Особенности нового проекта земснаряда с глубиной грунтозабора до 35 м Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

© Н.Н. Арефьев, А.В. Согин, О.Н. Тарасова, 2006

Н.Н. Арефьев, А.В. Согин, О.Н. Тарасова

ОСОБЕННОСТИ НОВОГО ПРОЕКТА ЗЕМСНАРЯДА С ГЛУБИНОЙ ГРУНТОЗАБОРА ДО 35 м

работа по проектированию нового земснаряда выполнена в

ЖГ соответствии с техническим заданием ООО «Сапропель», предусматривающим дальность транспортирования грунта 200, 500 и 800 м, высоту сброса грунта над уровнем воды 7 м, глубину грун-тозабора 35 м, применение грунтового насоса ГрАУ 1600/25 с приводным электродвигателем мощностью 250 кВт и частотой вращения 725 об/мин, пульпопровод Ду 300. В работе выполнен анализ характеристик грунтонасосной установки при размещении грунтового насоса на раме под водой, а также в корпусе с дополнительным эжекторным насосом на всасывающей линии. Определены энергетические затраты на добычу грунта для обоих вариантов грунтонасосной установки при заборе водогрунтовой смеси плотностью 1,1; 1,2 и 1,3 т/м3.

Пересчет характеристик грунтового насоса с воды на грунт выполнен по методике, разработанной профессором Лукиным Н.В. [1]. Расчет характеристик грунтопровода выполнен на основании исследований французских ученых [2], профессоров Краковского И.И. [3] и Лукина Н.В. [1]. Расчет эжекторного насоса выполнен по методике, приведенной в [4], согласно которой приняты следующие параметры водяного насоса: подача Qв.н. = 1600х0,8 = 1280 м3/ч, напор Нв.н. = 30 - 35 м. По каталогу выбиран насос 1Д1250-63б с подачей Q = 1050 м3/ч, напором Н = 44 м, потребляемой мощностью N = 200 кВт, частотой вращения 1500 об/мин, диаметром всасывающего патрубка Двсу = 0,35 м, диаметром нагнетательного патрубка Двыху = 0,25 м, массой 1900 кг. С учетом потерь напора в водоводе и коллекторе напор на насадках устройства составит Н0 = 34 м. Расход воды через насадку эжектора Q0 = Qн0M.Гн х0,5 = 0,5х1600 = 800 м3/ч = 0,22 м3/с, где Qн0M.Гн = 1600 м3/ч - номинальная подача грунтового насоса. Результаты расчета эжектора приведены в табл. 1:

Таблица 1

Q.rn м3/ч 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200

в 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75

а 0,178 0,161 0,148 0,136 0,124 0,112 0,1 0,0845

Нэж 6 5,5 5 4,6 4,2 3,8 3,4 2,5

Пэж 0,178 0,2 0,22 0,238 0,25 0,252 0,25 0,2

где в = (Q.ra - Q0)/ Q0; а = 2/n (1+ в)/(1+ 8 в) - ((1+ в)/ n)2; 5 = =1,35 - относительная плотность всасываемого потока гидросмеси; n = (Дкс/До)2; Дкс - диаметр камеры смешения; До - диаметр насадки; Нэж - напор эжектора Нэж = Но а; пэж -КПД эжектора пэж = а (1+ в)

Расчеты грунтонасосной установки для всех вариантов выполнены графо-аналитическим методом путем построения пересечения графиков характеристик грунтопровода и суммарной характеристики эжекторного и центробежного насосов.

При расчете грунтонасосной установки с эжектором значение расхода водогрунтовой смеси определялось пересечением характеристик всасывающего грунтопровода и Нвсдоп = Нэж+

+ Ндопвак, где Ндопвак - допустимая вакуумметрическая высота всасывания грунтового насоса, а также пересечением характеристик всасывающего и нагнетательного грунтопроводов и суммарной характеристики центробежного и эжекторного насосов.

При расчете грунтонасосной установки с погружным грунтовым насосом, установленным на раме, значение расхода водогрунтовой смеси определялось пересечением характеристик всасывающего и нагнетательного грунтопроводов и характеристики центробежного насоса, а глубина погружения грунтового насоса - из условия отсутствия кавитации.

