Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов). 1 Лекция № 5. ЗЕМЛЕСОСНЫЕ СНАРЯДЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ. РАСПОЛОЖЕНИЕ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ЗЕМЛЕСОСАХ Достаточно часто подводные добычные работы выполняются в специфических условиях (особо малая производительность, большая глубина добычи и т.п.) земснарядами специального назначения. Цель настоящей лекции – изучить общую классификацию, назначение, рациональные области применения и устройство землесосных снарядов специального назначения и основные принципы размещения основного оборудования на землесосе. В результате изучения материала этой лекции студенты должны знать: общую классификацию, назначение, рациональные области применения и устройство землесосных снарядов специального назначения; возможные схемы и их особенности размещения основного оборудования на землесосе; уметь: по горно-геологическим условиям выбирать рациональный тип и параметры землесосных снарядов специального назначения; обоснованно назначать тип и место расположения основных элементов землесосов. Общие сведения по землесосным снарядам специального назначения Расширение области применения гидромеханизации и подводных добычных работ, усложнение характера работ, выполняемых этим способом, приводит к тому, что землесосные снаряды общего назначения иногда не могут обеспечить достаточной эффективности производства работ. В ряде случаев эти снаряды оказываются даже полностью неспособными выполнить тот или иной вид работ. Такие работы выполняются землесосными снарядами специального назначения. Специальные землесосные снаряды предназначены для работы в грунтовых условиях, резко отличающихся от средних условий, или при геометрических характеристиках выемки, также сильно отличающихся от средних условий, на которые рассчитываются землесосные снаряды общего назначения. Эффективность снарядов общего назначения в сильно налипающих грунтах, в тяжелых глинах, в сцементированных обломочных грунтах, в грунтах, содержащих более 50% гравийно-галечных грунтов и т. п. настолько падает, что применение их делается нерентабельным. Также нерентабельным может оказаться применение обычных снарядов в легких илистых грунтах. Во всех подобных случаях требуется применение специальных землесосных снарядов. Интенсивность грунтозабора резко падает с увеличением глубины разработки. Для обычных снарядов эта глубина, как правило, не превышает 1518 м. В практике же часто возникает необходимость разработки грунтов на значительно больших (иногда в несколько раз) глубинах. В этих случаях применяются специальные глубинные снаряды. Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов). 2 При строительстве каналов непроизводительные простои увеличиваются за счет частых переключений плавучего пульповода к береговым коммуникациям. Специальные землесосные снаряды могут оборудоваться подвесными пульповодами, что полностью исключает эти простои, составляющие до 50% всех простоев. Ширина всевозможных ирригационных каналов, а также каналов для водоснабжения тепловых электростанций и пр., определяемая гидравлическими расчетами, часто значительно меньше той минимальной ширины прорези, которая может быть разработана землесосными снарядами общего назначения. Каналы эти нередко пролегают в болотистой местности или аналогичных условиях, затрудняющих или даже исключающих возможность применения экскаваторов. Применение же обычных землесосных снарядов приводит к огромным неделовым переборам. Известны примеры, когда объем сделанной прорези в 2 раза и более превышает действительно необходимый. Разработаны специальные землесосные снаряды для разработки узких прорезей. Эти снаряды позволяют строить каналы действительно необходимого сечения и таким образом дают значительный технико-экономический эффект. Землесосные снаряды для разработки тяжелых грунтов Землесосный снаряд 350-50Т. С 1962 г. на Рыбинском заводе гидромеханизации начато строительство снарядов марки 350-50Т для разработки тяжелых грунтов (рис. 