Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Эксплуатационные дноуглубительные работы на затруднительном участке реки. Методические рекомендации по выполнению курсовой работы по дисциплине Водные
.pdf
22
где t –время работы, ч.
3
DkV
КР
По данным приложений 1 и 4 с учетом глубины на перекате и глубины
грунтозабора при рабочем уровне подбираются оба земснаряда с
соответствующей технической производительностью Qт, близкой к потребной
Qг, с необходимой глубиной грунтозабора и допустимой осадкой.
7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
ЗЕМЛЕСОСА
Работа землесоса складывается из двух последовательно протекающих
процессов: забора грунта со дна водоема и отвода грунта к месту его
складирования (отвала). В связи с этим различают производительность по
грунтозабору и производительность по грунтоотводу. Расчетная максимальная
производительность по грунтоотводу устанавливается путем рассмотрения
совместной работы насоса, напорного и всасывающего трубопроводов при
различной плотности водогрунтовой смеси для указанных в задании
параметров грунтонасосной установки.
Расчетная производительность по грунтозабору определяется исходя из
конструкции грунтозаборного наконечника, технологических параметров
работы землесоса, а также свойств грунта и должна равняться
производительности по грунтоотводу.
7.1. 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. Для реальных условий транспортирования
гидросмеси дноуглубительными снарядами определение критической скорости,
м/с может быть выполнено по предложенной А.С. Стариковым эмпирической
формуле:
, м∕с, (7.1)
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.
23
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
7.2. Определение потерь напора во всасывающем и напорном
трубопроводах
Гидравлические потери напора во всасывающем трубопроводе,
определяющие величину вакуума (разность между атмосферным давлением и
абсолютным давлением внутри трубопровода) перед входом в насос, при
перекачивании водогрунтовой смеси рассчитываются по следующим
зависимостям:
; (7.2)
, (7.3)
Тпр=Тг+hпер (7.4)
где
(принимаем: kг=1,2 для среднего и kг=1,4 для крупного песка; при
k
=1);
г
,
– соответственно плотность гидросмеси и воды, кг/ м³;
о
, – средняя скорость во всасывающем трубопроводе, м/с;
вс
– коэффициент, учитывающий влияние грунта на потери напора
гс=о
- обобщенный коэффициент сопротивления, учитывающий трение и
V
k
гс
г
вс
рассредоточенные по длине всасывающего трубопровода местные
сопротивления;
L
– полная длина всасывающего трубопровода, принимаемая в
вс
зависимости от глубины разработки прорези Тпр, м ;
D
– диаметр всасывающего трубопровода, м; обычно принимается
вс
равным диаметру напорного трубопровода Dн или на 50 мм больше D
(эти и
н
другие параметры грунтонасосной установки даны для каждого землесоса в
приложении 1.);
D
- диаметр приемного отверстия рабочего колеса грунтового насоса, м ;
1
– коэффициент сопротивления всасывающего наконечника; при
нак
выполнении курсовой работы можно принять
Величина Z0 имеет знак “+” при расположении оси выше и знак “–” ниже
поверхности воды ;
=0,5;
нак
Z
–возвышение оси грунтового насоса над поверхностью воды, м.
0
- предельный угол наклона рамы принимают 45
р
о
…50
о
;
24
L
ГЛВС
)6.1...5.1(
2
)8.1Relg8.1(
1
ГЛ
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
...
- длина корпусного участка всасывающего трубопровода ( от 5 до 15
вс,к
м в зависимости от размеров землесоса и от расположения грунтового насоса в
корпусе).
Значение обобщенного коэффициента сопротивления обычно принимают
по данным измерений на земснарядах. При отсутствии экспериментальных
данных коэффициент определяют расчетным путем:
,
(7.5)
где λгл- коэффициент сопротивления гидравлически гладкого трубопровода:
; (7.6)
Re=VвсDвс/ν, (7.7)
где
Re- число Рейнольдса;
-кинематическая вязкость воды (при температуре 20 оС ν ≈110-6 м2/с).
Гидравлические потери в напорном трубопроводе при перекачивании
воды, м:
(7.8)
где Vн– средняя скорость воды в напорном трубопроводе, м/с;
- обобщенный коэффициент сопротивления напорного трубопровода;
н
(при выполнении задания можно принять
=1,4
н
гл
);
Lн-длина напорного трубопровода, м;
D
– диаметр концевого патрубка напорного трубопровода, м; при
к
отсутствии конического насадка D
Z
– возвышение концевого патрубка напорного трубопровода над
н
поверхностью воды, м.
Суммарные потери напора при работе на водогрунтовой смеси, м:
=D
к
н ,
м;
(7.9)
25
);(
ГСГСГС
QfH
);(
ГСГСГС
QfN
0
0
HКH
ГС
НГС
367
ГСГС
ГС
НQ
N
)(
ГС
Qf
)(
.. ГСГСПРВАК
QfH
7.3. Пересчет характеристик насоса при его работе на водогрунтовой
смеси
Две характеристики насоса принятого земснаряда (паспортные
зависимости напора насоса и мощности приводного двигателя от расхода
насоса Q, м³/с: Н0=f(Q0),м, и N0=f(Q0),кВт, работающего на воде (о) с
номинальной частотой вращения рабочего колеса) пересчитываем для работы
на гидросмеси с плотностью
;
и получаем
гс.
