книги из ГПНТБ / Дмитриев Ю.Я. Гидравлические импульсные струи на лесосплаве

Ю.Я.ДМИТРИЕВ

Ю.М.НОВОСЕЛОВ

А.Я.ПОЛЯНИН

Гидравлические импульсные СТРУИ

на лесосплаве

Кировский научно-исследовательский и проектный институт лесной промышленности

КирНИИЛП

Ю. я. ДМИТРИЕВ, Ю. М. НОВОСЕЛОВ,

А. Я. ПОЛЯНИН

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ

ИМПУЛЬСНЫЕ СТРУИ

НА ЛЕСОСПЛАВЕ

5іі<Гі SI ’»

Издательство «ЛЕСНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ»

М о с к в а 1974

ПРЕДИСЛОВИЕ

В горной, торфяной, металлургической промышленности использование гидравлических струй базируется на прочной теоретической основе, являющейся результатом многочисленных исследований как отечественных, так и зарубежных ученых и практиков.

Втечение двух последних десятилетий использова­ ние гидравлических струй возросло в связи с появле­ нием целого ряда новых исследований.

Вдеревообрабатывающей промышленности прово­

дятся изыскания по применению гидравлических струй для окорки древесины.

В водном транспорте гидравлические струи, созда­ ваемые водометными движителями, используются для создания тяговых усилий на промысловых судах раз­ личных типов.

Обычным стало использование гидравлических струй для создания майи на акваториях лесосплавных рейдов, работающих в зимних условиях.

Особенно широкое использование нашли гидравличе­ ские струи при гигантском строительстве гидравличе­ ских сооружений на крупных реках страны, вызвавшем кардинальные изменения гидравлических условий внут­ ренних водных путей. Резкое снижение скоростей тече­ ния, а иногда полное их отсутствие на акваториях ле­ сосплавных рейдов, работающих в условиях подпора устьевых рек водохранилищами, заставило искать но­ вые средства продвижения лесоматериалов.

Поиски новых средств перемещения круглых лесо­ материалов по акваториям рейдов с отсутствующими скоростями течения натолкнули сначала некоторых со­ ветских, а затем и иностранных исследователей на мысль использовать для этих целей затопленные гид­ равлические струи, создаваемые гидроускорителями различных типов.

В настоящее время разработаны и успешно применя­ ются в промышленности известные типы гидроускорите­ лей: с гребным винтом, работающие от электродвига­ теля и двигателя внутреннего сгорания; надводные (по­ верхностные) ; подводные и донные; с гребным колесом, батарейные гидравлические ускорители и др. Первый отечественный гидроускоритель сконструирован и испы­

зуются гидроускорители финской фирмы «Валмет» и шведской фирмы «Флюктс». Надводные гидроускори­ тели «Валмет» сконструированы в основном по кинема­ тической схеме, близкой к схеме В. М. Кондратьева и Н. А. Лабутина. Шведская фирма «Флюктс» выпускает подводные гидравлические ускорители, используемые для ускорения движения бревен в сортировочных сет­ ках и для таяния льда в водоемах.

Несколько позднее Уралгипролесбумпром в содруже­ стве с трестом «Камлесосплав» создали целую серию гидравлических ускорителей: ГУК-1,7, ГУК-4,5, ГУК-10, ГУК-20, ГУК-28, ГУК-30 (надводные и подводные); ГУК-ЮП, ГУК-28П, отличающихся от рассматриваемых выше своеобразием формы и конструкции струеобразую­ щего устройства. Конструкции гидроускорителей ' типа ПО-1, Карельского НИИЛП ПО-2-28, ПП-1 имеют спрямляющий аппарат в виде шести прямых пластин, установленных в насадке за винтом.