1). Корпус снаряда секционно-сварной конструкции. Землесосный снаряд 350-50Т оборудован напорным свайным ходом. На мощной раме в зависимости от характера грунтов, подлежащих разработке, могут устанавливаться два различных типа грунтозаборных устройств: фрезерное и ковшовое («лопата») системы Б. М. Шкундина. Основные отличия специального землесосного снаряда 350-50Т от снарядов общего назначения: • наличие сменных грунтозаборных устройств; • наличие напорного свайного хода вместо свайного хода в неподвижных направляющих; • увеличена почти в 3 раза мощность привода фрезерного разрыхлителя (320 кВт вместо 115 кВт на снаряде 300-40, окружное усилие на фрезе может достигать 20 тс вместо 7 тс); • каркас надстройки участвует в работе корпуса в целом; • глубина разработки составляет 18 м (максимальная) вместо 11 м у снаряда 300-40. К снаряду может быть изготовлена укороченная рама для разработки грунтов на глубине до 11 м или секционная рама, позволяющая вести разработку на глубине от 9 до 15 м; • полная масса землесосного снаряда возросла до 468 т; • все коммуникации допускают работу на сильноабразивных грунтах. Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов). 3 Рис. 1. Землесосный снаряд 350-50Т. 1 - корпус; 2 - суперструктура; суперструктура 3 - надстройка; 4 - грунтозаборное тозаборное устройство; 5 стрела для подвески грунтозаборного устройства; 6 - аппарат напорного свайного хода; 7 -прикольная свая свая; 8 - всасывающий и напорные трубопроводы трубопроводы; 9 главный агрегат; 10 - насосы технического водоснабжения; 11 - кран-балка; 12 электрические распределительные устройства Землесосные снаряды для разработки грунтов на больших глубинах (глубинные снаряды) Предельная глубина разработки грунтов при помощи землесосных снарядов общего назначения значения лимитируется всасывающей способностью грунтовых насосов и составляет 17 - 18 м. При больших глубинах разработки потери напора во всасывающей линии возрастают настолько, что работа снаряда становится малоэффективной малоэффективной. В горном деле и в крупном гидротехническом строительстве строительст нередко целесообразно или даже необходимо разрабатывать грунты на больших глубинах. Необходимость разработки грунтов на больших глубинах (больше 18 м) часто возникает при добыче песчано-гравийных материалов риалов. Известны два основных способа увеличения предельной глубины разработки грунта землесосными снарядами: путем погружения грунтового насоса ниже уровня воды в рабочем водоеме или применением эжектирования во всасывающей линии. Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов). 4 Землесосный снаряд типа 500-70Гл (построен строен по проекту, разработанному институтом «Гидропроект», киевским заводом «Ленинская Кузница»). Снаряд рассчитан на разработку грунтов на глубине до 45 м. Продольный разрез и план землесосного снаряда 500-70Гл показаны на рис. 2. Рис. 2. Землесосный снаряд 500-70Гл а - продольный разрез; б - схема работы на разных глубинах. Землесосный снаряд рассчитан на разработку различных грунтов до плотных глин включительно включительно. Производительность снаряда в тяжелых грунтах составляет 400-500 м3/ч и в средних неслежавшихся гравийно гравийно-песчаных грунтах 3 1000 м /ч грунта. Земснаряд смонтирован на одном кормовом 1 и двух носовых понтонах 2, объединенных в одно целое продольной фермой 3, воспринимающей принимающей все основные внешние нагруз нагрузки. В носовой части фермы смонтированы блоки полиспаста 4 для подъема и опускания грунтозаборного устройства. устройства Рама 5 грунтозаборного устройства крепится на кормовом понтоне. Рама имеет длину 62 м и состоит из двух шарнирно соединенных ненных между собой частей. Для работы на нормальных глубинах (4-18 м) верхняя частьь рамы закрепляется в горизонтальном положении нии и поворот грунтозаборного устройства при работе происходит в промежуточном точном шарнире 6. Для работы на больших глубинах промежуточный шарнир запирается накладками и рама грунтозаборного устройства поворачиваетс поворачивается как