Определение мощности главного двигателя землесоса

Мощность на валу грунтового насоса определяется по формуле:

где: сумма напоров, расходуемых во всасывающем и напорном грунтопроводах землесоса;

общий КПД насоса;

объемный КПД;

гидравлический КПД, учитывающий потери энергии при движении воды внутри насоса (в рабочем колесе и корпусе);

механический КПД, учитывающий трение в подшипниках и сальнике насоса;

Полученное значение мощности на валу грунтового насоса вместе с числом оборотов служат основой для выбора двигателя. При этом выборе вводят также запас на случайные перегрузки.

В заключении строится схематический разрез в диаметральной плоскости рабочего колеса и корпуса насоса.

грунтовой насос черпаковый барабан

Всасывающий грунтопровод,

Применяемые на землесосах наконечники, прикрепляемые к концу всасывающей трубы, предназначены для всасывания грунта в процессе перемещения землесоса вдоль (по траншее) или поперек (в процессе папильонажа) углубляемого участка. В последнем случае наконечники могут быть приспособлены для всасывания грунта, отделяемого от дна водоема механическими разрыхлителями. Наконечники, предназначаемые для всасывания несвязных (песчаных) грунтов, иногда имеют гидравлические разрыхлители. Для предотвращения попадания в грунтовый насос больших камней, хвороста, топляков, обломков металла и других включений всасывающие отверстия наконечников защищают решетками или вертикальными колосниками. Как показала практика, для наилучшего захвата песчаных грунтов площадь поперечного сечения всасывающего отверстия в свету, т. е. за вычетом площади стержней решетки, должна быть такой, чтобы скорость движения воды в плоскости отверстия составляла около 2 м/сек. Траншейные наконечники имеют всасывающее отверстие с эллиптическим, щелевидным или круглым сечением. С уменьшением высоты всасывающего отверстия и увеличением его ширины улучшается чистота выработки (уменьшаются неровности дна), что особенно важно при работе землесосов на тонких слоях грунта. Чем больше высота всасывающего отверстия, тем толще должен быть слой удаляемого грунта для обеспечения максимально возможной производительности землесоса. Траншейные наконечники в плане имеют коническую форму (рис. 5). Чертеж наиболее распространенного наконечника Северного бассейнового управления пути помещен на рис. 5, а. Для создания однообразных условий всасывания по всей ширине наконечника ему придают выпуклую форму (рис. 5, б), имеющую в плане очертания окружности с радиусом, равным или меньшим длины наконечника. Выпуклые всасывающие поверхности наиболее соответствуют условиям грунтозабора, так как по краям всасывающего отверстия вследствие оползания откосов траншеи поступает больше грунта, чем по середине. Щелевидные наконечники, предназначенные для удаления тонких слоев грунта, имеют большое распространение на землесосах США. Их ширина достигает 11 м при высоте 0,40 м. Такие землесосы предназначены для выполнения транзитных работ на реках Миссисипи и Миссури. Папильонажные наконечники существующих конструкций обеспечивают меньшую производительность, чем траншейные вследствие подсасывания воды со стороны, противоположной направлению перемещения землесоса. Поэтому существующие папильонажные наконечники целесообразно применять там, где по грунтовым условиям невозможно или затруднительно заглубление всасывающего отверстия ниже требуемой глубины разработки углубляемого участка, а также при удалении тонких слоев грунта, когда при траншейной работе объем непроизводительно извлекаемого грунта в несколько раз превышает полезную (габаритную) кубатуру. В таких случаях при выполнении работ папильонажным наконечником может потребоваться меньшее время чем при траншейной работе. Рис. 5. Всасывающие наконечники: а — с плоским всасывающим отверстием; б — с выпуклым всасывающим отверстием Иногда применение траншейных наконечников недопустимо по условиям производства работ, например на участках, где должно быть обеспечено ровное дно. Для успешной работы папильонажных наконечников требуется равномерная загрузка грунтом всасывающего отверстия по