Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет рабочего оборудования землесоса и многочерпакового земснаряда
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ВОДНОГО ТРАНСПОРТА
А.Р. Белоусов
РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ ЗЕМЛЕСОСА И
МНОГОЧЕРПАКОВОГО ЗЕМСНАРЯДА
Альтаир – МГАВТ
Москва , 2009
1
2
УДК 627.21:656.615
Белоусов А.Р.
Расчет рабочего оборудования
землесоса и многочерпакового земснаряда
М.: МГАВТ,2009.-33с., ил.4.
Методические рекомендации по выполнению двух контрольных заданий по
дисциплинам «Оборудование судов технического флота», «Эксплуатация оборудования судов
технического флота» и «Технические средства добычи нерудных строительных материалов»
Составлены в соответствии с программами курсов «Оборудование судов
технического флота», «Эксплуатация оборудования судов технического флота» и
«Технические средства добычи нерудных строительных материалов» для студентов
специальностей 180103 «Судовые энергетические установки», 180403 «Эксплуатация судовых
энергетических установок», 190602 «Эксплуатация перегрузочного оборудования портов и
транспортных терминалов».
Рассмотрены на заседании кафедры от 16.12.2008г., протокол №47
Рекомендованы к изданию УМС МГАВТ
Ответственность за оформление и содержание передаваемых в печать
материалов несут авторы и кафедра академии, выпускающие учебно-методические
материалы.
© МГАВТ, 2009
© А.Р. Белоусов, 2009
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Задание №1
1.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 4
2. СОСТАВ РАБОТЫ 4
3. УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ № 1 5
3.1.Определение критической скорости и расхода гидросмеси 5
3.2. Определение потерь напора во всасывающем и напорном
трубопроводах при работе на водогрунтовой смеси 5
3.3. Определение характеристик насоса при его работе
на водогрунтовой смеси 7
3.4. Определение расчетной производительности
землесоса по грунту 8
3.5. Проверка всасывающей способности насоса 11
3.6. Определение основных параметров
всасывающего наконечника 11
Задание №2
1.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 14
2. СОСТАВ РАБОТЫ 15
3. УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ №2 15
3.1 Определение объема и основных размеров черпака 15
3.2.Определение геометрии провисающего участка цепи
и усилий растяжения на этом участке 16
3.3Определение потребной мощности черпакового привода 21
Приложение 1. Варианты условий к заданию №1 25
Приложение 2. Данные по землесосам 27
Приложение 3. Рабочие характеристики грунтовых насосов 28
Приложение 4. Варианты условий к заданию № 2 31
Литература 33
4
Задание №1
РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ ЗЕМЛЕСОСА
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Освоение методов расчета рабочих характеристик
грунтонасосных установок землесосов (ГНУ), определения их
производительности, принципов проектирования всасывающих грунтозаборных
устройств.
.
1.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Вариант задания принимается по указанию преподавателя на основе
приложения 1.
Исходными данными для выполнения расчетного задания являются:
- рабочие характеристики грунтового насоса (зависимости полного напора,
развиваемого насосом, предельного вакуума, который может развить насос и
к.п.д. насоса от его производительности): H=f(Q), H
= f(Q), и =f(Q) ;
вак.пр.
- частота вращения n и проходной размер Вг рабочего колеса насоса;
- положение оси приемного отверстия насоса по высоте относительно
поверхности воды - Z0, диаметр приемного отверстия насоса D1;
- внутренний диаметр D
и длина Lн напорного трубопровода, возвышение его
н,
концевого патрубка над поверхностью воды Zн;
- паспортная предельная глубина извлечения грунта Т;
-вид и толщина снимаемого слоя грунта. hсн,м;
-установленная мощность привода Nном.
(графики и таблицы приложений 1, 2, 3).
