Исходные данные
Производительность землесоса по грунту:
Длина плавучей части напорного грунтопровода:
Тип грунта: песок.
Расходная консистенция смеси по грунту с порами:
Необходимо определить:
-расход водогрунтовой смеси;
-диаметры напорного и всасывающего грунтопроводов;
-потребный напор при работе землесоса на смеси;
-основные размеры грунтового насоса;
-мощность главного двигателя.
Определение расхода смеси
Расходная консистенции смеси по пористому грунту принимается равной 15 %. Отсюда расход смеси находится по формуле:
Определение диаметра напорного грунтопровода
Диаметр напорного грунтопровода находится из условия критической скорости движения смеси, то есть скорости, отвечающей началу выпадения твердых частиц из воды. Ориентировочное значение этой скорости при консистенции определяется по эмпирической формуле:
Далее при расчете технологии гидротранспорта значение критической скорости уточняется с учетом принятого значения диаметра напорного трубопровода и крупности частиц грунта.
Формула для определения диаметра напорного трубопровода имеет вид:
Полученное значение округляем до ближайшего стандартного значения по ГОСТу в меньшую сторону и принимаем
Определение диаметра всасывающего грунтопровода
С целью уменьшения средней скорости движения гидросмеси во всасывающем грунтопроводе диаметр последнего делают на 10% больше, чем диаметр напорного грунтопровода, то есть:. Это делают, чтобы предотвратить развитие в насосе явления кавитации и уменьшить потери на трение во всасывающей части грунтопровода. Увеличение диаметра на 10 % приводит к уменьшению средней скорости гидросмеси на 21%. Полученное значение диаметра всасывающего грунтопровода не округляется.
Землесос изображен на рис.1
Определение напора
Напор - количество энергии, которое передает рабочее колесо одному килограмму жидкости, выраженное в метрах водяного столба. Полный напор, развиваемый грунтовым насосом при работе на смеси, определяется равенством:
Где атмосферное давление;
давление на входе в насос;
давление в выходном патрубке насоса;
ускорение свободного падения;
плотность смеси;
плотность частиц грунта;
плотность воды;
объемная действительная консистенция смеси.
Известно, что расходная консистенция меньше действительной и разность между ними возрастает по мере приближения скорости смеси к критической. Чтобы иметь запас в мощности двигателя, напор, который подставляется в формулу мощности, вычисляется при наибольшей встречающейся в практике консистенции смеси. Этой расходной консистенции по пористому грунту при отношении отвечает относительная плотность смеси. Далее будем использовать последнюю величину в расчетах напора, развиваемого насосом, и при определении мощности двигателя. Напор, расходуемый в напорном грунтопроводе, складывается из трех частей:
1) работа по подъему смеси от оси насоса до центра выходного отверстия грунтопровода;
2) потери энергии по длине грунтопровода;
3) потери энергии в местных сопротивлениях грунтопровода.
Расчетная формула имеет вид:
Где геодезический подъем.
Высота подъема возрастает с диаметром напорного грунтопровода: принимаем. Потери энергии по длине при работе на воде определяются по формуле Дарси, а при работе на смеси они увеличиваются пропорционально плотности смеси:
Где коэффициент трении;
скорость смеси в напорном грунтопроводе:
общая длина напорного грунтопровода;
длина плавучей части грунтопровода;
длина корпусной части грунтопровода;
диаметр напорного грунтопровода;
коэффициент гидравлического трения.
Для определения коэффициента гидравлического трения необходимо знать режим сопротивления, которых четыре:
1. сопротивление при ламинарном движении жидкости (потери напора зависят главным образом от физических свойств жидкости, то есть от плотности и вязкости жидкости);
2. режим гидравлически гладких труб (здесь вязкий ламинарный подслой перекрывает шероховатость труб; потери напора зависят главным образом от свойств жидкости);
3. переходный режим (потери зависят от высоты выступа шероховатости и от свойств жидкости);
4. режим гидравлически шероховатых труб (потери зависят от высоты выступа шероховатости).
Грунтопроводы землесосов отшлифованы. Средняя высота выступов шероховатости невелика:. Поэтому они работают главным образом в режиме гидравлически гладких труб. Для определения можно воспользоваться упрощенной формулой А.Д. Альтшуля:
Где средняя высота выступов шероховатости
диаметр напорного грунтопровода;
кинематический коэффициент вязкости воды, при температуре 10 Со.
Местные потери находятся по формуле:
Где сумма коэффициентов местных сопротивлений в корпусной части грунтопровода, сосредоточенных в трех изгибах напорного грунтопровода (коленах);
число шаровых соединений в корпусной части грунтопровода, вычисляемое по выражению:
длина секции грунтопровода, которую находят по зависимости:
коэффициент сопротивления одного шарового соединения;
местные сопротивления в шаровых соединениях;
коэффициент сопротивления на выходе потока из трубы.
Полный напор, расходуемый в напорном грунтопроводе, получается равным:
Полный напор, расходуемый во всасывающем грунтопроводе, складывается из следующих частей:
1) работа по подъему твердых частиц от дна водоема до свободной поверхности воды
Где ТС=6м - глубина опускания всасывающей трубы;
2) работа по подъему смеси от свободной поверхности воды до центра насоса:
возвышение центра насоса над уровнем воды;
3) потери энергии на трение, определяемые в следующей последовательности:
а) средняя скорость движения воды во всасывающем грунтопроводе:
б) длина всасывающего грунтопровода:
в) число Рейнольдса:
г) коэффициент трения:
д) потери энергии на трение
4) местные потери энергии, которые состоят из:
а) потерь в щели всасывания, то есть в стесненном пространстве между зевом наконечника и откосом грунта:,
б)потерь на входе в трубу:
где
в) потерь в шаровом соединении наклонной части грунтопровода с его горизонтальной частью:
Где коэффициент сопротивления одного шарового соединения
Полный напор, расходуемый во всасывающем грунтопроводе, выражается равенством:
Следовательно, потребный напор при работе землесоса на смеси равен:
