12.4. Гидравлический транспорт грунта

Сущность – перемещение (транспортирование) частиц потоком воды с турбулентным режимом движения. Такой режим характерен наличием вертикальных скоростей потока (υверт = 10-20%υгор.). Грунт начинает размываться и транспортироваться при скоростях больше критической средней скорости, при которой начинается осаждение частиц. Критическая скорость является критерием размывающей способности потока. При υ>υкр грунт транспортируется, при υ=υкр начинается осаждение частиц, а при υ<υкр наблюдается осаждение частиц и заиление потока. Таким образом, главной задачей расчетов гидравлического транспорта является определение критической скорости и соответствующего уклона.

Различают безнапорный и напорный гидротранспорт.

Безнапорный гидротранспорт – транспортирование поверхностными потоками обеспечивается при υ>υкр и соответствующих уклонах дна потока I>Iкр.

В общем виде критическую скорость можно выразить в виде

, ; (12.11)

где Fr – число Фруда, - плотности смеси, воды, твердых частиц, ω – гидравлическая крупность частиц (скорость равномерного падения частиц в спокойной воде), зависящая от крупности частиц; d – диаметр частиц.

Для гарантированной транспортировки скорость должна быть больше υкр: ,

где Кн – коэффициент надежности.

Уклоны дна зависят от скорости и гидравлических характеристик русла.

Для равномерного движения:

, . (12.12)

Напорный гидротранспорт – транспортирование по напорным трубам при υ>υкр. Характер распределения скоростей воды, пульпы, концентрации и плотности пульпы по сечению трубы отражен на рис. 12.7.

Рис.12.7. Изменение характеристик напорного гидротранспорта по сечению пульпопровода: а) распределение грунтовых частиц в поперечном сечении пульпопровода; б) график скоростей для чистой воды; в) график скоростей для пульпы; г) график распределения плотностей; д) график распределения твердого расхода.

Расчет гидротранспорта сводится к определению гидравлических потерь напора в пульпопроводе и критических скоростей. Существует ряд способов такого расчета. Наиболее распространен способ, принятый в гидроэнергетическом строительстве.

Гидравлический уклон для пульпы рассчитывается по формуле:

, (12.13)

где - гидравлический уклон для воды, определяемые по номограмме, состоящей из серии кривых для различных диаметров трубопроводов при различных скоростях воды; - поправка, зависящая от характеристики пульпы. Она определяется уравнением, учитывающим крупность грунта, коэффициент его разнородности, консистенцию пульпы и отношение критической скорости к расчетной. Все эти параметры учитываются по номограммам или формулам.

Суммарные потери напора в пульпопроводе должны учитывать все потери по трассе и определяются по формуле:

(12.14)

где - длина берегового пульпопровода в метрах с коэффициентом 1,1 на местные потери напора, - длина плавучего пульпопровода с коэффициентом 1,5 на потери в шарнирных соединениях звеньев, 1,15 – общий коэффициент запаса, - геодезическое превышение конца берегового пульпопровода над уровнем воды в метрах, и - плотности пульпы и воды.

Критическая скорость определяется по номограмме или по формуле, учитывающей диаметр трубопровода, консистенцию пульпы и так называемый коэффициент транспортабельности грунта, учитывающий его разнозернистость.

Имеется также иной способ расчета напорного гидротранспорта, который позволяет учитывать любые грунты и зернистые отходы промышленности.

Перекачка пульпы осуществляется по сети водоводов. Конструктивно сеть водоводов (пульповодов) разделяется на всасывающую и напорную части. Всасывающая часть пульповода соединяет грунтозаборное устройство земснаряда с грунтовым насосом. Напорная часть состоит из плавучих магистральных и распределительных трубопроводов. Плавучий трубопровод укладывается на поплавках из отдельных звеньев труб, соединенных шарнирами.

Расчетный напор должен учитывать все потери на трассе трубопровода:

.

При Нр>Нз/с необходима установка промежуточных перекачивающих станций.

Влияние различных факторов на параметры напорного транспорта представлено на рис. 12.8.

Рис.12.8. Влияние различных факторов на параметры напорного гидротранспорта:

а) влияние диаметра трубопровода DТ и скоростей V на потери напора при чистой воде;

б) влияние диаметра пульповода DТ и типа грунта на величину критической скорости Vкр;

в) влияние диаметра пульповода DТ и типа грунта на удельные потери напора .