.
семейства кривых:
При пересчете используются следующие зависимости:
где Н
,м - напор насоса при работе на смеси;
гс,
К
- коэффициент изменения напора из-за влияния содержащегося в
н
, (7.10)
гидросмеси грунта. Численное значение Кн изменяется от 0,7 до 1,0 в
зависимости от крупности частиц грунта 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);
Н
- напор насоса, м при работе на воде (определяется по
0
характеристикам насоса, данным в приложении 2);
. (7.11)
Характеристики насоса определяющие зависимости КПД насоса η и
предельного вакуума Нвак.пр.гс ,м, которые может развить насос при работе на
гидросмеси
и
принимаются аналогичными
характеристикам при работе насоса на воде (приложение2).
.
Расчеты характеристик грунтонасосной установки рекомендуется
выполнять в табличной форме в соответствии с таблицей 7.1.
26
Параметры грунтонасосной установки
Расчетные
параметры
гс,
кг/м3
Расход смеси, м3/ч
0
≈0,3Q
max
≈0,6Q
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
Таблица 7.1
Q
– критический расход насоса при V
кр
в напорном трубопроводе;
кр
Qмах - максимальный расход, равный 1,2-1,25 Q
кр
;
Vвс и Vн,м - скорости в трубопроводах, рассчитываемые по
принимаемому расходу и соответствующему диаметру трубопровода.
.
По результатам расчетов выполняется графическое построение
характеристик грунтонасосной установки с целью определения расчетной
производительности землесоса. На рис. 7.1 представлен пример этого
построения.
27
N
max
=1.05N
ном
гс
1300
1200
1100
1000
1300
1200
1100
1000
.
1300
1200
1000
1100
М
М
К
К
Р
Р
1300
1200
1100
1000
1000
З
З
м
Nгс,кВт
Q, м³/ч
Нвак.,м а)
Н
ВАК.ПР,
Н
ВС.,
Рис. 7.1 Характеристики насоса и трубопровода
Qгс, м³/ч
б)
в) Qгс, м³/ч
28
);(
ГСГСГС
QfH
);(
. ГСГСГСП
QfH
);(
ГСГСГС
QfH
);(
ГСГСГС
QfN
);(
ГСГСГС
QfH
);(
. ГСГСГСВС
QfH
))(1(
..
..
оТЕ
оРАСЧГС
РАСЧЕ
C
Рабочая линия Р-Р (рис.7.1,б) образуется соединением точек пересечения
характеристик насоса
грунтопровода
.
и соответствующих характеристик
Линия М-М (рис.7.1,б) ограничения по мощности привода получается при
соединении точек, полученных путем перенесения по вертикали на
соответствующие кривые характеристик насоса
пересечений характеристик
мощности привода (рис.7.1.а). При этом N
с линией максимальной
=1,05N
max
., где N
ном
ном
–
номинальная мощность привода, данная в приложении 1.
Линия ограничения по кавитации К-К (рис.7.1,б) соединяет точки, полученные
путем перенесения по вертикали на соответствующие характеристики насоса
пересечений (рис.7.1,в) кавитационной характеристики
насоса Н
.
вак,пр
(.приложение 2) и характеристик всасывающего грунтопровода
.
.
Линия З-З ограничения по критической скорости может быть представлена как
вертикаль (рис.7.1,б) из точки Q=Qкр.
7.4. Определение расчетной производительности землесоса по грунту
В случае пересечения рабочей линии с линией ограничений по
критической скорости или с линией ограничений по мощности, расчетные
плотность гидросмеси
гс.расч
и производительность Q
.
гс.расч
определяются в
точке их пересечения. Если рабочая линия пересекается с линией ограничений
по кавитации, расчетная производительность и плотность устанавливаются по
точке рабочей линии, расположенной ниже точки пересечения на значение
запаса Н=0.5 м. Если при
=1300 кг/м
гс
3
работа землесоса не ограничивается
ни заилением ни мощностью двигателя, ни кавитацией, принимают
гс.расч
=1300кг/м
рабочей линии с этим значением гс. Исходя из полученной
3
.Расчетная производительность Q
гс.расч
берется в точке
гс.расч
определяется расчетная объемная консистенция гидросмеси
,
, (7.12)
29
где Е – коэффициент пористости грунта в естественном состоянии
.... РАСЧЕРАСЧГСГР
СQQ
ГС
ПРВАКо
НАК
ВС
ВС
ВСВСГВС
ТH
T
D
D
D
Lk
g
V
Z
)(
2
..
4
1
2
0
(Е=0,35…0,38);
– плотность твердой компоненты грунта без учета пор (
т
=2650 кг/м
т
3
).