2. СОСТАВ РАБОТЫ
1.Определить критическую скорость Vкр и соответствующий расход Qкр
гидросмеси. Рассчитать и построить графики зависимостей потерь во
всасывающем и напорном трубопроводах от расхода и плотности
перекачиваемой гидросмеси
2.Определить характеристики работы ГНУ на гидросмесях различной
заданной плотности, найти предельную расчетную производительность при
номинальной глубине грунтозабора с учетом ограничений по мощности,
кавитации и критической скорости, построить соответствующие графики.
3.Оценить запас всасывающей способности грунтонасосной установки при
предельных расчетных консистенции и расходе гидросмеси и предельной
глубине грунтозабора.
5.В случае недостаточной всасывающей способности рассчитать возможную
консистенцию гидросмеси при проектном положении грунтового насоса и
требующееся его положение по высоте для обеспечения предельной рабочей
производительности.
6.Определить тип и основные размеры всасывающего наконечника для
траншейной разработки прорезей.
7.Рассчитать основные элементы гидрорыхлителя (число и диаметр сопел,
5
сечение водоподводящего трубопровода и коллектора, мощность двигателя
3
DkV
КР
ПР
ГСГС
НАК
ВС
ВС
ВСВСГВСГС
ГСВС
ТZ
D
D
D
Lk
g
V
H
0
0
0
0
4
1
2
0
.
2
К.ВС
Р
ПР
ВС
L
sin
ZT
L
0
насоса гидрорыхлителя, подобрать по каталогу соответствующий насос).
8.Вычертить в масштабе всасывающий наконечник, оснащенный
гидрорыхлителем, с указанием характерных размеров.
3. УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ № 1
3.1.Определение критической скорости и критического расхода гидросмеси
Критической скоростью гидротранспортирования называют такую
минимальную среднюю скорость потока, при малейшем уменьшении которой
начинается массовое выпадение грунта в осадок. Значение критической скорости
зависит от многих факторов, к которым в первую очередь относятся диаметр
трубопровода, плотность и размер частиц грунта, консистенция гидросмеси,
форма сечения и состояние внутренней поверхности труб, угол наклона их к
горизонтали. Определение критической скорости для реальных условий работы
дноуглубительных землесосов может быть выполнено по предложенной А.С.
Стариковым [1,2] эмпирической формуле:
,м/с (3.1)
где:
k - эмпирический коэффициент (для мелких песков и илов k=5, 1;
для крупных песков и гравия k=5,2);
D – внутренний диаметр трубопровода, м.
3.2. Определение потерь напора во всасывающем и напорном
трубопроводах при работе на водогрунтовой смеси
Гидравлические потери напора во всасывающем трубопроводе землесоса,
определяющие величину вакуума (разность между атмосферным давлением и
абсолютным давлением внутри трубопровода) перед входом в насос, при
перекачивании водогрунтовой смеси, рассчитываются по следующим
зависимостям:
, м (3.2)
где гс, о, кг/ м³ – соответственно плотность гидросмеси, задаваемая при
расчете, и плотность воды;
, м (3.3)
6
Vвс, м/с – средняя скорость во всасывающем трубопроводе, зависящая от
ГЛВС
)6.1...5.1(
2
)8.1Relg8.1(
1
ГЛ
задаваемого расхода;
kг – коэффициент, учитывающий влияние грунта на потери напора
(принимаем: kг=1,2 для среднего и kг=1,4 для крупного песка; при гс=
о kг
=1);
вс - обобщенный коэффициент сопротивления, учитывающий потери на
трение и рассредоточенные по длине всасывающего трубопровода местные
сопротивления;
L
м – полная длина всасывающего трубопровода,
вс,
Тпр, м – проектная глубина разработки (принимается равной половине
максимальной глубины грунтозабора, заданной в приложение 1);
L
вс,к , м
- длина корпусного участка всасывающего трубопровода ( 5 - 15 м
в зависимости от размеров землесоса и расположения грунтового насоса в
корпусе);
D
м –внутренний диаметр всасывающего трубопровода, обычно
вс,
принимается равным диаметру напорного трубопровода Dн или на 50 мм больше;
D1, м - диаметр приемного отверстия рабочего колеса грунтового насоса;
– коэффициент сопротивления всасывающего наконечника (при
нак
выполнении курсовой работы можно принять
=0,5);
нак
Z0, м - возвышение оси грунтового насоса над поверхностью воды.
