с погруженным грунтовым насосом

 

_*- возможно увеличение глубины разработки до 20 м с водоизмещающей рамой.

 

Данный метод основан на перекачивании специальным насосом жидкостей с высоким содержанием частиц грунта (пульпы) по специальному пульпопроводу на большие расстояния. Основным рабочим органом земснарядов является грунтосос – насосный агрегат с высокой абразивной устойчивостью проточной части. Грунтососы, как правило, располагаются в трюме судна, чтобы была возможность опустить ось насоса ниже уровня воды. Это позволяет избежать возникновения процесса кавитации (кавитация - от лат. cavitas - пустота - образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация), существуют и другие причины возникновения эффекта. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырёк захлопывается, излучая при этом ударную волну).

Кавитация разрушает поверхность гребных винтов, гидротурбин, акустических излучателей и др.), значительно сокращающего срок службы насоса. Итак, именно этот грунтовый насос всасывает со дна частицы грунта вместе с водой, и перекачивает их по трубам на берег, или шаланду (грунтовозную баржу).

Чтобы облегчить насосу процесс всасывания, на земснарядах имеются насосы технического водоснабжения. Самые основные среди них – это насосы гидрорыхления и эжекции. Гидравлическое рыхление применяется при разработке несвязных грунтов – как правило, песка и песчано-гравийных смесей. Струя воды под высоким напором врезается в дно водоема, образуя взвесь из воды и частиц грунта (пульпу). Подобная пульпа значительно легче всасывается заборной трубой земснаряда, нежели слежавшийся грунт. Эжекционный насос подает воду во всасывающую трубу грунтового насоса, что значительно сокращает усилие, необходимое на всасывание смеси с большой глубины. Соответственно, чем глубже ведется разработка дна, тем мощнее необходим насос эжекции. Иными словами, насосы технического водоснабжения значительно повышают КПД грунтового насоса, что очень важно, когда работы ограничены сроками (нерестом, температурой, условиями договора).

По поверхности воды земснаряд передвигается с помощью лебедок перемещения, либо свайного хода. Бывают земснаряды, совмещающие в себе оба способа. Перемещение с помощью лебедок и тросов, как правило, применяются на карьерах по добыче инертных материалов, закрытых водоемах, и акваториях со слабым течением. Использовать тросовый способ на реках с сильным течением опасно возможностью обрыва тросов. Свайный же ход в условиях интенсивного течения намного эффективнее и безопаснее. Однако, применение на карьерах и водоемах с большой глубиной невозможно.

Еще одной очень важной деталью устройства землесосов является трубопровод, по которому транспортируется пульпа. Диаметр труб, общая длина трубопровода, особенности его монтажа и использования просчитываются задолго до начала работ. Создаваемый в трубах при работе гидростатический напор может оказаться слишком высоким для грунтового насоса (особенно это касается случаев с выбросом пульпы на расстояния более километра). Поэтому, необходим гидротехнический расчет всех рабочих узлов земснаряда. Если в поставленных условиях насос земснаряда будет работать с слишком низкими показателями КПД, то возможно либо повышение мощности приводов грунтового и технических насосов, либо между земснарядом и точкой выброса устанавливается промежуточная насосная станция.

Управление процессом работы землесоса производится из рубки багермейстера (багермейстер - тот, кто управляет земснарядом или руководит работой на земснаряде (землесосе)). Пульт управления состоит из множества датчиков и приборов. Бывает, даже опытному оператору, приступившему к работе на новой машине поначалу трудно разобраться в большом количестве кнопок, тумблеров и рычагов. Именно с пульта багера ведется управление абсолютно всеми системами – от пуска грунтового насоса, до включения лампочки в моторном отсеке.

Для дноуглубления обычно применяют земснаряды со свайным папильонированием, которые разрабатывают подводную траншею (прорезь) захватками при последовательном движении от стоянки к стоянке. На каждой стоянке понтон земснаряда «закалывают» сваями в грунт. При вращении (папильонировании) в горизонтальной плоскости вокруг свай земснаряд секторами разрабатывает грунт прорези.

 

 

Рис.27. Принципиальное устройство драги:

а – вид с боку;

б – план; 1 – рыхлитель; 2 – рама рыхлителя; 3 - полиспаст подвески рамы рыхлителя; 4 – укосина; 5 – подвеска укосины; 6 – двигатель рыхлителя; 7 – всасывающий патрубок; 8 – грунтовый насос; 9 – двигатель грунтового насоса; 10 – напорный пульповод; 11 – свайный аппарат; 12 - сваеподъёмная лебёдка; 13 – лебёдка поворота земснаряда (папильонажная лебёдка); 14 – лебёдка подъёма рамы рыхлителя; 15 – якорный канат; 16 – якорь.

 

 

Рис.28. Дизель-электрический землесосный снаряд

c погружным грунтовым насосом:

1 - фреза; 2 - всасывающая головка; 3 - подводный грунтовый насос; 4 - всасывающий напорный трубопровод; 5 - грунтовый насос c двойными стенками; 6 - дизельные двигатели; 7 - напорный трубопровод; 8 - стрелы якорного устройства;

9 - рубка управления; 10 - контрольная рубка машинного отделения; 11 - главный распределительный щит; 12 - палубный кран; 13 - работающая свая; 14 - вспомогательная свая; 15 - топливный танк; 16 - вентиляция-впуск; 17 - вентиляция-выпуск; 18 - противопожарное устройство.

 

Рис.29. Установка грунтозаборных устройств землесосов:

а – в кормовой прорези; б – в миделевой прорези; в – бортам судна; 1 - грунтозаборное устройство; 2 – вырез корпуса; 3 – грунтовой насос; 4 – приводной двигатель; 5 – двигатели хода; 6 – грунтовой трюм.

 

 

Рис.30. Транспортирование понтонов земснаряда.

 

 

Рис.31. Принципиальная схема земснаряда (а)

и схема папильонажа (б):

1 – фрезерный рыхлитель; 2 – ферма; 3 - стрела с приемно-рыхлительным устройством; 4 – привод; 5 – всасывающий трубопровод; 6 – понтон с землесосом; 7 – грунтосос; 8 – электродвигатель; 9 - свая; 10 - пульпопровод; 11 – землесос; 1 2 - якорная лебёдка.

 

Рис.32. Рабочие траектории земснаряда:

1 – рыхлитель с всасывающим патрубком; 2 – левые сваи; 3 – правые сваи а...d и а' и d' – отметки установок свай.

 

Основным агрегатом землесоса является грунтовый насос центробежного действия, предназначенный для перекачивания гидросмеси (пульпы). Эти насосы иногда называют рефулерными помпами или рефулерными насосами.

 

ЗЕМЛЕСОС - центробежный насос для перекачивания смеси грунта с водой (пульпы), это основная машина землесосного снаряда. Землесос применяется также в тех типах многочерпаковых землечерпательных снарядов, в которых удаленный грунт отводится по плавучим грунтопроводам.

В отличие от обычных центробежных насосов для чистой воды, пульпопроводящие каналы землесоса рассчитываются на пропуск крупнообломочных включений. Через крупный землесос может проходить камень диаметром до 350-400 мм. Кроме того, в землесосе предусматривается повышенная износостойкость деталей (применение спец. сортов сталей и чугунов, электронаплавка на изнашиваемые поверхности слоя твердых сплавов, при отсутствии в пульпе крупнообломочных включений - защита рабочих органов специальными сортами резины и т. д.).

Все современные землесосы - простые одноступенчатые центробежные насосы с односторонним всасыванием. Землесосы с двухсторонним всасыванием, более сложные по конструкции и менее надежные, не получили распространения.

Землесос состоит из корпуса, называемого «улитко й», с напорным патрубком; внутри улитки вращается рабочее колесо.

 

 

Рис.33. «Улитка».

Пульпа поступает в землесос через всасывающий патрубок и под влиянием центробежной силы выбрасывается через напорный патрубок в напорный трубопровод. Вал расположен горизонтально, что в большинстве случаев дает простейшие решения установки землесоса, соединения его с всасывающим и напорным трубопроводами, а также устройства привода. При горизонтальном расположении вала проще сменить рабочее колесо и другие быстроизнашивающиеся детали землесоса. В некоторых спец. случаях при горных и строит, работах более удобно вертикальное расположение вала. Для землесоса наиболее универсально вертикальное (вверх) направление патрубка, т. к. в этом случае можно при помощи одного колена придать любое направление напорному пульповоду. Кроме того, землесос с таким направлением напорного патрубка удобно монтировать на землесосных снарядах.

Землесосы с нижним, горизонтальным направлением напорного патрубка удобны для стационарных и передвижных (сухопутных) землесосных установок, т. к. они позволяют укладывать пульповод непосредственно на уровне земли.

Различают:

- открытые,

- полузакрытые,

- и закрытые колеса.

Последние наиболее совершенны в гидравлическом отношении и ими оборудованы почти все современные землесосы.

Рабочее колесо помещается в улиткообразном, обычно разъёмном корпусе землесоса, где происходит преобразование скоростного напора в давление.