В настоящее время ГОСТ 13546—68 предусмотрено изготовление потокообразователей трех типов: Л Р-37, ЛР-38, ЛР-39 с электродвигателями мощностью соот­ ветственно 2,2; 5,5 и 10 кет, разработанных этим же ин­ ститутом. ЦНИИ лесосплава разработал надводные, подводные и донные ускорители ПЦ-4-4,5Э, ПП-6-4.5ЭВ,

ПЦ-5-10ЭВ, ПЦ-1-14Э, ПЦ-2-20, ПЦ-3-28Э, ПВД-10Э,

ППЦ-1-14Э и др. Особенностью некоторых надводных гпдроускорителей ЦНИИ лесосплава является тоннель­ ное образование нижней части их корпусов, что в зна­ чительной степени улучшает эксплуатационные показа­ тели, делает их более эффективными. Тоннельное образование корпуса позволило создать компактное со­ членение струеобразующего насадка и водозаборного устройства, которое в ускорителях ЦНИИ лесосплава принципиально отличается. от всех подобных устройств. Институт разработал также гидроускорители с дизель­ ным двигателем.

Испытания батарейных гидравлических ускорителей, проведенные в 1964—1965 гг. на предприятиях треста «Камлесосплав» кафедрой водного транспорта леса ПЛТИ им. М. Горького, позволили выявить возмож­ ность использования их для продвижения леса попереч­ ной щетыо внутри транспортных коридоров лесосплав­ ных предприятий, а также для подачи леса под выгрузку продольными и поперечными транспортерами внутри бассейнов лесозаводов и целлюлозно-бумажных комби­ натов.

Конструкторскими разработками гидравлических ус­ корителей занимались многие организации как в нашей стране, так. и за рубежом, в то время как исследовани­ ями по распространению возбужденных потоков, созда­ ваемых с помощью этих ускорителей в тех или других условиях, занимались еще сравнительно мало.

Первое экспериментально-теоретическое обоснование использования затопленных гидравлических струй на ле­ сосплаве проводилось в ЛОЛ ЛТА им. С. М. Кирова в 1952—1958 гг. Исследовано распространение гидравли­ ческих струй в открытых водоемах, в узких коридорах и затопленных гидравлических лотках' при отсутствии в них до момента возбуждения скоростей течения и при наличии спутного потока; разработаны схемы размеще­ ния гидравлических ускорителей на подаче леса к глав­ ным воротам запани, в сортировочных двориках, коллек­ торных и других кбридорах, на подаче леса к лесопро­ пускным устройствам гидротехнических сооружений; обосновано использование ускорителей для набивки

кошелей, поддержания свободных от льда акваторий н , удаления ледяного покрова с участка водоема; приве­ дены методика расчета, некоторые элементы конструи­ рования и проектирования гидроускорителей.

Несмотря на столь широкое в конструктивном отно­ шении разнообразие ускорителей, на лесосплавных рей­ дах применяются в основном гндроускорители, имеющие наибольший коэффициент качества (отношение потреб­ ляемой мощности к длине возбужденного потока). Для выбора приемлемых конструкций гидроускорителей в 1965 г. в Унженской сплавной конторе треста «Костромалесосплав» были проведены государственные испыта­ ния различных .моделей, а также проанализированы ма­ териалы по промышленной эксплуатации некоторых их типов. Исходя из результатов испытаний, анализа ма­ териалов различных организаций, ■разрабатывающих гидроускорители, и опыта их использования производ­ ственными предприятиями, комиссия рекомендовала продолжить серийное изготовление гидроускорителей ГУК-1,7 и ГУК-4,5, выпускаемых Пермским заводом. Гидроускорители ПЦ-6-4, 5ЭВ и ПП-2 мощностью 4,5 кет рекомендовано испытать в производственных ус­ ловиях. Окончательный выбор моделей для массового производства решено осуществить после длительной экс­ плуатации в одинаковых производственных условиях по

10 единиц ГУК-1,7; ГУК-4,5; ПП-2 и ПЦ-6-4; 5ЭВ. Гид­ равлические ускорители мощностью 10 кет и более ко­ миссия не рекомендовала к серийному изготовлению вследствие ограниченного их применения.

