 145
Рисунок 1 - Номограмма производительности поршневого бетононасоса при оптимальном рабочем давлении в бетоноводе (0,28 - 1,41 МПа), максимальном постоянном (1,41 - 1,76 МПа) и максимальном кратковременном давлении (1,76 - 2,11 МПа) [3]
Известно (см., например, [3, 4]), что величина т и Ь зависят не только от подвижности, но и от состава бетонной смеси. Так номограмма (рис. 1) была составлена для бетонных смесей с содержанием 55% крупного заполнителя - природного гравия, имеющего размер зерен не более 25,4 мм. При использовании в качестве крупного заполнителя щебня рабочее давление в трубопроводах увеличивается. Кроме того, следует учесть, что по номограмме определяется не фактическая длина трубопровода Ьо, а приведенная, с учетом местных гид-
Рисунок 2 - Номограмма бетононасоса ТЫ8-70Е в режиме высокой производительности [5]
Н.Л. Великанов, В.А. Наумов, С.И. Корягин
Покажем, как пользоваться номограммой. Пусть необходимо определить дальность подачи при максимальной производительности бетононасоса ТИ8-70Е для смеси с осадкой конуса ОК=10 см, внутренний диаметр бетоново-да й = 125 мм.
В рабочем режиме по диаграмме производительности 66 м3/час (точка на рис. 2), давление на выходе бетононасоса будет 4 МПа. От указанной точки проводим:
1) горизонтальную линию до пересечения с лучом диаметра бетоновода (125 мм), из точки пересечения - вспомогательную вертикальную линию;
2) вертикальную линию до пересечения с лучем осадки конуса (ОК=10 см), из точки пересечения - вспомогательную горизонтальную линию;
3) пересечение двух вспомогательнвх линий показывает максимальную дальность горизонтальной подачи, в нашем примере - около 150 м.
В технических документах производителя [5] ничего не сказано о реологических параметрах перекачиваемой смеси, для которой получена номограмма. Может создаться впечатление, что она универсальна, пригодна для любой бетонной смеси. В действительности это не так. Реологические свойства бетонной смеси, использованной в расчете, можно получить косвенным путем по рис. 2.
Формулы, связывающие величины на номограмме:
2 • гёа (й) • (Ь) = Р • (О К ), (3) где «(й) - угол наклона луча диаметра бетоновода к оси Q; г ( ь ) - угол наклона луча длины трубопровода к оси Р; р (ок ) - угол наклона луча осадки конуса к оси Р.
По рис. 2 находим
гёа (125 мм ) = 0,113 ; tg у (Ь ) = а • Ь ,
а = 2,976•10-3 ; (4)
tg р (О К ) = - 0,275 + 0,237 • О К - ...
g р ( ) ; (5)
... - 0,0260 • О К 2 + 0,00135 • О К 3
Подставляем (4), (5) в уравнение (3) и решаем совместно с равенством, следующим из (1 - 2 ) для горизонтального трубопровода:
Р • й = 4Ь-(г0 + 4Ь • ( / (ж • й2)) . (6)
Для всех значений ОК решение численным методом дает т = 0 . А зависимость коэффициента скорости от осадки конуса показана на рис. 3. Для сравнения на рис. 4 приведен график из [1].
Таким образом, номограмма [5] вовсе не универсальная, в ней использованы характеристики вполне определенной бетонной смеси с очень малым предельным напряжением сдвига и зависимостью 6(ОК), показанной на рис. 3.
Па-с м 1000 800 600 400 700
10 И 12 13 ОК, £
Рисунок 3 - Зависимость коэффициента скорости от осадки конуса бетонной смеси, использованная в [5]
Тс Па
90
60
30
» ^ _ ^ ^ - » , * X «ч ь Па-с м 500 450 400 35П
* X X •ч X
X
4.5
5.5
6.5
7.5
8.5 ОК,
Рисунок 4 - Зависимость реологических параметров одной из бетонных смесей, полученная в [1]
Аналогичная номограмма производительности бетононасосов предложена производителем из Турции [6]. На рис. 5 видно, что изменения коснулись лишь формы графика: лучи осадки конуса поменялись местами с лучами длины бетоновода, а луч диаметра бетоновода построен только один, для й = 125 мм.
