Способ определения плотности и скорости движения потока гидросмеси во всасывающем трубопроводе земснаряда и устройство для его осуществления

 

Использование: в области гидромеханизации. Сущность изобретения: способ определения плотности и скорости движения потока гидросмеси во всасывающем трубопроводе земснаряда включает измерение величины вакуума и снятие характеристики всасывающего трубопровода при работе земснаряда на воде и гидросмеси. Характеристику всасывающего трубопровода снимают при заглублениях под воду грунтообразного наконечника от минимальной до максимальной величины с одновременной фиксацией в одной точке всасывающего трубопровода величин вакуума и скорости движения потока воды и гидросмеси до предельных значений, соотвествующих началу режима кавитации. Определение плотности и скорости потока гидросмеси производят по эмпирическим формулам, приведенным в описании. Устройство для осуществления способа включает установленные на рабочих трубопроводах земснаряда первичные измерительные преобразователи измерения плотности и скорости движения потока гидросмеси и вторичные приборы, электрически связанные с интегратором, при этом первичные измерительные преобразователи установлены на горизонтальном участке всасывающего трубопровода. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к гидромеханизации и предназначено для автоматизации технологических процессов земснарядов.

Известен способ определения скорости движения (расхода) потока гидросмеси по показанию вакуумметра во всасывающем трубопроводе и снятой характеристике всасывающего трубопровода при работе землесоса на воде и гидросмеси при одном постоянном заглублении всасывающего трубопровода [1] Недостатком этого способа является недостаточная точность результатов из-за несоответствия снятой на одной режиме работы землесоса характеристики всасывающего трубопровода натурным условиям работы землесосного снаряда при постоянно изменяющихся во времени режимах работы.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу является способ регулирования режима работы земснаряда, основанный на определении консистенции по показанию первичного преобразователя прибора определения консистенции, установленного на всасывающем трубопроводе и определении расхода по показанию первичного преобразователя расхода, установленного на прямолинейном участке напорного трубопровода [2] Недостатком этого способа является недостаточная достоверность результатов из-за несоответствия величины показания расхода на напорной линии действительной величины расхода всасываемого грунтовым насосом (на всасывающей линии, где установлен консистомер) которая происходит посредством увеличения расхода (уменьшения консистенции из-за разбавления первоначального расхода) всасываемого грунтовым насосом на величину промывочной воды (примерно 5% от расхода грунтового насоса), подаваемой на промывку сальникового уплотнения вала грунтового насоса и уплотнения между всасывающим патрубком и входом в рабочее колесо. Кроме этого установка консистомера на всасывающей линии, а расходомера на напорной приводит к рассогласованию в показаниях, которое происходит из-за того, что при измерениях одного и того же потока гидросмеси (определенной консистенции) между показаниями консистомера и расходомера проходит промежуток времени 4 6 с (время, за которое поток гидросмеси перемещается от места установки консистомера до расходомера), приводящая к понижению точности измерения контролируемых показателей.

Цель изобретения повышение достоверности и снижение трудоемкости определения плотности и скорости движения потока гидросмеси за счет полного охвата всех режимов работы землесосного снаряда при снятии характеристики всасывающего трубопровода с заглублением всаса под воду от минимальной до максимальной глубины разработки грунта землесосным снарядом, причем первичные измерительные преобразователи измерения плотности и скорости движения потока гидросмеси устанавливаются на горизонтальном участке всасывающего трубопровода.

На фиг. 1 изображена схема земснаряда; на фиг. 2 графики, характеризующие режимы работы всасывающего трубопровода.

Земснаряд включает понтон 1, установленный на нем грунтовый насос (землесос) 2, соединенный с всасывающим трубопроводом 3, исполнительный механизм 4, соединенный с всасывающим трубопроводом 3, прибор определения плотности (консистенции), состоящий из первого измерительного преобразователя 5 и вторичного прибора, прибор определения скорости движения (расходомер) потока гидросмеси, состоящий из первичного измерительного преобразователя 7, установленного на всасывающем трубопроводе 3, и из вторичного прибора 8, а выходы вторичных приборов 6 и 8 электрически связаны с интегратором. Оба первичных измерительных преобразователя устанавливают с синхронным включением и выключением с электродвигателем 10 грунтового насоса 2.