его длине. Этому требованию лучше других отвечает папильонажный наконечник, изображенный на рис. 6, а. Он имеет вытянутое по направлению продольной оси землесоса всасывающее отверстие. С изменением глубины всасывания плоскость всасывающего отверстия, бывшая до этого горизонтальной, может занять наклонное положение. Это ухудшит чистоту выработки и снизит производительность землесоса. Поэтому при значительных изменениях глубины всасывания между всасывающим наконечником и трубой устанавливают колено, чтобы плоскость всасывающего отверстия сохраняла более или менее горизонтальное положение. Если землесос, работая папильонажем, в процессе извлечения грунта перемещается вниз по течению, то между наконечником и всасывающей трубой ставят колено, придающее наклон всасывающему отверстию в сторону перемещения снаряда (рис. 6, б) по длине прорези.   Рис. 6. Всасывающий наконечник для папильонажной работы: а — вверх по течению; б — для работы вниз по течению На папильонажных землесосах для возможности разработки связных грунтов и в целях улучшения всасываемости песчаных грунтов применяют разрыхлители. Механические разрыхлители устанавливают так, чтобы конец всасывающей трубы входил в полость разрыхлителя на величину, обеспечивающую всасывание отделяемого от дна грунта (рис. 7). Конструкции головок механических разрыхлителей (рис. 8) отличаются большим разнообразием, так как они зависят от свойств грунта, для которого разрыхлители предназначаются. Рис. 7. Схема захвата грунта механическим разрыхлителем На рис. 8, а дан разрыхлитель для работы на легких илистых грунтах, имеющий сравнительно легкие ножи, приваренные к ободу. Для глинистых грунтов предназначен разрыхлитель закрытого типа (см. рис. 8, б) с массивными лопастями и с большим углом резания; для удобства замены поврежденных ножей лопасти прикреплены к ободу на болтах. Для тяжелых глинистых грунтов иногда применяют разрыхлители открытого типа с массивными лопастями (рис. 8, в). Лопасти разрыхлителей, предназначаемых для работы на валунных и гравелистых грунтах (рис. 8, г), имеют съемные зубья. У разрыхлителей закрытого типа при работе на липких глинистых грунтах забиваются промежутки между ножами разрыхлителя и поступление грунта во всасывающую трубу ухудшается, а иногда и прекращается. У разрыхлителей открытого типа этот недостаток меньше. Углы резания, составляемые плоскостью ножей с поверхностью отделяемой стружки грунта, в зависимости от свойств последнего изменяются в пределах от 15 до 45°. При подаче землесоса вперед разрыхлители закрытого типа ввертываются в грунт, тогда как при открытых разрыхлителях происходит мятие грунта спицами втулки. Это увеличивает усилия, затрачиваемые на подачу землесоса по прорези, и осложняет всасывание грунта. Для улучшения всасывания грунта из полости разрыхлителя во внутрь его подают воду (по полому валу разрыхлителя).   Рис. 8. Фрезерные разрыхлители для грунтов: а — илистого; б, в — глинистого; г — каменистого Выбрасываемые под напором в сторону всасывающего отверстия струи воды облегчают всасывание грунта. Для предотвращения попадания в грунтопровод крупных камней и других включений всасывающее отверстие защищают решеткой или колосниками. Разрыхлители вращаются в одну сторону, поэтому при одном направлении папильонирования грунт режется ножами снизу вверх или «в подрез» (рис. 9, а), при обратном папильонажном ходе грунт режется сверху вниз или «в накат» (рис. 9, б). При резании снизу вверх получаются лучшие результаты, потому что в процессе вращения ножей разрыхлитель прижимается ко дну прорези. При резании сверху вниз разрыхлитель, попав на камень или на участок с плотным грунтом, может катиться по поверхности грунта. Вследствие этого при резании сверху вниз землесос имеет меньшую производительность, чем в первом случае. Вал разрыхлителя поддерживается подшипниками, устанавливаемыми на раме всасывающей трубы. К корпусу рама прикреплена шарнирно. Угол наклона рамы к горизонту изменяется в зависимости от глубины опускания всасывающей трубы. Рис. 9. Схема резания грунта: а — «в подрез»; б — «в накат» Механические