При использовании таких номограмм погрешность, в зависимости от свойств бетонных смесей, может превысить 100%.
Рисунок 6 - Номограмма производительности бетононасосов ВЕТОШТАЯ [6]
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. Основные этапы выбора стационарного бетононасоса / Н.Л. Великанов, В.А. Наумов, Л.В. Примак // Механизация строительства.
- 2016. - № 9. - С. 44-49.
3. Руководство по укладке бетонных смесей бетоно-насосными установками / Под ред. Г.А. Захарченко.
- М.: Стройиздат, 1978. - 144 с.
4. 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.
5. Liebherr-Hausgeräte GmbH. Stationary concrete pumps [Электронный ресурс]. - URL: https: // www.
liebherr. Com / en/deu / products / construction-machines / concrete-technology / concrete-pumps/stationary-concrete-pumps/stationary-concrete-pumps.html (дата обращения: 08.03.2018).
6. BETONSTAR. Stationary Pumps [Электронный ресурс]. URL: http://www.betonstar.com/sabit-beton-pompalari.aspx (дата обращения 08.03.2018).
7. Комаринский М. В. Производительность поршневого бетононасоса. - Интернет-журнал "Строительство уникальных зданий и сооружений", 2013, №6 (11). - [Электронный ресурс]. - URL: http://unistroy.spbstu.ru/index_20l3_1l/6_komarinskij_ 11.pdf (дата обращения: 10.04.2018).
УДК 625.7
ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ РЕМОНТА
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Е.И. Саканская-Грицай1
Санкт-Петербургский государственный экономический университет 191023, Санкт-Петербург, улица Садовая, дом 21.
В статье анализируются проблемы эксплуатации автомобильных дорог, их решение путём использования в конструкции дорожной одежды современных геотекстильных материалов. Рассматриваются виды и варианты применение геотекстильных материалов. Предполагается повысить экономичность отдельных проектов за счёт использования регенерированных ПЭТ-волокон из бутылочных флексов, а также с помощью инновационных цифровых 3D систем автоматического нивелирования для дорожно-строительных машин.
Ключевые слова: автомобильная дорога, дорожная одежда, геотекстильные материалы, ПЭТ-волокна, автоматическое нивелирование.
THE USE OF GEOTEXTILE MATERIALS FOR HIGHWAY REPAIR
E.I. Sakanskaya-Gritsay
Saint Petersburg state University of Economics, 191023, Saint Petersburg, Sadovaya st., 21.
The article analyzes the problem of exploitation of roads, their solutions through the use of a design of road clothes of modern geotextiles. Types and variants of application of geotextiles are considered. It is expected to increase the efficiency of individual projects through the use of regenerated pet fibers from bottle Flex, and also with the help of innovative digital 3D systems of automatic leveling for road construction machines.
Keywords: road, road pavement, geotextile material, PET fiber, automatic level.
Самая протяжённая сеть дорог в мире и самый маленький перевозимый груз в расчете на одну подвижную единицу транспорта. Средняя же скорость автомобильных перевозок в России, согласно статистике, вдвое ниже, чем в европейских странах.
Сложная многослойная инженерная конструкция, состоящая из множества конструктивных элементов, главными из которых являются земляное полотно и дорожная одежда, в пределах проезжей части автомобильной дороги воспринимает многократно повторяющуюся нагрузку от автотранспортного средства и передаёт её на грунт. Влияние погодно-
климатических и грунтово-гидрологических факторов со временем приводит к возникновению в слоях дорожной одежды и земляном полотне различных напряжений и деформаций. Постепенно накапливаясь, такие напряжения и деформации приводят к разрушению и появлению на поверхности дороги различных дефектов в виде трещин, выбоин, провалов, колейно-сти, наплывов в асфальтированном покрытии и др. Факторы, оказывающие влияние на образование деформаций и появление разрушений в конструктивных элементах автомобильной дороги в процессе ее эксплуатации, могут быть как внешними, так и внутренними.
1 Саканская-Грицай Елена Ивановна - специалист по УМР 1 категории, СПбГЭУ, тел.: +7 965 09 962 09, email: elena-gritsay@yandex. ru
