7.4. Устройство и производительность дноуглубительных снарядов

Дноуглубительные снаряды, независимо от типа и назначения, имеют следующие основные части:

1) корпус, в котором размещается все рабочее, силовое и вспомогательное оборудование снаряда;

2) дноуглубительное устройство (рабочий орган);

3) главную энергетическую установку, приводящую в действие дноуглубительное устройство;

4) палубные механизмы для оперативных перемещений корпуса во время грунтозабора;

5) средства управления работой земснаряда.

7.4.1. Землесосы

На землесосах, как уже отмечалось, используется гидравлический способ отделения грунта от дна и его отвода по трубопроводам к месту отвала. Схема устройства речного землесоса приведена на рис. 7.10, 7.11.

Корпус речного землесоса – простых грубых обводов, имеет вырез (прорезь) для размещения в нем всасывающей трубы с охватывающей ее рамой. Главным рабочим органом землесоса является грунтовый насос центробежного типа, обеспечивающий всасывание водогрунтовой смеси и ее перемещение по грунтопроводам. Насос приводится в действие главным двигателем землесоса. При остановке главного двигателя землесос обеспечивается энергией от вспомогательного дизель-генератора.

В

Рис. 7.10. Схема землесоса:

1 – всасывающий грунтоприемник; 2 – всасывающая труба; 3 – гибкое соединение; 4 – корпусная часть всасывающего грунтопровода; 5 – грунтовый насос; 6 – главный двигатель; 7 – корпусная часть напорного грунтопровода; 8 – плавучая часть напорного грунтопровода (рефулер); 9 – гибкое соединение звеньев рефулера; 10 – понтон; 11 – рамоподъемное устройство; 12 – рамоподъемная лебедка; 13 – передняя становая лебедка; 14 – передняя боковая лебедка; 15 – промерный мостик; 16 – кран-балка для монтажных работ

ходная часть насоса соединена со всасывающем грунтопроводом, а выходная – с напорным грунтопроводом. Основную часть всасывающего трубопровода составляет наклонная всасывающая труба, поворачивающаяся в вертикальной плоскости. Она через гибкое соединение сообщается с корпусным всасывающим трубопроводом, присоединенным к грунтовому насосу. На конце всасывающей трубы расположен всасывающий наконечник (грунтоприемник). Подъем и опускание наклонной всасывающей трубы на необходимую глубину осуществляется при помощи рамоподъемного устройства.

Рис. 7.11. Общий вид землесоса (а) и плавучего грунтопровода (б)

Напорный грунтопровод состоит из корпусной и плавучей части. К насосу присоединяется вертикально расположенный патрубок, за которым находится имеющее большой радиус кривизны колено, направляющее водогрунтовую смесь (гидросмесь) в горизонтально расположенный участок корпусного грунтопровода. Этот участок размещается на крыше верхней надстройки землесоса. В кормовой части снаряда гидросмесь через два колена и наклонно расположенный грунтопровод, спускается вниз, к месту присоединения плавучего грунтопровода. С напорным корпусным грунтопроводом плавучий трубопровод соединен при помощи двух шаровых соединений. Такое соединение обеспечивает необходимую степень подвижности, как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной, когда землесос по мере расходования топлива начинает “всплывать” по отношению к плавучей части напорного грунтопровода.

Плавучий грунтопровод (рефулер) расположен на понтонах и его отдельные звенья (трубы) соединяются между собой при помощи гибких соединений. Понтон представляет собой два жестко соединенных вместе поплавка. Последний понтон рефулера, называемый концевым, оборудован двумя якорями, тросами и лебедками. Якоря и тросы служат для удержания понтона на месте отвала грунта, для спуска понтона по течению, а также для перемещения понтона в стороны от оси отвала.

Принцип работы землесоса по извлечению и отводу грунта состоит в следующем. Грунтовый насос заливается водой и приводится в действие главным двигателем. С помощью рамоподъемного устройства всасывающая труба заглубляется в грунт. При работе заполненного водой насоса во всасывающей трубе создается вакуум (давление ниже атмосферного). Над грунтоприемником действует атмосферное давление и давление столба воды, соответствующее глубине опускания грунтоприемника. Под действием разницы давлений вода, находящаяся перед грунтоприемником, начинает входить в него с определенной скоростью. Подтекающая к приемнику вода захватывает и увлекает за собой частицы грунта. Пространство вокруг зева (отверстия) грунтоприемника, в пределах которого вода размывает и увлекает грунт, называют сферой всасывания. Смесь частиц грунта с водой (гидросмесь) перемещается по всасывающему грунтопроводу к насосу. В насосе гидросмесь попадает на вращающиеся лопасти рабочего колеса и отбрасывается в начало корпусной части напорного грунтопровода, где создается повышенное (выше атмосферного) давление. Около выходного отверстия плавучего рефулера давление равно атмосферному. Под действием разницы давлений гидросмесь движется по напорному грунтопроводу к месту отвала грунта.

Производительность землесоса по грунту, м³/ч, определяется по выражению

, (7.2)

где: Q_см – расход гидросмеси (производительность землесоса по смеси), м³/ч;

Р – консистенция пористого грунта (содержание грунта в гидросмеси), %;

V_см – скорость движения гидросмеси в напорном грунтопроводе, м/с;

Д_н – диаметр напорного грунтопровода, м.

Содержание грунта в гидросмеси принято характеризовать консистенцией (насыщением). При дноуглублении под консистенцией Р понимают отношение объема грунта вместе с порами (с пористостью, свойственной грунту на дне до его разработки) к объему гидросмеси. Насыщение 15–18% считается удовлетворительным при разработке легких грунтов и 12% – при разработке тяжелых грунтов.