На основании анализа работы грунтонасосной установки были предложены следующие варианты режимов добычи:

В результате расчетов были сделаны следующие выводы:

1. Применение насосных установок с эжекторами ограничено. Грунтонасосные установки с надводным расположением грунтового насоса и эжектором на всасывающей линии могут применяться только при добыче водогрунтовой смеси плотностью до 1,1 т/м3 (объемной консистенцией до 10%). При плотности 1,2 т/м3 всасывающая способность грунтового насоса с эжектором обеспечивает работу только в докритическом режиме (отношение рабочего расхода к критическому

составляет 0,68), когда гидротранспорт осуществляется со слоем грунта. Такой режим возможен только при работе на короткий грунтопровод (до 200 м), иначе высока вероятность забоя грунтопровода. При плотности 1,3 т/м3 при всех расходах гидравлические потери во всасывающем грунтопроводе превышают всасывающую способность грунтового насоса и эжектора, что исключает возможность работы с такой плотностью.

2. Удельные энергетические затраты с эжекторами значительно выше. Сравнительный анализ применения погружных грунтовых насосов и эжекторов показывает, что удельные энергетические затраты с эжекторами значительно больше, чем на установках с погружными насосами, рис. 1. Так при транспортировании на 200 м удельные энергетические затраты с эжектором превышают затраты с погружным насосом в 1,73/0,91=1,9 раза, при дальности транспортирования на 500 м - в 2,26/1,05=2,15 раза, на 800 м - в 2,47/1,34 =

1,84 раза.

3. Чем выше консистенция грунтовой смеси, тем ниже удельные энергетические затраты (рис. 2).

4. Чем выше консистенция грунтовой смеси, тем выше производительность земснаряда по грунту (рис. 3).

Поэтому в качестве рабочей была принята схема глубинного земснаряда с погружным грунтовым насосом [5], приведенная на рис. 4.

Земснаряд состоит из оперативного корпуса 1, рамоподъемно-го корпуса 2, рамы 3 с погружным грунтовым насосом 4 и его приводным электродвигателем 5. Схема погружного грунтового насоса с валопроводом принята по [6]. Корпуса 1 и 2 соединены между собой соединительными фермами 6 и плавучими элементами 7. К корпусу 1 крепится корпус 8, на котором установлен дополнительный грунтовый насос.

На раме 3 установлено грунтозаборное устройство 10, которое состоит из грунтоприемника и гидравлического рыхлителя грунта. Конструкция гидравлического рыхлителя грунта обеспечивает не только разрыхление грунта, но и принудительное транспортирование его к всасывающему зеву грунтоприемника [7], что дает возможность получить высокое (не менее 20 %) насыщение засасы-

ваемой водогрунтовой смеси, то есть добывать грунт с высокой производительностью.

Рис.

Производительность по

-0ф-0іО

ї I

чи й 1^ ■

>

ш *

I

о

Дальность транспортирования

С эжектором ■" “С погружным грунтовым насосом

Рис. 1

10% 20% 30%

Консистенция водогрунтовой смеси

Дальность транспортирования 200 м Дальность транспортирования 500 м Дальность транспортирования 800 м

2

Консистенция водогрунтовой смеси

• Производительность поь грунту

Рис. 3

Рис. 4. Схема глубинного земснаряда

Принудительный подвод грунта дает также возможность увеличить зону рыхления грунта, что снижает вероятность завалов грунтоприемника при обрушениях откосов, а это повышает стабильность грунтозабора и увеличивает коэффициент использования земснаряда по времени.

В настоящее время осуществляется строительство земснаряда в ООО «Сапропель».

--------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Иванов В.А., Лукин Н.В., Разживин С.Н. Суда технического флота. - М.: Транспорт, 1982. - 366 с.

2. Gibert R. Transport hydraulique et refoulement des mixtures en condites. Annales des ponts et chaussees. 1960, № 3, 4.

3. Краковский И.И. Суда технического флота. - Л.: Судостроение, 1968. -

504 с.

4. Леванов Н.И., Ялтанец И.М.,Мельников И.Т., Дятлов В.М. Рабочие параметры грунтозаборных устройств плавучих землесосных снарядов и их конструктивные особенности / Под ред. И.М. Ялтанца.- М.: Издательство МГГУ, 2005. -235 с.

5. Патент на полезную модель № 49036 «Глубинный земснаряд». Бюл. № 31, 2005. (Авторы Арефьев Н.Н. и Тарасова О.Н.).

6. Патент на полезную модель № 45788 «Погружной энергетический агрегат». Бюл. № 15, 2005. (Авторы Арефьев Н.Н. и Тарасова О.Н.).

7. Патент на полезную модель № 47394 «Грунтозаборное устройство землесосного снаряда». Бюл. № 24, 2005. (Авторы Арефьев Н.Н. и Тарасова О.Н.).

— Коротко об авторах ------------------------------------

Арефьев Н.Н. - ООО «Октябрьский ССРЗ», г. Н. Новгород. Согин А. В. - ООО «Сапропель»,

Тарасова О.Н. - ВГАВТ, г. Н. Новгород.