При погружении всасывающего трубопровода 3 под воду и включении электродвигателя 10 грунтового насоса 2 включаются измерительные преобразователи 5 и 7 и вторичные приборы 6 и 8. Сигналы преобразователей 5 и 7 поступают на входы вторичных приборов 6 и 8, с выхода которых сигналы подаются на вход интегратора 9, а с его выхода на исполнительный механизм 4, управляя его работой.

Разработка грунта земснарядом осуществляется при наличии геодезической высоты всасывания Н_г от минимальной допустимой глубины разработки Н₁=L ˙ sin α₁ до максимальной допустимой глубины разработки H₂=L ˙ sin α₂, где Н₁ и Н₂ соответствующие минимальная и максимальная глубины разработки грунта; L длина всасывающего трубопровода; α₁ и α₂ угол наклона всасывающего трубопровода соответственно при минимальной и максимальной глубине разработки грунта.

На фиг. 2 по горизонтали отложена скорость потока воды и гидросмеси во всасывающем трубопроводе, по вертикали вакуумметрическая высота всасывания, а наклонные вверх поднимающиеся линии соответствуют различным режимам всасывающего трубопровода при работе земснаряда. Причем штриховые линии соответствуют режиму работы земснаряда на воде и гидросмеси плотностью ρ_см=1,1; 1,2 и 1,3 г/см³ при заглублении всасывающего трубопровода Н₁, а сплошные линии на гидросмеси плотностью ρ_см=1,1; 1,2 и 1,3 г/см³ при заглублении всасывающего трубопровода Н₂. В верхней части графика располагается наклонная вниз линия, характеризующая изменение предельной вакуумметрической высоты всасывания В_вак (пр), точки пересечения с которой линий характеристик всасывающего трубопровода соответствуют началу режима кавитации.

Из фиг. 2 следует, что интенсивность процесса всасывания гидросмеси грунтовым насосом (землесосом) непосредственно зависит от глубины погружения всасывающего трубопровода под воду. При этом наибольший эффект (максимальная производительность процесса грунтозабора) достигается при минимальной допустимой глубине разработки грунта земснарядом. Причем (как показывают опытные и расчетные данные) грунтовый насос на минимально допустимой глубине разработки всасывает гидросмеси максимальной плотности (консистенции), величина которой пропорционально уменьшается с увеличением глубины разработки грунта земснарядом.

Способ осуществляется следующим образом. После пуска грунтового насоса 2 в работу снимают характеристику всасывающего трубопровода на воде в пределах минимальных и максимальных скоростей всасывания (4 5 замера). Затем снимают характеристики всасывающего трубопровода 3 в процессе работы грунтового насоса 2 на гидросмеси на тех же режимах (4 5 замеров) при заглублениях всасывающего трубопровода 3 под воду от минимальной до максимальной глубины заглубления.

Плотность (консистенцию) и скорость (расход) гидросмеси измеряют приборами определения плотности и скорости гидросмеси, первичные измерительные преобразователи 5 и 7 которых устанавливаются на всасывающем трубопроводе 3 и фиксируют в одной точке всасывающего трубопровода величин вакуума и скорости движения потока воды и гидросмеси вплоть до предельных значений, соответствующих началу режима кавитации во всасывающем трубопроводе при снятии характеристики всасывающего трубопровода, заглубляемого под воду от минимальной до максимальной величины заглубления, определяют по эмпирическим формулам, полученным посредством подбора: ρ_см= ρ_o+К₁(В_cм-B_о) V_см=V_o-K₂(B_см-B_o), где ρ_см и ρ_o плотность гидросмеси и воды соответственно, кг/м³; К₁ и К₂ коэффициенты режима работы, характеризующие соответственно, изменение плотности (консистенции) и скорости (расхода) гидросмеси от перепада давления во всасывающем трубопроводе и глубины погружения всасывающего трубопровода под воду; B_см и B_o вакуумметрическая высота во всасывающем трубопроводе при движении гидросмеси и воды соответственно, Н/м²; V_см и V_o скорость движения потока гидросмеси и воды во всасывающем трубопроводе соответственно, м/с.

