Грунтозаборное устройство земснаряда

Изобретение относится к области гидромеханизации как в строительстве, так и при гидромеханизированной добыче и укладке нерудных строительных материалов земснарядами - плавучими землеройными машинами. Техническая задача - повышение глубины безкавитационной подводной разработки грунта без уменьшения грунтопроизводительности земснаряда, а также существенное увеличение приведенной дальности гидротранспортирования грунта. Грунтозаборное устройство земснаряда включает грунтонасос с электроприводом, его всасывающий и напорный трубопроводы, систему эжектирования. Система эжектирования состоит из водяного насоса эжектора с его всасывающим и напорным трубопроводами для подачи воды в камеру смешения потоков, которая расположена во всасывающем трубопроводе грунтонасоса. Система эжектирования снабжена соединенным с напорным трубопроводом водяного насоса эжектора кольцевым водяным коллектором с гидравлическими насадками для подачи воды в камеру смешения потоков, имеющую коническую форму и расположенную на всасывающем трубопроводе погруженного под уровень воды в забое грунтонасоса. 1 ил.

 

Изобретение относится к области гидромеханизации как в строительстве, так и при гидромеханизированной добыче и укладке нерудных строительных материалов земснарядами - плавучими землеройными машинами.

Известно [Глевицкий В.И. Гидромеханизация в транспортном строительстве: Справочное пособие/В.И.Глевицкий. М.: Транспорт, 1988, с.207-208] грунтозаборное устройство земснаряда с эжектором во всасывающем трубопроводе штатного (трюмного) грунтонасоса с целью создания динамического подпора в его всасывающем трубопроводе, включающее трюмный грунтонасос с электроприводом, водяной насос эжектора, смонтированный в машинном отделении земснаряда и подающий по трубопроводу воду к кольцевому коллектору и коноидальным гидравлическим насадкам эжектора, установленным на всасывающем трубопроводе трюмного грунтонасоса. При этом динамический подпор увеличивает кавитационный запас трюмного грунтонасоса, что, в свою очередь, позволяет увеличить или глубину подводной разработки грунта, или грунтопроизводительность земснаряда.

Недостатками сменного грунтозаборного устройства земснаряда с эжектором во всасывающем трубопроводе трюмного грунтонасоса являются:

1) ограниченная параметрами сложной гидравлической системы трюмного грунтонасоса с эжектором в его всасывающем трубопроводе величина получаемого динамического подпора, что, в свою очередь, лимитирует экономически оправданную глубину подводной разработки грунта при заданной грунтопроизводительности или грунтопроизводительность при заданной глубине подводной разработки грунта; 2) сложность практической реализации из-за отсутствия в настоящее время достоверных методов расчетного обоснования параметров эжектирования, что объясняется недетерминированным характером задачи количественного описания параметров сложной самонастраивающейся гидравлической системы трюмного грунтонасоса с эжектором в его всасывающем трубопроводе.

Известно также грунтозаборное устройство земснаряда [Шкундин Б.М. Гидромеханизация в энергетическом строительстве. М.: Энергоатомиздат, 1986, с.27-28], включающее погружной грунтонасос, погруженный под уровень воды в забое земснаряда для создания статического подпора во всасывающем трубопроводе погружного грунтонасоса, с электроприводом, напорный трубопровод с шарнирным устройством. При этом статический подпор увеличивает кавитационный запас погружного грунтонасоса, что, в свою очередь, позволяет увеличить или глубину подводной разработки грунта, или грунтопроизводительность земснаряда.

Недостатками грунтозаборного устройства земснаряда с погружным грунтонасосом являются сложности его практической реализации из-за необходимости относительно большого погружения погружного грунтонасоса под уровень воды: 1) существенное усиление конструкции носовой части земснаряда; 2) необходимость установки дополнительных носовых понтонов из-за нарушения продольной остойчивости земснаряда; 3) существенная величина единовременных затрат, а также существенное увеличение удельных энергозатрат на разработку, транспорт и гидравлическую укладку грунта.