разрыхлители приводятся в действие электродвигателями, устанавливаемыми обычно на раме разрыхлителя. Мощность двигателя разрыхлителя составляет от 25 до 50% мощности, потребляемой грунтовым насосом; скорость резания грунта 1,25—1,5 м/сек, что при диаметре разрыхлителя 2 м соответствует 12—14 об/мин. Кроме механических разрыхлителей, для песчаных грунтов применяют гидравлические разрыхлители, представляющие собой устройства выбрасывающие струи воды для разрыхления грунта, облегчения его всасывания и увеличения концентрации грунта в пульпе. Однако широкого применения эти разрыхлители на землесосах, работающих на внутренних водных путях не получили. Как на траншейных, так и на папильонажных землесосах грунтозаборные устройства должны обеспечивать однообразную глубину, после работы землесоса и подачу грунта в объеме, необходимом для высокопроизводительного использования грунтового насоса. На упомянутых выше землесосах США со щелевидными всасывающими наконечниками пульпа всасывается двумя трубами с литыми наконечниками, укрепленными на прочных широких рамах. Землесосы имеют мощные гидравлические разрыхлители. При часовой производительности землесоса на грунте 4500 м3/час подается до 3000 м3/час воды, т. е. около 10% от расхода пульпы. В процессе перемещения землесоса по траншее усилия в тросах достигают нескольких десятков тонн. Всасывающую трубу 1 (рис. 10) изготовляют из котельной стали толщиной от 6 до 15 мм, придавая ей круглое сечение. Она находится внутри фермы 2. При подъеме и опускании всасывающей трубы 1 ферма 2 скользит по направляющим 3, припаренным к корпусу в его прорезе. Усилия, передающиеся от конца всасывающей трубы, воспринимаются этими направляющими. Всасывающую трубу 1 соединяют с грунтопроводом корпуса стальным шаровым соединением 4 или гибким прорезиненным рукавом. Рис. 10. Грунтозаборное устройство: 1 — всасывающая труба; 2 — ферма; 3 — направляющие прореза корпуса; 4 — шаровое соединение; 5 — рамоподъемная станина; 6 — трос рамоподъемной лебедки; 7 — электромотор разрыхлителя; 8 — разрыхлитель Для производительной работы грунтового насоса необходима герметичность всасывающей части грунтопровода. Наиболее совершенным, не пропускающим воздух, является гибкое резиновое соединение из рукавов с металлической арматурой внутри. Принципиальная схема устройства такого соединения приведена на рис. 11. Рукав 1 соединен фланцами 2 со всасывающей трубой и с фланцем патрубка 3 грунтопровода корпуса. Для прочности в рукав вводят стальную спираль круглого сечения. Для того, чтобы верхняя часть всасывающей трубы воспринимала усилия, возникающие при работе землесоса, она прикреплена к корпусу (в прорезе) державками 4 с подвижными подшипниками. В подшипники 6 входят цапфы 5, прикрепленные к корпусу землесоса. Достоинством рассматриваемого соединения — постоянство поперечного сечения независимо от глубины извлечения грунта. Поэтому такое соединение оказывает меньшее, чем шаровое, сопротивление движению пульпы. Гибкие рукава, по сравнению с металлическими соединениями, обладают меньшим весом, дешевле и удобнее в эксплуатации. Рис. 11. Резиновое соединение всасывающей трубы: 1 — резиновый рукав со стальной спиралью; 2 — фланцы; 3 — патрубок корпусного трубопровода; 4 — державки; 5 — цапфы; 6 — подшипники Металлическое шаровое соединение состоит из неподвижной и подвижной частей. Принципиальная схема такого соединения приведена на рис. 12. Неподвижная часть 1, имеющая форму полушара, с ребрами жесткости 2 прикреплена фланцем 2 к фланцу 5 патрубка грунтопровода корпуса так, что между фланцами находится стенка корпуса 4. Неподвижная часть соединения прикреплена к стенкам прореза корпуса, усиленному накладками 6. Подвижная часть соединения 7, представляющая собой поверхность шара, входит в неподвижную шаровую часть. В горизонтальной плоскости, проходящей через центр вращения, подвижной части, имеются кронштейны 8 с подшипниками 9, охватывающими цапфы 10, относительно которых поворачивается подвижная шаровая часть, соединяемая фланцами со всасывающей трубой 11. Для предотвращения просасывания