Правильность показаний приборов периодически проверяют посредством перевода грунтового насоса 2 в режим работы с гидросмеси на воду после отрыва (поднятия) всасывающего трубопровода от грунта.

При ручном управлении земснарядом график фиг. 2 помещается в рубке и позволяет оператору осуществлять контроль за процессом работы грунтового насоса 2 в различных режимах.

Последовательность действий оператора при определении скорости (расхода) и плотности (консистенции) потока гидросмеси состоит в следующем. При минимальной допустимой глубине всасывающего трубопровода или при отрыве трубопровода от грунта (режим работы грунтового насоса на воде) по показаниям приборов фиксируется скорость потока воды и величина вакуума во всасывающем трубопроводе. Затем при опускании всасывающего трубопровода и переводе грунтового насоса в режим работы на гидросмеси фиксируют показания вакуума во всасывающем трубопроводе, величину плотности и соответствующую скорость потока гидросмеси. Из формул плотности и скорости потока гидросмеси определяют коэффициенты режима работы К₁ и К₂. Дальнейшая работа и контроль за разработкой грунта земснарядом осуществляется посредством подсчета ρ_см и V_см по приведенным формулам посредством использования полученных коэффициентов К₁ и К₂. При изменении режима работы (переход на новую глубину разработки) последовательность процесса определения плотности и скорости потока гидросмеси повторяется.

При автоматическом режиме работы земснаряда контроль и управление осуществляется следующим образом. При достижении максимальной консистенции гидросмеси (работа на режиме близком к критическому), т.е. при приближении показания вакуума во всасывающем трубопроводе (Bсм) к предельной вакуумметрической высоте всасывания (B_вак(пр)) на данном скоростном режиме или понижения скорости потока гидросмеси (V_см) до предельной допустимой величины происходит автоматическая подача команды на механизм управления всасывающим трубопроводом и осуществляется подъем (отрыв от грунта) всасывающего трубопровода.

При достижении оптимальной величины показания скорости (расхода) и плотности (консистенции) потока гидросмеси перемещение (подъем) вверх всасывающего трубопровода прекращается и работа земснаряда осуществляется с горизонтальным папильонированием. При понижении плотности и увеличении скорости потока гидросмеси за допустимую величину на механизм управления подается команда и всасывающий трубопровод опускается (перемещается) вниз опять до достижения оптимальных показателей величины плотности и скорости. Таким образом работа земснаряда постоянно поддерживается в пределах оптимальных значений плотности (консистенции) и скорости (расхода) движения потока гидросмеси.

Формула изобретения

1. Способ определения плотности и скорости движения потока гидросмеси во всасывающем трубопроводе земснаряда, включающий измерение величины вакуума и снятие характеристики всасывающего трубопровода при работе земснаряда на воде и гидросмеси с последующим выбором оптимального режима работы земснаряда, отличающийся тем, что характеристику всасывающего трубопровода снимают при заглублениях под воду грунтозаборного наконечника от минимальной до максимальной величины с одновременной фиксацией в одной точке всасывающего трубопровода величин вакуума и скорости движения потока воды и гидросмеси до предельных значений, соответствующих началу режима кавитации с определением плотности и скорости потока гидросмеси по формулам ρ_см= ρ_o+K₁(B_см-B_o) V_см V₀ K₂(B_см В₀), где ρ_см и ρ_o плотность гидросмеси и воды соответственно, кг/м³;
K₁ и K₂ коэффициенты режима работы, характеризующие соответственно изменение плотности (консистенции) и скорости (расхода) гидросмеси от перепада давления во всасывающем трубопроводе и глубины погружения грунтозаборного наконечника под воду;
B_см и B₀ вакуумметрическая высота во всасывающем трубопроводе при движении гидросмеси и воды соответственно, Н/м²;
V_см и V₀ скорость движения потока гидросмеси и воды во всасывающем трубопроводе соответственно, м/с.

2. Устройство для определения плотности и скорости движения потока гидросмеси по показанию вакуумметра во всасывающем трубопроводе, включающее установленные на рабочих трубопроводах земснаряда первичные измерительные преобразователи измерения плотности и скорости движения потока гидросмеси, вторичные приборы, электрически связанные с интегратором, отличающееся тем, что первичные измерительные преобразователи установлены на горизонтальном участке всасывающего трубопровода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2