книги из ГПНТБ / Бородулин, Я. Ф. Дноуглубительный флот и дноуглубительные работы учебник

Снаряд перемещается поперек прорези из положения / от левой

и делает подачу вперед, затем отводит корму за бровку, пока его диа­ метральная плоскость окажется под углом Р к леЕой бровке, и затем начинает перемещаться к последней.

Если же на правой бровке глубина меньше осадки снаряда, послед­ ний разрабатывает ее, не выдвигаясь за бровку, и при этом делает по­

на, так как его диаметральная плоскость наклонена к папильонажной ленте под углом меньше 90°, улучшает условия резания грунта режущей кромкой черпака, так как в этом случае уменьшается мятие грунта боковой поверхностью черпака; при разработке высоких бро­ вок уменьшается вероятность попадания шлейфа черпаковой цепи на бровку при отходе от нее или при стравливании папильонажных тро­ сов, удерживающих корму земснаряда при пропуске грунтоотвозных шаланд. Багермейстерский способ папильоиирования широко приме­ няется при разработке прорезей с малыми глубинами и большими глу­ бинами на бровках. При использовании багермейстерского способа требуются сравнительно широкие прорези, удовлетворяющие нера­ венству

282

Корма снаряда при таком способе остается почти на месте, а нос пере­ мещается от одной кромки прорези к другой.

При еще более узких прорезях с мелкими бровками работают так называемым к р е с т о в ы м п а п и л ь о н и р о в а н и е м на ча­ сти прорези или по всей ее ширине. Нос и корма снаряда при этом все время перемещаются в противоположные стороны, и когда нос подхо­ дит к левой бровке, то корма будет у правой, и наоборот. Минимальная ширина прорези, которая может быть в этом случае разработана, опре­ деляется по зависимости Вп = L c sin |3.

Стационарные землесосы и многочерпаковые земснаряды переме­ щаются по прорези главным образом при помощи лебедок, выбираю­ щих закрепленные за якоря тросы. Для правильного перемещения сна­ ряда по прорези при работе траншеями и папильонированием необхо­ димы (в общем случае) шесть барабанов на лебедках, шесть тросов и шесть якорей: передний (носовой) авантовый и задний становой (кор­ мовой); два передних папильонажных (боковых); два задних папильо­ нажных (боковых).

При работе траншеями авантовый и задний становой тросы и якоря служат для продвижения землесоса вдоль траншеи вперед (рабочий ход) и назад (холостой ход).

При работе папильонированием авантовые трос и якорь исполь­ зуются для поддержания снаряда при его движении по папильонажной ленте рабочим ходом.

Папильонажные (боковые) тросы и якоря при работе землесоса тран­ шеями служат для удержания его на оси прорези и для перемещения с одной траншеи на другую.

При работе папильонированием папильонажные (боковые) тросы и якоря используются для рабочего перемещения снаряда по папильонажной ленте от одной бровки к другой.

Землесосы, оборудованные сваями, работают только папильониро­ ванием, и их перемещение по прорези осуществляется при помощи двух передних папильонажных (боковых) лебедок, выбирающих за­ крепленные за якоря тросы, и свайного устройства. Сваи предназначе­ ны для удержания на месте кормы землесоса, когда нос перемещается по папильонажной ленте, и для подачи землесоса вперед на следующую папильонажную ленту.

В настоящее время имеется три вида свайно-папильонажных уст­ ройств: 1) две сваи (шагающие) на корме снаряда (рис. 145, о); 2) две сваи на корме снаряда, одна из которых — на тележке в направляю­ щем колодце (рис. 145, б, 146); 3) две сваи на корме во вращающемся барабане. Наиболее простым и распространенным является свайнопапильонажиое устройство первого вида, оно устанавливается на строи­ тельных землесосах. Для дноуглубительных работ используют земле­ сосы со свайно-папильонажным устройством второго вида.