одно целое в шарнире кормового понтона. Эта особенность землесосного сосного снаряда 500-70Гл создает существенные преимущества при работе в забоях большой мощности, так как позволяет эффективно вести послойную разработку. Привод фрезерного ного разрыхлителя 7 смонтирован в нижней части рамы; электродвигатель расположен в герметической камере. Кожух редуктора также герметичен герметичен. Редуктор двухскоростной и обеспечивает фрезе две скорости вращения 12 и 20 об/мин. Мощность электродвигателя разрыхлителя 400 кВт. Гибкие соединения на всасывающей трубе выполнены из резиновых шлангов. Грунтовый насос 8 первой ступени вместе с электродвигателем электродви смонтирован в герметической капсуле, встроенной в верхнюю часть рамы Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов). 5 грунтозаборного устройства. Капсула специальным ходом сообщается с палубой кормового понтона, так что в случае необходимости в камеру можно проникнуть, не открывая лаза. При работе на полной глубине центр рабочего колеса грунтового насоса погружен в воду на 15 м, чем с избытком компенсируется превышение принятой глубины разработки грунта над нормальной. Грунтовый насос 9 второй ступени установлен на палубе кормового понтона. При небольшой дальности подачи грунтовый насос первой ступени подает пульпу непосредственно в напорный пульповод. Землесосный снаряд запроектирован со свайным папильонированием. Свайные направляющие 10 закреплены на специальной вертикальной ферме, которая в свою очередь может подниматься и опускаться в специальных направляющих. Земснаряд может работать и на тросах. Глубинный землесосный снаряд 500-40Гл. Землесосный снаряд 500-40Гл (рис. 3) имеет следующие габаритные размеры корпуса: длина 38 м, ширина 12,3 м, высота борта 2,4 м, осадка с полным грузом 1,2 м. Водоизмещение снаряда 320 т. Грунтовый насос 1, устанавливаемый на раме, открыт, что облегчает его обслуживание. Электрический двигатель грунтового насоса 2 вынесен выше уровня воды и соединен с последним валопроводом соответствующей длины. Корпус 3 этого снаряда длиной 38 м имеет вырез длиной 29,5, м, т. е. может быть отнесен к типу «катамаран». В передней части имеется мощный портал 5, на котором установлена будка багермейстера. К этому же порталу подвешены полиспасты для подъема грунтозаборного устройства. Рис. 3. Землесосный снаряд 500-40Гл Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов). 6 Землесосный снаряд рассчитан на разработку песчано-гравийных грунтов на глубине до 30 м, что достигается при длине грунтозаборного устройства 4, равной 44,5 м (от центра вращения) и угле наклона в 45°. Грунтовый насос 1 установлен на раме так, что при работе на максимальной глубине ось его рабочего колеса заглублена на 6 м ниже уровня воды. Для обеспечения часовой производительности в 500 м3/ч при концентрации пульпы 1:4-1:5 выбран грунтовый насос 16Гру-8л с электродвигателем 750 кВт. Учитывая, что грунтовый насос должен работать в подводном положении, в конструкцию его подшипников внесены некоторые изменения. Применены резиновые уплотнительные манжеты, которые должны препятствовать вытеканию смазки из подшипников и попаданию воды в подшипники. Кроме того, предусмотрена возможность раздельной подачи смазки в левую и правую полости подшипника. Подшипники защищены от воды резиновыми манжетами. Ко всем подшипникам обеспечена раздельная подача густой смазки по трубкам 6 от специального многоплунжерного насоса 7. Землесосный снаряд 500-40Гл может быть вооружен ковшовым грунтозаборным устройством или наконечником для непосредственного всасывания. Снаряд не имеет свайного хода и для рабочих перемещений оборудован шестью лебедками с тяговым усилием по 10 тс при скорости троса 8,85 м/мин. Мощность привода лебедки 17 кВт (каждой). Две из этих лебедок для передних боковых тросов установлены непосредственно на раме грунтозаборного устройства, но могут быть размещены и на палубе. Две такие же лебедки служат для подъема и опускания рамы. Для производства ремонтно-монтажных работ на землесосном снаряде