Необходимо отметить, что применение гидравличе­ ских ускорителей на некоторых работах, например в главных сортировочных коридорах, имеет определен­ ные отрицательные стороны.

Большие габариты гидроускорителей мешают движе­ нию лесоматериалов в коридорах. Это требует разра­ ботки более рациональных схем их размещения в сор­ тировочных устройствах.

Дальнейшего совершенствования требует движительный комплекс ускорителей.

Современные гидроускорители создают стационар­ ную осесимметричную гидравлическую струю, возбуж-

дающую вблизи водной поверхности поток переменной массы жидкости. Установившийся водный поток с водо­ воротными областями нарушает порядок расположения бревен в щетп, создавая тем самым определенные со­ противления при продвижении их в сортировочных уст­ ройствах. Это в значительной степени снижает эксплуа­ тационные качества гидравлических ускорителей. Указан­ ные отрицательные факторы наводят на мысль о создании гидроускорителей на принципиально новой основе.

За последнее время внимание многих исследователей привлекли импульсные гидравлические струи. Ряд не­ мецких ученых: S. Schmilchen, Н. Dickmann, Н. Schwa­ nicke, R. Derenedde провели исследования по исполь­ зованию импульсных гидравлических струй для создания движителей импульсных водометных судов и по­ казали их перспективность. Н. Dickmann визуально ис­ следовал поток жидкости за выходным сечением сопла импульсного водометного движителя и дал схематически картину потока.

Советские ученые и практики Ю. Г. Коняшин, Г. М. Веселов, Е. А. Сичаев и др. в своих работах по­ казали, что разрушение и резание горных пород им­ пульсными струями более эффективно, чем стационар­ ными, так как отпадает необходимость в высоких напо­ рах.

Отдел быстро протекающих процессов Института гидродинамики СО АН СССР совместно с сотрудни­ ками Якутского филиала СО АН СССР под руковод­ ством проф. Б. В. Войцеховского провел исследования с целью проверки применения импульсных струй для измельчения горных пород, получив при этом положи­ тельные результаты.

Попытки создать гидравлические ускорители для продвижения лесоматериалов в спокойной капельной жидкости (воде) или при малых скоростях ее течения открыли новые возможности применения. импульсных гидравлических струй для самых различных сплавных операций. Фундаментальной базой такого гидроускори­ теля может служить специальный поршневой гидроком­ прессор .или установка, создающая электрогидравличе- ■скі-ій эффект, который наблюдается при высоковольтном

импульсном электрическом разряде в воде. Возникаю­ щие высокие давления могут служить источником мощ­ ных импульсных гидравлических струй.

Если стационарные гидравлические струи уже на­

средства на акваториях лесосплавных рейдов пережи­ вает лишь период исканий. Движение щети бревен и пучков на поверхности потока, Возбужденного импульс­ ной струей, установка бревен в поперечную щеть явля­ ется совершенно новым, неизученным явлением. Что ка­ сается распространения импульсных гидравлических струй в неограниченном и ограниченном водных прост­ ранствах при отсутствии скоростей течения и при нали­ чии спутного потока, то этот вопрос почти не рассматри­ вался.

Задача исследований данной работы — изучение соз­ дания импульсных гидравлических струй при помощи импульсных гидроускорителей; исследование основных начальных параметров импульсных струй (расходов, ско­ ростей истечения, дальности действия струй и т. д.); изучение характера распространения импульсных гид­ равлических струй в неограниченном и ограниченном водных пространствах и воздействия возбужденных та­ кими струями потоков на лесоматериалы, помещенные в сферу их действия, применительно к сортировочно­ сплоточным и формировочным устройствам.

Теоретические и экспериментальные обоснования и практические рекомендации по использованию, данные в книге, позволят расширить применение возбужденных потоков при решении многих транспортных и технологи­ ческих задач в лесной, деревообрабатывающей и цел­ люлозно-бумажной промышленности, связанных с повы­ шением производительности парка машин и механизмов, ликвидацией тяжелых и трудоемких работ.