Величина Z0 положительна при расположении оси выше и отрицательна при
расположении ниже поверхности воды (эти и другие параметры грунтонасосной
установки даны для каждого варианта землесоса в приложениях 1, 2, 3);
р- рабочий угол наклона рамы принимают 35о - 45о;
Значение обобщенного коэффициента сопротивления всасывающего
трубопровода λвс. определяют расчетным путем:
, (3.4)
где λгл- коэффициент сопротивления гидравлически гладкого трубопровода:
; (3.5)
Re=VD/ν, (3.6)
где
Re- число Рейнольдса;
-кинематическая вязкость воды (при температуре 20 оС ν ≈110-6 м2/с).
7
Гидравлические потери в напорном трубопроводе при перекачивании
0
0
4
1
4
2
0
.
)(
2
ГС
Н
Н
К
Н
Н
ННГН
ГС
ГСН
ZZ
D
D
D
D
D
Lk
g
V
H
ГСНГСВСГСП
HHH
...
0
0
HКH
ГС
НГС
);(
ГСГСГС
QfH
)(
ГС
Qf
)(
.. ГСГСПРВАК
QfH
367
ГСГС
ГС
НQ
N
водогрунтовой смеси:
где Vн, м/с – средняя скорость воды в напорном трубопроводе;
н - обобщенный коэффициент сопротивления напорного трубопровода;
(при выполнении задания можно принять н=1,4гл );
Lн, м -длина напорного трубопровода;
Dк, м – диаметр концевого патрубка напорного трубопровода; при
отсутствии конического насадка Dк = D
н,
;
Zн, м – возвышение концевого патрубка напорного трубопровода над
поверхностью воды.
Суммарные потери напора при работе на водогрунтовой смеси:
,м (3.7)
(3.8)
3.3. Определение характеристик насоса при его работе на водогрунтовой смеси
Паспортную характеристику принятого насоса Н0=f(Q0),м, работающего на
воде (о) с номинальными частотой вращения и диаметром рабочего колеса
пересчитываем для работы на гидросмеси с задаваемой плотностью (
гс.
) и
производительностью по следующей зависимости:
где Н
, м - напор насоса при работе на смеси;
гс,
, (3.9)
Кн - коэффициент изменения напора из-за влияния содержащегося в
гидросмеси грунта. Численное значение Кн изменяется от 0,7 до 1,0 в
зависимости от крупности частиц грунта, принимаемой по приложению 1, и
плотности гидросмеси (Кн может быть принят для ила – 1,0, для мелкого песка –
0.,97,для среднего песка – 0,94, для крупного песка – 0,89);
Н0 - напор насоса, м при работе на воде (определяется по характеристикам
насоса, данным в приложении 3). В результате расчетов получаем семейства
кривых:
.
Характеристики насоса, определяющие зависимости КПД насоса
и предельного вакуума
принимаются аналогичными характеристикам при работе насоса на воде
(приложение 3).
На основе полученных зависимостей выполняется расчет потребной мощности
привода насоса
, при работе на гидросмеси,
(3.10)
8
3.4. Определение расчетной производительности землесоса по грунту
Расчетные
параметры
гс,
кг/м3
Расход смеси, м3/ч
0
≈0,3
Q
max
≈0,6
Q
max
Qкр
≈Q
max
Qгс, м3/ч
-
Vвс, м/с
- Vн, м/с
-
Н
вс,гс
, м
1000
1100
1200
1300
Нн,гс, м
1000
1100
1200
1300
Н
п,см=Нвс,гс+Нн,гс
,
м
1000
1100
1200
1300
Нгс, м
1000
1100
1200
1300
Nгс, кВт
1000
1100
1200
1300
Расчеты характеристик грунтонасосной установки рекомендуется выполнять в
табличной форме в соответствии с таблицей 1.