запроектирован полноповоротный кран грузоподъемностью в 12 т. Общая установленная мощность двигателей на снаряде составляет 960 кВт. Описанный землесосный снаряд запроектирован специально для добычи песчано-гравийной смеси и подачи ее на плавучее обогатительное устройство через плавучий пульповод. Глубинный землесосный снаряд «Венсерпольдер» (Нидерланды). Этот снаряд (рис. 4) в основном аналогичен описанному выше землесосному снаряду 600-70Гл. Предназначается для разработки песчаных грунтов на глубине до 40 м. Судно имеет длинный корпус с очень большим вырезом для рамы грунтозаборного устройства. Вдоль всего корпуса расположена рамная конструкция, по которой проложены пути мостового крана. Рубка управления расположена на передней части этой рамы. На снаряде предусмотрена еще одна изолированная рубка, в которой дублируются все приборы, позволяющие следить за режимом работы снаряда. Длина землесосного снаряда с опущенной рамой 60 ж, ширина 11,50 м, высота борта 4,20 ж, осадка 2,60 м. Диаметр всасывающего трубопровода 650 мм, напорного 678 мм. Общая установленная мощность 6 740 л. с. Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов). 7 Рис. 4. Глубинный землесосный снаряд "Венсерпольдер" На снаряде установлены три грунтовых насоса. Первый насос расположен на раме грунтозаборного устройства в герметичной капсуле. Он агрегирован с электродвигателем постоянного тока мощностью 600 л. с. Частота вращения двигателя 1 000 об/мин; он соединен с грунтовым насосом через редуктор. Два грунтовых насоса, установленных в корпусе снаряда, приводятся во вращение через магнитные муфты и редукторы дизелями мощностью по 2 350 л. с. при частоте вращения 1 100 об/мин. Для питания электродвигателя первого насоса, а также большого комплекса вспомогательных насосов и другого оборудования, на землесосном снаряде установлено несколько электрогенераторов с дизельным приводом. Управление всеми устройствами дистанционное, из общей рубки. На снаряде имеется ряд противоаварийных автоматически действующих устройств. Основные отличия специальных глубинных землесосных снарядов от снарядов общего назначения: • размещение основного грунтового насоса ниже ватерлинии (на грунтозаборной раме или непосредственно возле всаса); • применение двух – трех грунтовых насосов; • при установке основного грунтового насоса на корпусе земснаряде применение эжектора на всасывающей линии; • использование корпуса "катамаран" или трех разнесенных понтонов корпуса, причем шарнир грунтозаборной рамы крепится на заднем понтоне, а рамоподъемное устройство размещается на передних понтонах; • специальные конструктивные решения по исполнениям погружных насосов, редукторов и приводных двигателей; • передние папильонажные лебедки зачастую запасованы непосредственно на нижнюю часть грунтозаборной рамы. Землесосные снаряды для разработки узких прорезей Землесосный снаряд типа 300-40УП (рис. 5). Его основной отличительной особенностью является система рабочих перемещений грунтозаборного устройства, которая и обеспечивает возможность разработки узких прорезей. Грунтозаборное устройство 2 шарнирно подвешено к Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов). 8 поворотному кругу, смонтированному в носовой части корпуса 1, и при помощи лебедок 4 может поворачиваться вокруг вертикальной оси на угол 110° в обе стороны от диаметральной плоскости (ДП). Лебедки, имеющие тяговое усилие 15 тс, работают от электродвигателя постоянного тока, благодаря чему достигается широкое и плавное регулирование рабочих скоростей. Реактивный момент, возникающий при поворотах грунтозаборного устройства, воспринимается прикольными сваями 3, смонтированными в носовой части снаряда, и напорной сваей. Подача снаряда вперед по прорези осуществляется напорным свайным ходом 5. Прикольные сваи запроектированы с принудительно регулируемой посадкой; напорная - свободно падающая с фрикционным захватом для подъема. Максимальная реакция прикольных свай с учетом ветра принята 7 т, напорной 10 тс. Передвижение копра напорного свайного хода осуществляется при помощи двухходовых винтов. Ход напорной сваи принят равным 2,5 м. При разработке широких прорезей хвостовая часть поворотного круга грунтозаборного устройства стопорится. После соответствующей перепасовки тросов и закладки якорей появляется возможность осуществлять рабочие перемещения снаряда подобно обычным землесосным снарядам с напорным свайным ходом. Грунтовый насос 6 марки 20Р-11 установлен в трюме. Рис. 5. Землесосный снаряд типа 300-40УП Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов). 