Описанные технические решения в специальной литературе рассматриваются только как альтернативные [см., например, Огородников С.П. Гидромеханизация разработки грунтов/СП. Огородников. - М., Стройиздат, 1986, с.57-59, 246-253; Попов Ю.А. Новая концепция земснарядостроения в строительной гидромеханизации/Ю.А.Попов, Д.В.Рощупкин, М.А.Нюшков//Изв. Вузов. Стр-во - 1998. - №7. - С.75-80; Глевицкий В.И. Гидромеханизация в транспортном строительстве: Справочное пособие/В.И. Глевицкий. М.: Транспорт, 1988, С.197-199, 206-208]. Однако разработанное в НГАСУ (Сибстрине) [Лаптев B.C. Глубокая подводная разработка грунта способом гидромеханизации/ B.C.Лаптев//Тр. НГАСУ, т.6, №5 (26). - 2003. - С.6-11] решение рассматриваемой задачи методом морфологического анализа и синтеза известных технических решений с анализом по шести признакам и двадцати трем значениям убедительно подтвердило целесообразность объединения погружения грунтонасоса под уровень воды в забое земснаряда и эжектирования всасывающего трубопровода погружного грунтонасоса. При этом создан не имеющий аналогов программный продукт, позволяющий, во-первых, достоверно рассчитывать параметры эжектирования, во-вторых, определять экономически обоснованную глубину погружения грунтонасоса под уровень воды в забое земснаряда [Попов Ю.А. Глубокая подводная разработка грунтов способом гидромеханизации/Ю.А.Попов, B.C.Лаптев// Изв. Вузов. Стр-во. - 2003. - №12. - С.54-60].

Наиболее близким по технической сущности является техническое решение по а.с. №872662 А, МКИ Е 02 F 3/90, 15.10.1981 - прототип, на землесосный снаряд, включающий грунтонасос с электроприводом, его всасывающий и напорный трубопроводы, систему эжектирования, состоящую из водяного насоса эжектора с его всасывающим и напорным трубопроводами для подачи воды в камеру смешения потоков, расположенную во всасывающем трубопроводе грунтонасоса. Однако из-за конструктивных особенностей техническое решение-прототип не позволяет увеличить глубину бескавитационной подводной разработки грунта, так как действует только эффект эжектирования, в то время как в предлагаемом техническом решении действует суммарный эффект эжектирования и погружения.

Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение глубины бескавитационной подводной разработки грунта без уменьшения грунтопроизводительности земснаряда за счет суммирования действия статического и динамического подпоров при реализации кавитационного запаса погруженного под уровень воды в забое земснаряда грунтонасоса, а также существенное увеличение приведенной дальности гидротранспортирования грунта как за счет конгруэнтного повышения паспортной напорной характеристики погруженного под уровень воды в забое земснаряда грунтонасоса на величину суммы статического и динамического подпоров, так и за счет разжижения гидросмеси подкачкой воды водяным насосом эжектора.

Поставленная задача решается следующим образом. В грунтозаборном устройстве земснаряда, включающем грунтонасос с электроприводом, его всасывающий и напорный трубопроводы, систему эжектирования, состоящую из водяного насоса эжектора с его всасывающим и напорным трубопроводами для подачи воды в камеру смешения потоков, расположенную на всасывающем трубопроводе грунтонасоса, система эжектирования снабжена соединенным с напорным трубопроводом водяного насоса эжектора кольцевым водяным коллектором с гидравлическими насадками для подачи воды в камеру смешения потоков, имеющую коническую форму и расположенную на всасывающем трубопроводе погруженного под уровень воды в забое грунтонасоса. Во всасываемом трубопроводе погруженного под уровень воды в забое грунтонасоса кавитационный запас повышается на величину суммы статического и динамического подпоров. При этом относительно небольшая величина статического подпора позволяет избежать осложнений конструктивного характера в носовой части земснаряда, а относительно небольшая величина динамического подпора позволяет использовать штатный водяной насос, смонтированный в машинном отделении земснаряда, то есть позволяет обойтись без дополнительного нештатного оборудования при минимальных единовременных затратах. За счет увеличения кавитационного запаса в 2-3 раза увеличивается глубина безкавитационной подводной разработки грунта или (по приоритетности) в 1.5-2 раза увеличивается грунтопроизводительность земснаряда. Дополнительные ступени напора, равные величине соответственно статического и динамического подпоров, а также разжижение гидросмеси за счет подкачки воды водяным насосом эжектора в танспортную линию погруженного под уровень воды в забое грунтонасоса позволяют до 15-30% увеличить приведенную дальность транспортирования грунта. При этом суммирование эффектов от погружения под уровень воды в забое грунтонасоса и от эжектирования его всасывающего трубопровода позволяет избежать осложнения, имеющие место при раздельном применении погружения и эжектирования, например установки дополнительных носовых понтонов для повышения продольной остойчивости земснаряда, усиления конструкции рамы грунтозаборного устройства и замены рамоподъемной лебедки на более мощную, монтажа нештатной системы водяного насоса эжектора с повышенными рабочими параметрами и др.