воздуха между шаровыми поверхностями имеется уплотнение в виде кожаного манжета, сальника, резиновой пустотелой камеры (надуваемой воздухом) и др. При подъеме и опускании всасывающей трубы шаровые поверхности скользят одна по другой. Шаровое соединение периодически осматривают, устраняя обнаруживаемые прососы воздуха. Корпусный грунтопровод подводит грунтовую смесь от гибкого соединения всасывающей трубы до входного отверстия грунтового насоса. Корпусный всасывающий грунтопровод обычно состоит из сальника и трубы. Сальник предназначен для амортизации усилий, возникающих во всасывающей трубе при работе землесоса, чтобы эти усилия не нарушали нормальную работу главного двигателя. Напорная часть корпусного грунтопровода начинается от выкидного патрубка грунтового насоса и заканчивается в месте присоединения к ней плавучего грунтопровода. На современных землесосах напорный грунтопровод проходит над палубной надстройкой (см. рис. 2). Около выкидного патрубка грунтового насоса грунтопровод вертикален; над надстройкой он горизонтален, а в кормовой части землесоса плавно опускается, заканчиваясь патрубком, к которому присоединяют плавучий грунтопровод.   Рис. 12. Металлическое шаровое соединение: 1 — неподвижная часть; 2 — ребра жесткости; 3 — фланец соединения; 4 — стенка корпуса; 5 — фланец корпусного патрубка; 6 — накладки стенки прореза корпуса; 7 — подвижная часть соединения; 8 — кронштейны; 9 — подшипники; 10 — цапфы; 11 — всасывающая Плавучую часть грунтопровода для увеличения угла поворота присоединяют к патрубку корпуса двумя металлическими шаровыми соединениями (рис. 13). Конструкции соединений аналогичны тем, которые устанавливают между отдельными трубами плавучего грунтопровода. Существуют и другие конструкции рассматриваемого соединения. Плавучая часть грунтопровода состоит из труб, уложенных на понтонах в виде спаренных цилиндров, шарнирно соединенных между собой. Отдельные звенья грунтопровода соединяют гибкими устройствами. Звено плавучего грунтопровода показано на рис. 14. Грунтовые трубы 10 — сварные или клепанные из листовой стали толщиной 4—5 мм. Для прикрепления гибких соединений к концам труб приваривают фланцы, соединяемые с фланцами 2 шаровых соединений 11. Для очистки грунтопровода от грунта и камней предназначены люки 6 с крышками, удерживаемыми болтами или барашками. Под люковыми крышками имеются резиновые прокладки. Трубы укладывают на спаренные понтоны 1, соединенные дышлами 3, усиленными угольниками. Для откачки воды из понтонов и окраски их внутренней поверхности установлены люки 8, закрываемые крышками на болтах. Грунтовые трубы кладут на подушки, прикрепляя их стальными хомутами, которые стягивают болтами. Смежные понтоны соединяют между собой штырями 4, пропускаемыми через отверстия в дышлах 3, прикрепленных к понтонам между бочками. Для предотвращения чрезмерно крутых поворотов, при которых могут повреждаться гибкие соединения, устанавливают цепи, присоединяемые по бокам понтонов к уголкам 5. Рис. 13. Соединение плавучего и корпусного грунтопроводов Между грунтовыми трубами устанавливают резиновые или металлические гибкие соединения. У землесосов небольшой производительности резиновое соединение изготовляют из транспортерной прорезиненной ленты, соединяя край ленты по длине рукава алюминиевыми заклепками. Снаружи рукава защищают стальной сеткой и хомутами. Для соединения с грунтовыми трубами с обоих концов рукава установлены фланцы, между которыми для водонепроницаемости вводят резиновые прокладки толщиной 3—4 мм; фланцы стягивают болтами. Рис. 14. Звено плавучего грунтопровода: 1 – понтоны; 2 – фланцы; 3 – дышло; 4 – штырь; 5 – угольник предохранительной цепи; 6 – люк трубопровода; 7 – ходовой мостик; 8 – люк понтона; 9 – кронштейн осветительной сети; 10 – грунтовая труба; 11 – шаровое соединение В резиновых рукавах, изготовляемых на заводах, введена металлическая арматура. Толщина стенок рукава 12—22 мм. Металлические сетки и хомуты на такие рукава не ставят, так как спираль придает рукавам достаточную прочность. Плавучий грунтопровод с резиновыми рукавами обладает