На рис. 145 показано перемещение по прорези землесоса со свай­ но-папильонажным устройством первого вида. При перемещении носа землесоса от правой бровки к левой землесос поворачивается на опущен­ ной левой свае, а правая свая в это время поднята. Когда же нос земле­ соса перемещается от левой бровки к правой, землесос поворачивается

283

на опущенной правой свае, а левая поднята. Рабочими, таким образом, становятся попеременно левая и правая сваи.

Ширина прорези, разрабатываемой таким землесосом, составляет примерно (1,2 ~ 1,4)LC; здесь L c —длина землесоса вместе с высту­ пающим разрыхлительным устройством.

Если надо разработать более широкую прорезь, то ее нужно раз­ бивать продольными полосами на части по ширине и каждую часть или полосу разрабатывать отдельно.

На рис. 145, б показано перемещение по прорези землесоса со свайно-папильонажным устройством второго типа. Рабочая свая, на

Широкое распространение в настоящее время находят землесосы второго вида с так называемым свайно-напорным ходом (см. рис. 146).

Когда рабочий канат выбирается папильонажной лебедкой, фреза разрыхлителя двигается по радиусу JRm in , снимая папильонажную лен­ ту шириной Ьа, а землесос вращается вокруг рабочей сваи. После прохода первой папильонажной ленты корпус землесоса отталкивает­ ся от рабочей сваи вперед (положение 77) и, выбирая канат правой па­ пильонажной лебедки и потравливая канат левой папильонажной ле­ бедки, проходит вторую папильонажную ленту.

Подача корпуса землесоса вперед осуществляется специальным при­ водом — механизмом напорного хода.

После прохода последней папильонажной ленты (положение / / / ) землесос подается вперед и в положении IV разрабатывает половину четвертой папильонажной ленты. С приходом землесоса в среднее поло­ жение, совпадающее с осью прорези, землесос останавливается. Затем в грунт закалывается вспомогательная свая, а рабочая поднимается, после чего при помощи механизма напорного хода рабочая свая уста­ навливается в передней части кормовой прорези. После этого она зака-

285

лывается, поднимается вспомогательная свая и продолжается поворот

При перемещении носа землесоса с шагающими сваями между смеж­ ными папильонажными лентами остаются неразработанные гребни грунта, так как землесос не делает подачи вперед на бровках. Землесос же со сваей в колодце делает подачу вперед на бровках, поэтому этот вид свайно-папильонажного устройства предпочтительнее при дно­ углублении на судоходных каналах.

РАБОТА ЗЕМЛЕСОСОВ

Г л а в а XXI

РАБОТА НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

§ 92. Всасывание и отделение грунта от дна

Способ отделения грунта от массива гидравлическим путем основы­ вается на размывающем действии струй воды на поверхность массива грунта при входе их в грунтоприемник.

При работе заполненного водой грунтового насоса и опущенном в воду грунтоприемнике в сосуновой трубе образуется вакуум. Над грунтоприемником будет действовать атмосферное давление плюс дав­ ление столба воды, соответствующее его заглублению. Под действием разности давлений вода, находящаяся перед грунтоприемником, нач­ нет входить в него с определенной скоростью, соответствующей дейст­

ка. Отделенные от дна частицы грунта всасываются в виде смеси с водой (пульпы) через грунтоприемник по сосуновой трубе к грунтовому на­ сосу, где под действием лопастей вращающегося рабочего колеса насо­ са отбрасываются через отливной патрубок в напорную часть грунто­ провода, по которому двигаются далее к месту свалки.

Если во всасывающий грунтоприемник засасывается вода без грун­ та, то около его отверстия образуется пространственное скоростное поле, формы и размеры которого зависят от расхода всасываемой воды, формы и размеров приемного отверстия и расположения грунтоприем­ ника относительно границ потока. По мере удаления от приемного отверстия скорость подхода воды к нему убывает. По лабораторным данным скорость в точке, расположенной на оси цилиндрического

286

грунтоприемника и удаленной от него на расстояние, равное диаметру его отверстия, будет в 2—3 раза меньше скорости в приемном отвер­ стии.