Производительность по грунту у речных землесосов, эксплуатируемых на внутренних водных путях, составляет от 200 до 2500 м³/ч.

Землесосы обычно используются при разработке несвязных, главным образом, песчаных и песчано-гравелистых грунтов. Для работы на связных (глинистых) грунтах землесосы оборудуются механическими разрыхлителями, при помощи которых грунт срезается и подводится к всасывающему отверстию грунтоприемника.

В настоящее время на внутренних водных путях при производстве дноуглубительных работ за пределами судового хода все большее применение получают рефулерные фрезерные землесосы (рис. 7.12, 7.13). Для углубления эксплуатируемых транзитных судовых ходов их не применяют из-за необходимости пропуска судов.

О

Рис. 7.12. Схема фрезерного рефулерного землесоса:

1 – вспомогательная свая; 2 – гидроцилиндры; 3 – лебедка поворота стрелы; 4 – привод фрезы; 5 – лебедка подъема якоря; 6 – грузовая стрела; 7 – канат подъема якоря; 8 – фреза; 9 – папильонажный канат; 10 – погружной грунтовый насос; 11 – двигатель насоса; 12 – рабочая свая; 13 – корпусная часть напорного грунтопровода; 14 – плавучий напорный грунтопровод

Рис. 7.13. Общий вид фрезерного землесоса

сновной принцип работы такого снаряда состоит в следующем. Землесос, оборудованный фрезой на конце рамы и грунтовыми насосами, выполняет разработку грунта, используя свайно-тросовую систему рабочих перемещений. Фреза отделяет грунт от дна и осуществляет принудительную передачу разрыхленного грунта в зону активного всасывания, откуда он увлекается потоком воды в приемное отверстие всасывающего грунтоприемника, расположенного в полости фрезы. Гидросмесь при помощи грунтовых насосов транспортируется по плавучему трубопроводу к месту укладки отвала грунта.

Отличительной особенностью грунтозаборного устройства свайно-якорного землесоса является наличие прочной металлической рамы, на верхнем поясе которой установлен валопровод механического разрыхлителя.

Нижний конец валопровода несет на своей консольной части механический разрыхлитель. Верхний конец валопровода соединяется через редуктор с двигателем разрыхлителя. Наклонная всасывающая труба размещается внутри рамы. Всасывание гидросмеси осуществляется грунтоприемником, зев которого расположен внутри фрезы разрыхлителя.

Для повышения эффективности грунтозабора и увеличения глубины всасывания на некоторых землесосах применяют погружной насос, установленный на раме. Погружные насосы обычно применяются в комбинации с одним или двумя грунтовыми насосами, расположенными в корпусе снаряда.

Для подъема и опускания грунтозаборного устройства на необходимую глубину нижняя часть рамы через рамоподъемный полиспаст подвешивается к порталу.

Для выполнения рабочих перемещений у фрезерных землесосов используются лишь два носовых боковых якоря и свайное устройство, которое установлено в кормовой оконечности корпуса снаряда (см. рис. 7.12). Свайное устройство той или иной конструкции с помощью погруженной в дно рабочей сваи фиксирует на месте соответствующую точку корпуса. Наматыванием и сматыванием канатов, закрепленных за якоря, достигается поворот земснаряда вокруг зафиксированной точки, вследствие которого грунтозаборное устройство перемещается по дуге окружности.

На современных свайно-якорных землесосах перекладку боковых якорей производят с помощью специальных грузовых стрел, установленных по бортам у носовой оконечности корпуса. Оперативные папильонажные канаты выведены через блоки, укрепленные на раме грунтозаборного устройства.

Для периодической перекладки каждого якоря к его головной части постоянно прикреплен подъемный канат, выведенный через стрелу от отдельной подъемной лебедки.

Технологические особенности разработки грунтов с применением механических разрыхлителей заключается в том, что первичное их отделение от дна осуществляется механическим разрыхлителем, а всасывание образовавшейся гидросмеси – всасывающим наконечником, совмещенным с рыхлителем в одном грунтозаборном узле.

Грунтозаборный узел с механическим разрыхлителем современного земснаряда состоит из режущего органа (фрезы) с приводом, всасывающего грунтоприемника и концевого участка рамы рыхлителя.

В настоящее время наибольшее применение получили фрезерные рыхлители. Это объясняется их простотой в конструктивном и эксплуатационном отношении и высокой эффективностью при разработке грунтов различных типов. В практике дноуглубления наиболее широко применяются нереверсивные фрезерные рыхлители. Они отличаются наличием ножей с односторонней режущей кромкой и поэтому они могут срезать грунт только при одном направлении вращения. Нереверсивные фрезы подразделяются на открытые, закрытые и отвальные (рис. 7.14).

Открытые фрезы отличаются наличием полностью или частично открытой лобовой части фрезы и состоят из ступицы, ножей, спиц, соединяющих ножи со ступицей, и опорного кольца, обеспечивающего пространственную жесткость. Закрытые фрезы отличаются наличием режущих элементов на всей поверхности их контакта с грунтом (в том числе и в лобовой части) и состоят из ступицы, криволинейных ножей и опорного кольца. Закрытые фрезы имеют переднее смыкание ножей на ступице. Отвальные фрезы отличаются от других фрезерных разрыхлителей наличием отвально-направляющих поверхностей, обеспечивающих принудительное перемещение грунта из области резания в область активного всасывания. Конструктивно они состоят из ступицы, отвалов и опорного кольца. В отвальных фрезах отсутствует переднее смыкание ножей (как в закрытых фрезах) и нет спиц (как в открытых), а отвально-направляющие поверхности сопрягаются непосредственно со ступицей.

Рис. 7.14. Примеры конструкций фрез:

а – фреза закрытого типа; б – фреза открытого типа;

в – отвальная фреза с зубьями