Таблица 1
Параметры грунтонасосной установки
Qкр – критический расход насоса при Vкр
Qмах - максимальный расход, равный 1,2-1,25 Qкр;
Vвс и Vн, м - скорости в трубопроводах, рассчитываемые по принимаемому
расходу и соответствующему диаметру трубопровода.
По результатам расчетов производится графическое построение характеристик
грунтонасосной установки. На рис. 1 представлен пример этого построения.
С целью определения максимальной расчетной производительности землесоса
на этот график накладываются:
- линия, определяющая режимы работы установки в различных условиях Р-Р;
-линия ограничения по мощности привода М-М;
-линия ограничения по кавитации К-К;
-линия ограничения по критической скорости З-З.
где:
в напорном трубопроводе;
9
Nгс
кВт
N
max
=1.05N
ном
гс
1300
1200
1100
1000
гс
1300
1200
1100
1000
гс
Н
ВАК.ПР
Н
ВС
гс
1300
1200
1000
1100
М
М
К
Р
1300
1200
1100
З
м
НВС
Н
ВАК.ПР
К
Р
З
1000
а)
Qгс, м³/ч
б)
Н.,м
Qкр
в)
Qгс, м³/ч
Qгс, м³/ч
Рис. 1 Характеристики насоса и трубопроводов
10
Рабочая линия Р-Р, (рис.1,б) образуется соединением точек пересечения
);(
ГСГСГС
QfH
);(
. ГСГСГСП
QfH
);(
ГСГСГС
QfH
);(
ГСГСГС
QfN
);(
ГСГСГС
QfH
);(
. ГСГСГСВС
QfH
))(1(
..
..
оТЕ
оРАСЧГС
РАСЧЕ
C
.... РАСЧЕРАСЧГСГР
СQQ
характеристик насоса
грунтопровода
.
и соответствующих характеристик
Линия М-М (рис.1,б) получается при соединении точек, полученных путем
перенесения по вертикали на соответствующие кривые характеристик насоса
пересечений характеристик
с линией
максимальной мощности привода (рис.1,а). При этом:
N
=1,05N
max
. ( 3.11.)
ном
где: N
– номинальная мощность привода насоса, данная в приложении 2.
ном
Линия К-К (рис.3.1,б) соединяет точки, полученные путем перенесения по
вертикали на соответствующие характеристики насоса
пересечений (рис.1,в) кавитационной характеристики насоса Н
1) и характеристик всасывающего грунтопровода .
(приложение
вак,пр.
.
Линия З-З может быть представлена как вертикаль (рис.1,б) из точки Q=Qкр.
В случае пересечения рабочей линии с линией ограничений по критической
скорости, с линией ограничений по кавитации или с линией ограничений по
мощности, расчетные плотность гидросмеси
определяются в точке их пересечения с наименьшей
и производительность Q
гс.расч.
. Если при гс=1300 кг/м3
гс..
гс.расч
работа землесоса не ограничивается ни Qкр, ни мощностью двигателя, ни
кавитацией, принимают
берется в точке рабочей линии с
=1300кг/м3 .Расчетная производительность Q
гс.расч
. Исходя из полученной
гс.расч
гс.расч
гс.расч
определяется объемная расчетная консистенция гидросмеси
, (3.12)
где Е – коэффициент пористости грунта в естественном состоянии
(Е=0,35…0,38);
т – плотность твердой компоненты грунта без учета пор (т=2650 кг/м3).
Расчетная производительность землесоса по грунту находится по следующей
зависимости
(3.13)
3.5. Проверка всасывающей способности насоса
,
По формуле (3.2) определяются потери напора во всасывающем трубопроводе
при максимальной глубине грунтозабора Т (приложение 3), Q
гс.расч
и
гс.расч
. Если
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]