1. Расчет элементов грунтонасосной установки землесоса

1.1. Грунтонасосная установка

Основным рабочим органом грунтонасосной установки является центробежный насос. Напор, развиваемый насосом, затрачивается на всасывание водогрунтовой смеси и ее транспортирование по нагнетательному грунтопроводу. Производительность грунтового насоса зависит от его конструкции и мощности двигателя, приводящего его в движение, а потери напора в свою очередь зависят от диаметра и длины всасывающего и нагнетательного грунтопроводов.

Целью данной работы является расчет основных параметров грунтонасосной установки в зависимости от заданной производительности землесоса, длины и высоты отвода грунта. Схема грунтонасосной установки приведена на рис. 1.

Рисунок 1 – Схема грунтонасосной установки землесоса

1. Центробежный насос. 2. Грунтоприемник.

3. Всасывающий трубопровод. 4.Напорный грунтопровод

- глубина всасывания или высота подъема грунта до уровня воды

- высота подъема гидросмеси над уровнем воды.

1.2. Расчет диаметров грунтопроводов

Внутренний диаметр нагнетательного грунтопровода является одним из важнейших параметров грунтонасосной установки. Его значение можно определить по формуле:

(1)

где – расход грунтовой смеси, м³/с;

– скорость движения смеси, м/с.

В свою очередь

(2)

где – производительность по грунту, м³/с;

– вес единицы объема грунтовой смеси, кН/м³;

– вес единицы объема воды, кН/м³.

Вес единицы объема грунтовой смеси можно принять кН/м³ (соответственно кН/м³).

Среднюю скорость движения смеси в нагнетательном грунтопроводе на данном этапе расчета можно принять равной критической скорости , м/с.

При принятом значении кН/м³; , м/с.

Из предыдущих формул следует:

(3)

Полученный в результате расчета диаметр грунтопровода необходимо округлить до стандартных величин: 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700,0 800, 900, 1000 мм [1].

Диаметр всасывающего грунтопровода для уменьшения скорости движения смеси в нем принимают несколько большим, чем нагнетательного. Поэтому, если округление расчетного значения до стандартного было сделано в меньшую сторону, значение следует принять на шаг стандартных диаметров больше, чем .

При округлении в большую сторону принимается = .

Послед этого определяется расчетная скорость движения смеси в грунтопроводе принятого диаметра:

(4)

1.3. Расчет характеристик грунтопровода

Под характеристикой грунтопровода понимается зависимость потерь напора в грунтопроводе от скорости движения смеси или производительности грунтового насоса.

С использованием характеристики грунтопровода при известной мощности главного двигателя можно определить технические показатели грунтового насоса, необходимые для его проектирования или выбора из числа имеющихся. С помощью характеристики грунтопровода решаются и эксплуатационные задачи: определяют производительность землесоса по грунту и режим работы главного двигателя для заданных условий эксплуатации.

Суммарные потери в нагнетательном и всасывающем грунтопроводах модно определить, пренебрегая разностью их диаметров, так как разница трения и местные сопротивления, которые зависят от диаметра, относительно невелики.

При указанном условии потери напора в грунтопроводе можно представить в виде суммы следующих слагаемых:

(5)

где – потери напора, затрачиваемого на отделение (отрыв) грунта от массива и на приведение в движение смеси. Для землесосов без гидравлических разрыхлителей =2…3 м. вод. ст.;

– потери напора на подъем грунта от зева грунтоприемника до поверхности воды:

(6)

где – глубина разработки грунта, м;

– потери напора на подъем смеси от уровня воды до уровня выброса смеси из выкидного патрубка

(7)

где – возвышение выкидного патрубка грунтопровода над уровнем воды, м;

– потеря напора на преодоление трения во всасывающем и напорном грунтопроводах, м;

(8)

где – общая длина грунтопровода, м;

– диаметр грунтопровода, м;

– коэффициент сопротивления грунтопровода, равный в среднем для грунтопроводов с металлическими шаровыми соединениями 0,02;

– расчетная скорость движения смеси, м/с.

Основным видом местных сопротивлений являются шарнирные соединения плавучего грунтопровода. Каждый шарнир имеет свой угол изгиба, от которого зависят потери, и поэтому они не поддаются строгому учету. Поэтому местные потери допустимо рассматривать как часть потерь на трение, используя коэффициент , величина которого для некоторых стандартных значений диаметров грунтопровода приведена в

табл. 1.

(9)

где – потери на трение при движении воды:

Таблица 1

Диаметр	250	300	350	400	450	500	600	700
Коэффициент	0,29	0,39	0,46	0,51	0,55	0,58	0,61	0,63

(10)

Характеристика грунтопровода представляется в виде графика .

Для построения характеристики необходимо определить потери напора для расчетной скорости движения гидросмеси , для критической скорости и для значений скорости, равных и . Результаты расчета представляются в форме табл. 2.

По напору , соответствующему расчетной скорости и ранее определенному расходу грунтовой смеси рассчитывается мощность насоса, кВт:

(11)

где – мощность, кВт;

– напор, м;

– расход грунтовой смеси, м³/с;

– коэффициент полезного действия насоса .

Таблица 2 – Расчет потерь напора

Скорость движения гидросмеси	Потери напора
	х	х	х	х	х	х
	х	х	х	х	х	х
	х	х	х	х	х	х
	х	х	х	х	х	х

Для сравнения полезно построить также характеристику грунтопровода при движении по нему воды. Значением для воды можно пренебречь.

Исходные данные приведены в табл. 3.

Таблица 3 – Характеристики условий работы земснаряда

Параметры	Варианты заданий
	0	1	2	3	4	5	6	7	8
Производительность грунтонасосной установки, Q, м3/ч	250	250	350	350	600	600	750	750	1000
Максимальная глубина разработки, Н1, м	5,0	6,0	7,0	6,5	9,0	8,5	10,0	9,5	12,0
Возвышение выходного патрубка, Н2, м	1,5	1,4	1,8	1,7	2,0	1,8	2,1	2,0	2,0
Общая длина грунтоотвода, L, м	150	120	220	240	300	310	370	400	420

Продолжение таблицы 3.

Параметры	Варианты заданий
	9	10	11	12	13	14	15	16
Производительность грунтонасосной установки, Q, м3/ч	1000	2500	2500	350	600	750	1000	2500
Максимальная глубина разработки, Н1, м	11,0	14,0	13,0	7,5	9,5	9,5	11,5	13,5
Возвышение выходного патрубка, Н2, м	1,8	2,2	2,0	1,5	1,7	1,8	1,9	2,1
Общая длина грунтоотвода, L, м	450	500	550	230	330	420	440	520