Пространство вокруг зева грунтоприемника, в пределах которого вода размывает и увлекает грунт, называется с ф е р о й в с а с ы в а -

ни я.

Впроцессе всасывания несвязного грунта неподвижно установлен­ ным грунтоприемником происходит непрерывное изменение поля ско­ ростей засасываемой пульпы вследствие увеличения щели всасывания. На рис. 148 по­ казано примерное изменение скоростного поля или сферы всасывания. При этом учтено, что с изменением щели вса­ сывания изменяется и рассто­ яние между линиями одина­

ковых скоростей. Кроме того, принято, что распространение сферы всасывания в массу всасываемого грунта незначи­ тельно и тем больше, чем меньше щель всасывания и чем рыхлее грунт.

Скорость воды на поверх­ ности размываемого и засасы­ ваемого грунта зависит преж­ де всего от величины щели между кромками приемного отверстия и поверхностью грунта. Наиболее интенсив­ ный размыв и поступление грунтовых частиц в грунто­ приемник (т. е. наибольшее

насыщение смеси грунтом) будет при минимально возможной для дан­ ной насосной установки и для данного грунта величине щели всасыва­ ния, но при соблюдении условия постоянного вакуума. Следовательно, для обеспечения непрерывного интенсивного всасывания грунта нужно непрерывно перемещать грунтоприемник в сторону удаляемого грун­ та. При резком и чрезмерном заглублении грунтоприемника в грунт или полном завале его слоем грунта происходит срыв вакуума. При кратковременном завале грунтоприемника тонким слоем разрыхлен­ ного грунта работа землесоса возможна, так как всасывание грунта будет происходить вследствие выпора грунта в сторону приемного от­ верстия гидродинамическим давлением, а также вследствие образова­ ния со временем щели всасывания.

На процесс всасывания несвязного грунта оказывают влияние сле­ дующие факторы, зависящие от условий работы, конструктивных осо­ бенностей грунтонасосной установки и технологии работы: физико-

287

механические свойства грунта, толщина снимаемого слоя грунта и ско­

в отверстии грунтоприемника и расход смеси, расстояние между отвер­ стием грунтоприемника и поверхностью динамического (неустановив­ шегося) откоса грунта, т. е. ширина щели всасывания, а также скорость

расположенные перед отверстием и с боков от него и находящиеся в со­

Вода, засасываемая по направлению 3—3, размывает и увлекает в грунтоприемник частицы грунта, находящиеся перед нижней кромкой грунтоприемника и несколько ниже ее. Эта же струя воды способст­ вует всасыванию крупных частиц грунта, которые не были увлечены струями по направлениям / — / и 2—2 и скатились по откосу к нижней части грунтоприемника.

Величина расхода смеси, идущей по четырем направлениям, зави­ сит от угла наклона плоскости грунтоприемника к откосу грунта в

288

момент работы, от размеров боковых вырезов в грунтоприемнике, кру­ тизны динамического откоса грунта перед приемником и характера грунта.

При работе папильонированием (рис. 150), как и при работе тран­ шеями, вода в грунтоприемник землесоса может поступать по четырем направлениям: / — / сбоку, со стороны неразработанной части данной папильонажной ленты; 2—2 спереди, со стороны следующей неразрабо­ танной ленты; 3—3 сзади, со стороны предыдущей разработанной ленты; 4—4 сбоку, со стороны разработанной части данной папильонажной ленты. При этом основное количество грунта поступает в грунтопри­ емник вместе с водой по направлениям 1—/ а 2—2, а по направлениям 3—3 и 4—4 поступает главным образом чистая вода или вода с малым количеством грунта.

§ 93. Движение пульпы в грунтопроводе

Пульпа может существовать только в движении. При этом, в от­ личие от всех однородных жидкостей, основные свойства пульпы зави­ сят не только от рода и содержания транспортируемого материала, но также от скорости и характера ее движения по грунтопроводу.

Грунтопроводы якорных и самоотвозных землесосов имеют гори­ зонтальные, вертикальные, наклонные и криволинейные участки. Прак­ тический интерес представляет прежде всего изучение особенностей движения пульпы в горизонтально расположенных трубах, поскольку они составляют основную часть трубопровода, да и в судовом напорном грунтопроводе имеют наибольшую протяженность.

