3. Технология производства работ

1. Определение рабочего режима и расчётной производительности землесосного снаряда

Для землесосного снаряда расчётная производительность по грунтоотводу определяется путём расчёта рабочих режимов.

Землесос представляет собой систему трёх главных рабочих органов: трубопровода (всасывающая и напорная части), грунтового насоса (помпы) и двигателя. Совместная их работа может быть определена с учётом следующих условий

1. Расход пульпы (воды), проходящей через насос, должен быть равен расходу по трубопроводу, т.е.

Q_Н = Q_ТР (3.1)

2. Напор_, создаваемый насосом, полностью потребляется трубопроводом на преодоление пульпой (водой) сил его сопротивления при перекачке, т.е.

Н_Н = Н_ТР (3.2)

3. При этом мощность N_н, развиваемая насосом, должна быть обеспечена мощностью двигателя, т.е.

N_Н = N_ДВ (3.3)

4. Скорость движения пульпы V_см должна быть не меньше критической, при которой все частицы грунта, находятся во взвешенном состоянии, т.е. в проекте принимается

(3.4)

Задача расчёта рабочих режимов землесоса сводится к нахождению на характеристиках насоса, двигателя и трубопровода таких точек, для которых одновременно выполнялись бы условия (3.1) и (3.2).

Расчёт по определению рабочих режимов землесоса выполняют графоаналитическим способом, для чего используют выданные характеристики насоса на воде H_н = f (Q, n) (n – количество оборотов вала двигателя), мощности двигателя N_дв = f (Q, n), потерь напора в напорной части трубопровода H_нап = f (Q) и вакуума насоса во всасывающей части трубопровода H_вак = f (Q).

По этим характеристикам определяется рабочий режим землесоса при работе на воде.

В курсовом проекте необходимо определить только одну рабочую точку на воде при заданном числе оборотов двигателя и заданной длине рефулера L. По этой рабочей точке определяются: расход Q, м³/ч; потери напора в рефулере Н_тр, м; напор насоса Н_н, м; мощность насоса N, кВт.

При работе насоса на смеси все характеристики работы землесоса пересчитываются с воды на смесь. Расчёт выполняется в табличной форме – таблица 3.1.

А) Поскольку заранее неизвестна плотность смеси _см, то задаёмся отношением _см/ в пределах от 1,05 до 1,3 с шагом 0,05.

Б) Далее рассчитываем консистенцию смеси S

(3.5)

В) Определяются значения критических скоростей движения пульпы V_КР по формуле Н.А. Силина

(3.6)

где g – ускорение силы тяжести;

D – диаметр рефулера, м;

d – заданный диаметр частиц грунта, м

– соответствующая заданному диаметру частиц грунта d гидравлическая крупность, м/с;

Δ – высота выступов шероховатости трубы рефулера, м.

Значения ₀ и  определяются по справочнику.

Г) Определяем коэффициент увеличения потери энергии по длине рефулера при переходе с воды на смесь

(3.7)

Д) Определяется секундный расход Q, м³/с по выражению

(3.8)

затем полученные результаты пересчитываются на часовой расход Q_ч, м³/ч

(3.9)

По результатам расчёта, с выданных графиков характеристик работы землесоса на воде для соответствующих подсчитанных значений Q_ч определяются характеристики насоса на воде H_н = f (Q), мощности двигателя N = f (Q), потери напора в трубопроводе H_нап = f (Q) и вакуума насоса H_вак = f (Q).

Е) Потери напора во всасывающей линии трубопровода при работе на смеси определяются по формуле

(3.10)

где T_C – глубина опускания всасывающей трубы – Т_С = Т_г + h + (Н_Р – Н_ПР), м;

h_щ – потери напора в щели всасывания, h_щ = 1,0  1,5 м;

Здесь Н_вс это потери напора во всасывающей линии при работе на воде, определяющиеся по выражению

(3.11)

где h_г – геометрический подъем, равный возвышению оси насоса над уровнем воды. Для речных землесосных снарядов h_г = 0,0 ÷ 0,5 м;

h_м – потери напора на местные сопротивления, равные

(3.12)

При этом коэффициент местных потерь принимается равным 0,2 ÷ 0,5;

h_l – потери напора по длине, равные

(3.13)

При этом  принимается равным 0,015 ÷ 0,025, а длину всасывающей линии l можно принять примерно равной ½ длины корпуса землесоса;

d_вс – диаметр всасывающей трубы, можно принять равным диаметру рефулера, м.