На чертеже показано предлагаемое грунтозаборное устройство земснаряда. Устройство включает погружной грунтонасос 1 с электроприводом 2, всасывающим трубопроводом 3 и напорным трубопроводом 4, систему эжектирования, состоящую из водяного насоса эжектора 5, всасывающего 6 и напорного 7 трубопроводов водяного насоса эжектора, кольцевого водяного коллектора 8 и гидравлических насадков 9, подающих воду от водяного насоса эжектора в камеру смешения потоков 10 от водяного насоса эжектора и всасывающего трубопровода погружного грунтонасоса конической формы, расположенную во всасывающем трубопроводе погруженного под уровень воды в забое грунтонасоса.

Устройство работает следующим образом. Погружной грунтонасос 1 погружают под уровень воды на величину Z_ст. Системой эжектирования (водяной насос эжектора 5 → напорный трубопровод 7 → кольцевой водяной коллектор 8 → гидравлические насадки 9) в камере смешения 10 на всасывающем трубопроводе погружного грунтонасоса создается динамический подпор Zд. За счет суммарного эффекта от погружения погружного грунтонасоса и эжектирования всасывающего трубопровода погружного грунтонасоса кавитационный его запас увеличивается на сумму Z_ст+Z_д. Повышенный кавитационный запас погружного грунтонасоса реализуют или путем увеличения глубины подводной разработки грунта при неизменной грунтопроизводительности земснаряда, или путем увеличения грунтопроизводительности при неизменной глубине подводной разработки. При необходимости реализуют дополнительный положительный эффект - существенное увеличение приведенной дальности гидротранспортирования грунта как за счет конгруэнтного повышения паспортной напорной характеристики погружного грунтонасоса на величину суммы статического и динамического подпоров, так и за счет разжижения гидросмеси подкачкой воды водяным насосом эжектора.

Производственные испытания сменного грунтозаборного устройства для земснаряда 180-60 с использованием погружного грунтонасоса ГрУТ 2000/63 показали, что при погружении погружного грунтонасоса всего на 3 м и с использованием штатного водяного насоса эжектора Д200/95 глубину подводной разработки грунта можно увеличить на 10 м без уменьшения грунтопроизводительности земснаряда. При этом за счет полной отработки карьера на 30% уменьшено количество перестановок земснаряда в забое, что, в свою очередь, привело к увеличению на 5% коэффициента использования рабочего времени земснаряда. Подтверждено также хорошее совпадение расчетов с фактически достигнутыми результатами. Приведенная дальность гидротранспортирования грунта увеличилась на 20% без уменьшения грунтопроизводительности земснаряда. Полностью были исключены конструктивные перестройки грунтозаборной рамы и носовой части корпуса земснаряда.

Грунтозаборное устройство земснаряда, включающее грунтонасос с электроприводом, его всасывающий и напорный трубопроводы, систему эжектирования, состоящую из водяного насоса эжектора с его всасывающим и напорным трубопроводами для подачи воды в камеру смешения потоков, расположенную во всасывающей трубопроводе грунтонасоса, отличающееся тем, что система эжектирования снабжена соединенным с напорным трубопроводом водяного насоса эжектора кольцевым водяным коллектором с гидравлическими насадками для подачи воды в камеру смешения потоков, имеющую коническую форму и расположенную на всасывающем трубопроводе погруженного под уровень воды в забое грунтонасоса.