Знание особенностей движения пульпы в разнообразных условиях помогает управлять гидротранспортированием грунта и намечать меро­ приятия по повышению эффективности этого процесса.

В расчетах насосных установок всегда имеются в виду средние значения движения скорости пульпы, по которым определяются потери напора в грунтопроводах и производительность (расход) по пульпе в различных режимах работы землесоса. Между тем, в любом попереч­ ном сечении грунтопровода наблюдается неравномерное движение пульпы и это обстоятельство имеет существенное значение.

Степень неравномерности этого движения зависит от величины средней скорости транспортировки пульпы, насыщенности пульпы грунтом и средней крупности перемещаемых грунтовых частиц, кото­ рую характеризует гранулометрический состав рефулируемого грунта.

На рис. 151 показаны эпюры скоростей, наблюдающиеся при из­ влечении илистых грунтов, пылевидных песков и глины, поддающейся эффективному размыву водой.

Мельчайшие частицы, из которых состоят перечисленные грунты, даже при умеренных скоростях транспортировки (рис. 151, а, эпюра /) легко приходят во взвешенное состояние и настолько хорошо переме­ шиваются с водой, что пульпу в этом случае можно рассматривать как однородную жидкость. В средней части трубы пульпа движется бы­ стрее, а в верхней и нижней — медленнее. Разрыв в величинах наблю-

даемых скоростей увеличивается по мере общего увеличения скорости движения (эпюра / / ) , причем поток у нижней стенки трубы начинает сильнее отставать не только от потока в середине, перемещающегося с максимальной скоростью, но в несколько меньшей мере и от потока, движущегося вдоль верхней стенки.

С увеличением насыщения пульпы грунтом движение ее замедляет­ ся, но распределение скоростей по высоте сечения трубы в принципе остается таким же.

Иной характер движения пульпы наблюдается в том случае, когда транспортируется среднезернистый и крупнозернистый песок. Здесь

разуя слой, растущий по толщине по мере насыщения пульпы грунтом. Дальнейшее уменьшение средней скорости пульпы приводит к тому, что этот слой становится неподвижным и перемещение грунта фактически происходит уже только в некоторой части внутреннего пространства трубы, расположенного над этим «мертвым слоем». Площадь проход­ ного сечения трубы становится меньше, потери напора на трение воз­ растают, хотя средняя скорость пульпы, определенная обычным мето­ дом, оказывается весьма невысокой, поскольку, как всегда считается, движение происходит по всей площади поперечного сечения трубы.

Состав движущейся пульпы неоднороден по поперечному сечению грунтопровода. В нижней части трубы консистенция пульпы значи­ тельно выше, чем в середине и, особенно, сверху.

На рис. 152 показаны кривые распределения консистенции по вертикальному диаметру горизонтального грунтопровода диаметром 500мм. По оси ординат отложено расстояние вверх от низа трубы, по горизонтальной оси — удельный вес пульпы. Отдельные линии соответ­ ствуют транспортированию пульпы различной средней консистенции. Консистенция пульпы по ширине грунтопровода на каждом уровне приблизительно одинакова.

Пульпа состоит из частиц различного размера. При движении ее по горизонтальному грунтопроводу отмечена определенная закономер­ ность в распределении грунта по поперечному сечению трубы; в ниж-

290

по сечению трубы характеризуется кривой графика.

а — фракционный состав грунта по сечению трубы; б — средний диаметр частиц

При неправильно выбранном (завышенном) значении диаметра грунтопровода «мертвый слой» возникает обязательно. Транспортиро­ вание пульпы в этом случае возможно, но высота «мертвого слоя» не должна превышать четверти, в крайнем случае, трети диаметра трубы.

§ 94. Основные определения

Объем пульпы или воды, подаваемой через грунтопровод за единицу

трах в час. Расход, зависящий от средней скорости пульпы в грунто-