Ж) Потери напора при работе на смеси в напорной части трубопровода – рефулере – определяются по формуле

(3.14)

Здесь значения потерь напора при работе на воде Н_нап снимаются с графика H_нап = f (Q) при соответствующих значениях Q_ч.

Так как весь трубопровод по которому транспортируется пульпа, является системой, состоящей из двух частей – всасывающей (от сосуна до насоса) и напорной (от насоса до выхода из рефулерного трубопровода на концевом понтоне), то для получения полной характеристики трубопровода Н_тр (Н_тр.см) значения Н_вс (Н_вс.см) и Н_нап (Н_нап.см) необходимо суммировать.

З) Напор насоса при работе на смеси определяется следующей формулой

(3.15)

Здесь значения напора при работе на воде Н_н снимаются с графика H_н = f (Q) при соответствующих значениях Q_ч.

И) Потребная мощность насоса при его работе на смеси может быть найдена по формуле

(3.16)

Здесь значения мощности при работе на воде N_н снимаются с графика N = f (Q) при соответствующих значениях Q_ч.

Результаты расчетов приводятся в табличной форме

Таблица 3.1 – Определение режимов работы землесоса

см/	S	VКР, м/с		Q, м3/с	Qч, м3/ч	Характеристики на воде					Характеристики по гидросмеси
						Нвс, м	Ннап, м	Нтр, м	Нн, м	N, кВт	Нвс.см, м	Ннап.см, м	Нтр.см, м	Нн.см, м	Nсм, кВт
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
1,05
1,1
1,15
1,2
1,25
1,3

После заполнения таблицы все перечисленные характеристики строятся на графиках в зависимости от расхода смеси Q_ч

• характеристика насоса на смеси H_н.см = f (Q_ч);

• мощность двигателя N_см = f (Q_ч);

• потери напора в трубопроводе H_тр.см. = f (Q_ч);

• график консистенции S = f (Q_ч);

• плотности смеси ρ_см = f (Q_ч).

Причём для получения характеристики трубопровода H_{тр. см.} потери по напорному и всасывающему грунтопроводам суммируются (что уже должно быть сделано при заполнении таблицы).

Рабочая характеристика определяется по точке «С» пересечения двух линий графика H_н.см и H_тр.см, по которой определяется необходимый рабочий напор насоса H_н.см.р. и рабочий расход смеси Q_р

Соответственно Q_р со всех других характеристик определяются величины N_дв.см.р, S_р, и _см.

Кроме того, должна быть выполнена проверка всасывающей линии трубопровода. Расчётный вакуумный напор насоса во всасывающей части трубопровода при работе на смеси выражается

(3.17)

где H_a – атмосферное давление, м.в.ст.;

H_t – упругость насыщенного водяного пара, м.в.ст.

Так как при обычных температурах речной воды H_t малая величина (при 15^оС H_t 0,2 м), то без существенной погрешности можно считать разность

H_a – H_t = const = 10 м

Значение вакуума на воде Н_вак в выражении (3.15) снимается с характеристик на воде при расчётном расходе Q_р, а величина H_вс.см.р рассчитывается по выражениям (3.10) и (3.11).

Проверка всасывающей линии трубопровода также может быть выполнена и графическим способом, т.е. для значений H_вак.см. и H_вс.см. в этом случае необходимо построить характеристики H_вак.см. = f (Q_ч) H_вс.см. = f (Q_ч).

Если H_{вак.см.р} меньше H_вс.см.р , то условия всасывания не выполняются и нужно изменить диаметр всасывающей трубы d_вс

Далее рассчитываем консистенцию смеси (в долях единицы)

(3.18)

и в процентном отношении

р = S^п_р 100% (3.19)

Определяем производительность по грунту Q_г, м³/ч с учётом пористости песка

(3.20)