Расчетная производительность землесоса по грунту находится по
следующей зависимости
(7.13)
7.5. Проверка всасывающей способности насоса
По формулеĠ(7.2) определяются потери напора во всасывающем
трубопроводе при максимальной глубине грунтозабора Т (приложение 1),
Q
гс.расч
и
гс.расч
. Если эти потери меньше Н
вак.пред
при Q
.
гс.расч
, то имеется
запас всасывающей способности. В случае отсутствия этого запаса необходимо
уменьшить
гс.расч
. до соответствующей рассчитываемой величины. При этом
формулу расчета выводится и обосновывается студентом самостоятельно.
Кроме этого, возможно уменьшение высоты расположение грунтового насоса
Z
вплоть до применения погружного насоса, т.е. установки его ниже
0
поверхности воды непосредственно на раме всасывающего трубопровода.
Потребная высота расположение оси насоса относительно уровня воды
определяется по формуле полученной преобразованием выражения (7.2):
(7.14)
.
7.6. Определение основных параметров всасывающего наконечника
Размеры всасывающего наконечника, предназначенного для разработки
участков дна траншейным способом (рис.7.2.), зависят от условий производства
работ. При удалении тонких слоев наносного грунта h
≤ (1-2) Dвс эффективны
сн
уширенные (щелевидные) всасывающие наконечники (рис.7.2,а). Толстые слои
песчаных грунтов целесообразно разрабатывать относительно узкими
компактными наконечниками (рис.7.2,б), отличающимися сосредоточенной
зоной воздействия гидрорыхлителя на грунт. Вариант наконечника выбирается
исходя из средней толщины снимаемого слоя h
(см. формулу 6.6) на
сн,
запроектированной прорези.
30
2
2
215.0
4
)(
HHC
H
HHCЗ
hhb
h
hhb
Рис. 7.2. Траншейные всасывающие наконечники
Зев траншейного всасывающего наконечника обычно имеет форму
вытянутого в ширину прямоугольника с полукруглыми боковыми стенками
Площадь зева такой формы равна:
, (7.15)
где bс и hн – ширина и высота зева наконечника соответственно.
Площадь зева определяют, руководствуясь средней скоростью потока,
поступающего через зев наконечника во всасывающий трубопровод. У узких
наконечников, предназначенных для разработки плотных грунтов, среднюю
скорость в зеве принимают VЗ=1,8…2,0 м/с, у широких наконечников-
V
=1,2…1,5 м/с.
З
Зная расход гидросмеси при критической скорости ее движения по
трубопроводу и приняв указанные значения скорости в зеве, находят площадь
зева. Ширину его у узких наконечников назначают в 2,5-3 раза больше
диаметра всасывающего трубопровода. Найденные таким образом площадь з
31
и ширина bс зева позволяют с помощью формулы (7.15) определить его высоту
ВСH
D),...,(h 40350
ГP
b,t 80
ВСP
D),...,(t 40350
30
0
Н
h
.
н
Размеры зева уширенного наконечника следует определять, исходя из его
высоты, которую желательно иметь не менее 0.8 от габаритного проходного
размера bг грунтового насоса (приложение 1). При отсутствии данных о
проходном размере bг минимальную высоту зева уширенного наконечника
определяют по зависимости:
, (7.16)
Длину l
, на которой сечение наконечника из вытянутого преобразуется в
н
круглое, назначают с таким расчетом, чтобы каждая боковая стенка составляла
угол
с осью не более 25…30
н
о
.
Шаг расстановки вертикальных ребер защитной решетки по ширине
наконечника принимают
или
(7.17)
Если высота зева больше указанного шага, то ребра связывают
дополнительной горизонтальной пластиной или круглым прутом. У кромок
зева ребра защитной решетки должны выступать не более чем на 100…150 мм,
на оси – не более чем на 200…250 мм от плоскости зева. Пластины решетки
имеют толщину 20…30 мм. Горизонтальный прут должен иметь диаметр
30…50 мм.
Число сопел гидрорыхлителя n
следует принимать равным или кратным
с
числу просветов между вертикальными ребрами защитной решетки. Иногда
дополнительно к этому устанавливаются сопла на боковых сторонах зева,
направляя их под углом в стороны от оси наконечника; эти боковые сопла
способствуют осыпанию грунта с боковых откосов траншеи, понижению
гребней между траншеями и, следовательно, уменьшению запаса на неровность
выработки. Чтобы обеспечить всасывание грунта по всей ширине зева и
облегчить боковые перемещения землесоса при управлении его движением по
оси траншеи, боковые кромки зева срезают под углом
. Срезаемые
участки по ширине равны 1-2 шагам установки вертикальных ребер защитной
решетки.
Расчет основных элементов гидрорыхлителя для траншейных
наконечников землесосов производится в такой последовательности.
1. Выбирают серийный центробежный водяной насос, расход которого q,
м³/с должен быть приблизительно равен производительности Qгр землесоса.
Напор насоса должен быть таким, чтобы за вычетом потерь напора в
магистрали, т.е. непосредственно перед соплами, напор истечения составлял
Н
=20…25 м.
с
2. По принятому напору определяют скорость истечения воды из сопел
vc, м/с
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]