большей гибкостью, чем грунтопровод с металлическими соединениями. Углы поворота между отдельными звеньями грунтопровода достигают 45°, в то время как при металлических соединениях эти углы не превышают 20—25°. Металлическое шаровое соединение (рис. 15) устроено так же, как и соединение всасывающей трубы с патрубком корпуса. Оно состоит из внутренней и охватывающей ее наружной шаровых поверхностей, соединенных с ободом по принципу шарнира Гука четырьмя болтами, расположенными попарно в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Рис. 15. Шаровое соединение плавучего грунтопровода: а — общий вид; б — разрез: 1 — внутренняя часть соединения; 2 — наружная часть соединения; 3 — болты; 4 — обод; 5 — резиновая прокладка На конце плавучего грунтопровода для закрепления его на месте укладки грунта и перемещения в процессе работы снаряда устроена площадка, оборудованная лебедками (рис. 16, а), роликами и кнехтами. Лебедки электрифицированные, а приведение их в действие централизовано на посту управления землесосом. В средней части грунтопровода 2—3 понтона оборудованы площадками со шпилями (рис. 16, б) и кнехтами. На этих площадках закрепляют концы тросов, идущих от якорей, завозимых при ветреной погоде, при работе в стоячей воде и т. п., что необходимо для удержания грунтопровода в требуемом положении. Ширина колышки плавучего грунтопровода (рис. 17) зависит от длины отдельных звеньев и угла поворота гибких соединений. Рис. 16. Площадка плавучего грунтопровода: а - концевая площадка: 1 — пост управления с телефоном; 2 — двухбарабанная лебедка; б — промежуточная площадка со шпилем Наименьшая ширина колышки определяется по формуле где - длина звена грунтопровода (между осями гибких соединений); — габаритная ширина понтона; — наибольший возможный угол поворота двух смежных звеньев плавучего грунтопровода. Например, при длине звена грунтопровода м, ширине понтона м и угле поворота ширина колышки м. Увеличение гибкости плавучего грунтопровода достигается двойными гибкими соединениями, устанавливаемыми в средней части колышки через два или через каждое звено грунтопровода (в зависимости от величины колышки). На грунтопроводах с двойными соединениями между дышлами понтонов помещают стальные планки длиной, равной длине одного рукава или шарового соединения. Цепи в таких случаях между понтонами убирают. Рис. 17. Схема для определения ширины колышки Парные резиновые соединения увеличивают угол между звеньями грунтопровода до 85—90°. При рефулировании грунта за какие-либо ограждения, для увеличения высоты отвала грунта и при подаче его на берег применяют разливной понтон (рис. 18), закрепляемый у берега. К концу поднятой грунтовой трубы гибким рукавом присоединяют первое звено берегового грунтопровода. Последний состоит из труб длиной от 4 до 7 м, соединяемых между собой фланцами с прокладками. Береговые трубы для уменьшения их веса изготовляют из листовой стали толщиной до 2 мм, из фанеры или синтетических материалов. В местах поворота устанавливают изогнутые стальные патрубки или резиновые рукава. Для сокращения простоев земснаряда, связанных с перекладкой берегового грунтопровода, в него вводят тройники с поворотными клапанами. При помощи таких тройников пульпу переключают из одной ветви грунтопровода в другую. Для увеличения расстояния рефулирования грунта на конце плавучего грунтопровода устанавливают насадки (рис. 19). Такие насадки дают возможность перебрасывать пульпу через сухие пески Рис. 18. Разливной понтон Для укладки грунта в непосредственной близости от кромки прорези применяют подвесной грунтопровод (рис. 20), который составляет прямой угол с бортом земснаряда. Рис. 19. Гидромониторная насадка Для устройства подвесного грунтопровода может быть использована баржа, устанавливаемая в кильватер со снарядом. От кормы земснаряда грунтопровод выводят на эстакаду баржи, где его поворачивают в сторону под углом 90° к борту баржи. Рис. 20. Воздушный грунтопровод Между снарядом и баржей можно включать звенья плавучего грунтопровода; баржа в таких случаях как бы превращается в разливной понтон.