Для осмотра и очистки корпуса в нём имеется люк, закрываемый крышкой на болтах. В верхней части корпус имеет отверстие с фланцем для присоединения трубы небольшого диаметра.

 

а)

 

 

Рис.34. Землесос:

а – продольный разрез; б – закрытое рабочее колесо; 1 – всасывающий патрубок; 2 – уплотнительное кольцо; 3 – рабочее колесо; 4 – корпус землесоса; 5 – крышки; 6 - броневые диски на крышках для предохранения от износа; 7 – сальник втулки рабочего колеса; 8 -; 9 – кольцевые подшипники; 10 – вал; 11 – упорный шарикоподшипник; 12 – эластичная муфта для присоединения к электродвигателю; 13 – соединительная трубка; 14 – манометр; 15 – вакуумметр; 16 – трубка для подачи чистой воды под давлением с целью отжима частиц грунта, просачивающихся в зазоры между колесом и крышкой корпуса; 17 – люк для осмотра корпуса землесоса и для контроля величина зазора между рабочим колесом и броневым диском.

 

Это отверстие сообщает внутреннее пространство землесоса с вакуум-насосом или эжектором, которые включаются для заливки землесоса водой перед его пуском.

При помощи вакуум-насоса или эжектора из свободных полостей землесоса удаляется воздух, в корпусе создаётся вакуум, и в него по всасывающей трубе поступает вода из приёмного бассейна. Когда землесос полностью заполнен (залит) водой, вакуум-насос (или эжектор) выключаются, линия, по которой производилось удаление воздуха, перекрывается, и землесос готов к пуску и перекачке гидросмеси.

 

Принцип действия землесоса заключается в следующем. При работе грунтового насоса во всасывающем трубопроводе создается разрежение, вследствие чего на входе в грунтоприемник возникает разность давлений. Вода начинает поступать во всасывающий грунтопровод, при этом в зоне всасывания создаются радиальные скорости. При достаточно близком расположении зева грунтоприемника от поверхности грунта скорость воды достигает значения, превышающего размывающую скорость и достаточную для преодоления сил сцепления частиц грунта в массиве. Частицы грунта увлекаются водой, образуя водогрунтовую смесь. На этом завершается процесс грунтозабора. Далее гидросмесь поступает через всасывающий грунтопровод в грунтовый насос и с его помощью транспортируется по напорному трубопроводу к месту складирования.

 

На малых реках применяются дизельные, самоходные и несамоходные землесосы свободного всасывания и с разрыхлителями, с отводом грунта по плавучему грунтопроводу, с якорным и свайно-якорным способами рабочих перемещений.

 

В качестве грунтовых насосов на землесосных снарядах могут применятся центробежные насосы, эжекторы (водоструйные насосы) и эрлифты (пневмонасосы). В соответствии с этим землесосные снаряды подразделяются на землесосы, землесосы-эжекторы и землесосы-эрлифты. На малых реках применяются в основном землесосы с центробежными насосами. Их преимущества заключаются в следующем: высокие технико-экономические показатели (малая себестоимость и трудоемкость на один кубический метр извлеченного грунта, высокая выработка на одного члена экипажа), непрерывность по времени технологического процесса извлечения грунта, его транспортирования и укладки, высокий уровень комплексной механизации и автоматизации, возможность направленной укладки грунта, достаточная универсальность.

Землесосные снаряды с разрыхлителями способны разрабатывать пески и различные песчаные смеси с незначительным содержанием глин и гравия, а без разрыхлителей — чистые пески без глины и песчано-гравийные смеси с содержанием гравия диаметром до 40 мм не более 25%. При связных грунтах (супеси, суглинки и глины) необходимо предварительное рыхление.

 

Рабочие органы подводных землеройных машин являются механизмами, работающими в агрессивной среде (вода, грунт, твердые включения) с большими динамическими нагрузками. Требования, предъявляемые к рабочим органам, должны удовлетворять условия нормальной эксплуатации машин. Грунтоприемные устройства землесосов должны быть простыми в конструктивном отношении, эффективно разрушать определенные группы грунтов, соответствовать условиям работы грунтонасоса и принятой схеме производства работ, устойчиво работа на заданной глубине.

Мелко- и среднезернистые пески до глубин 10—15 м и крупнозернистые пески и гравийные грунты до глубин 8—12 м успешно разрабатываются грунтоприёмными устройствами непосредственного (свободного) всасывания.

Работы Д. В. Рощупкина, Б. Е; Романенко, А. И. Харина,1 С. П. Огородникова, Б. М. Шкундина позволили установить основные закономерности процесса всасывания и создать высокоэффективные рабочие органы.

 

 

Рис.35. Формы всасывающих наконечников:

а – круглый; б – грушевидный; в – эллиптический; г – щелевидный.

 

 

Рис.36. Схема работы земснаряда:

1 – грунтоприёмник; 2 – всасывающий грунтопровод; 3 – землесос; 4 – двигатель землесоса; 5 – нагнетательный грунтопровод; 6 – понтон; а – земснаряд; б - грунтоприёмник и землесос соединены всасывающим грунтопроводом; в – для облегчения всасывания грунт разрушается гидромонитором; г – специальной фрезой;

д – гидроэжекторным устройством.

 

Механические рыхлители разделяются на следующие группы:

▬ фрезерные,

▬ ротационные,

▬ роторно-ковшовые,

▬ винтовые, вибрационные,

и пр.

 

 

А б в

 

Рис.37. Фрезы открытого типа:

а - с прямолинейными ножами; б - с криволинейными ножами; в – фреза

закрытого типа с ножами; 1 - ступица; 2 - ребра; 3 - режущие элементы.

 

Для гидромеханического способа разработки грунтов требуется большое количество воды, в связи с чем этим способом разрабатывают грунты:

- вблизи водоёмов;

- с береговых урезов;

- со дна водоёмов.

Техническая производительность земснаряда (м³/ч):

 

П_т=Q·k

 

где Q – подача грунтового насоса по объёму пульпы;

k – средний коэффициент консистенции грунта в пульпе (k= 0,1...0,25 –

нижний предел соответствует разработке гравийно-галечных, а верхний –

песчаных грунтов)

 

Последнее время, чтобы избежать применения громоздких эстакад, намыв производят слоями небольшой толщины (20-30 см), выпуская пульпу не через ответвления пульповода, а через его торец (рис.14). По намытому грунту движется гусеничный кран 2, который захватывает трубу 3 и надевает её на торец последующей трубы пульповода 1.

 

 

Рис.38. Схема намыва слоями:

1 – труба пульповода; 2 – гусеничный кран; 3 – труба

пульповода; 4 – намытая поверхность.

 

Присоединяемая труба на конце имеет раструб, в который входит конец ранее уложенной трубы. После этого кран опускает трубу на намытую поверхность 4.

 

На рис.15 показана землесосно-подводная разработка. Земснаряд 1 засасывает пульпу со дна водоёма и перекачивает её по пульповодам 2, 3, 4 к сортировочной установке 10. Здесь имеется карта (ограждённое место) 8 для отстоя пульпы, поступающей по пульповоду 9. Отсортированный гравий из штабеля 5 грузится грейферным краном 6 в вагоны на железнодорожном пути 7.

 

 

Рис.39. Схема землесосно-подводной разработки для добычи гравия:

1 – земснаряд; 2, 3, 4 – пульповоды; 5 – штабель отсортированного гравия;

6 – грейферный кран; 7 – железнодорожный путь; 8 – карта; 9 – пульповод;

10 – сортировочная установка.

 

Укладка (намыв) грунта происходит в результате оседания частиц грунта из пульпы, когда скорость движения ее становится ниже критической величины. Используя бульдозеры, площадь намыва ограждают по периметру грунтовыми валками, создавая так называемую "карту намыва", и заполняют ее пульпой. Скорость движения пульпы в карте падает практически до нуля, грунт осаждается, осветленная вода через водосборные колодцы, предварительно устроенные в карте, сбрасывается за пределы участка намыва.

 

Различают безэстакадный и эстакадный способы намыва.

 

 

Рис.40. Схемы намыва грунта

а - безэстакадным способом; б - эстакадным способом; 1 - водоотводные трубы;

2 - обвалование; 3 - водосборный колодец; 4 - магистральный пульповод.

 

При безэстакадном способе у подошвы возводимой насыпи с одной или двух сторон укладывают пульповоды с наклонными патрубками, через которые пульпа поступает в карту намыва. По мере возведения насыпи патрубки наращиваются.

При эстакадном способе в зоне намыва сооружается эстакада. По ней на отметке выше проектной отметки возводимой насыпи укладывают магистральный пульповод, имеющий отверстия или патрубки для слива пульпы. Этот способ применяется в основном для возведения насыпей большой ширины, так как он менее экономичен в сравнении с безэстакадным.

Карты намыва устраивают длиной до 200 м. В зависимости от вида грунта и назначения насыпи толщина слоя, намываемого за один прием, составляет 0,5-2,5 м.