9 На снаряде оригинально решено устройство для подъема и опускания рамы грунтозаборного устройства: рамоподъемная лебедка 9 установлена на поворотном круге и блоки рамоподъемного полиспаста закреплены не в районе фрезы, как это делается обычно, а в хвостовой части рамы. Отпала необходимость в рамоподъемной стреле, все устройство получилось компактным и простым в обслуживании. Для эксплуатационного обслуживания механизмов снаряда предусмотрена установка двух кранов 7, 8 грузоподъемностью 5 и 3 т. Кран 7 может быть использован при работе снаряда на подвесной пульповод длиной до 30 м. Землесосный снаряд МЗ-7 специально предназначен для мелиоративных работ. Он рассчитан на производительность 100 м3/ч в грунтах III и IV групп. Главной отличительной особенностью этого снаряда является безъякорная система рабочих перемещений, благодаря которой он может разрабатывать узкие прорези. Корпус землесосного снаряда имеет сборноразборную конструкцию, допускающую перевозку как железнодорожным, так и автомобильным транспортом, и состоит из основной секции катамаранного типа и соединенной с ней вертикальным шарниром носовой секции, к которой подвешено грунтозаборное устройство. На палубе основной секции корпуса установлен дизель-генератор переменного тока мощностью 200 кВт, от которого питаются двигатели грунтового насоса и вспомогательного водоснабжения. Все остальные механизмы приводятся в действие по схеме электродвигатель — гидронасос — гидроцилиндр или гидродвигатель (привод фрезы). При наличии береговых источников электроэнергии все электроприемники, смонтированные на землесосном снаряде, могут быть переключены на береговое питание. Кроме того, на основной секции установлены механизмы рабочих перемещений, пульпомет, кормовой кран для ремонтных работ и рубка багермейстера. Трюмы основной секции используются как топливные баки. В трюме носовой секции установлены: грунтовый насос типа 10Гру-8л с асинхронным электродвигателем мощностью 125 кВт, насос вспомогательного водоснабжения и гидронасосы привода разрыхлителя и подъема рамы грунтозаборного устройства. На палубе носового понтона также установлен кран для ремонтных работ. Грунтозаборное устройство оборудовано фрезой плужного типа (средний диаметр 1 100 мм). Привод фрезы осуществляется двумя гидродвигателями типа ГМВ-1, работающими от насоса, имеющего переменную подачу, Н100-2л мощностью 40 кВт. Частота вращения фрезы может изменяться от 3 до 40 об/мин. Суммарный момент гидродвигателей 640 кгс*м при давлении в системе 160 кгс/см2. Рама грунтозаборного устройства запроектирована пустотелой, герметичной, что несколько облегчает ее подъем и дифферентовку землесосного снаряда. Снаряд оборудован четырехсвайным напорным устройством, обеспечивающим надежную фиксацию снаряда в нужной точке прорези и подачу снаряда вперед. Подъем и опускание свай производится гидроцилиндрами. Рабочие перемещения грунтозаборного устройства обеспечиваются поворотами носовой секции при помощи двух гидравлических цилиндров вокруг Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов). 10 вертикального шарнира относительно неподвижно закрепленной на четырех сваях основной секции. Подъем и опускание рамы грунтозаборного устройства выполняется четырьмя гидравлическими цилиндрами, сблокированными в две нары. Цилиндры оборудованы гидрозамками, позволяющими фиксировать грунтозаборное устройство на заданной глубине и таким образом препятствующими выкатыванию фрезы при работе в «накат». Подача разработанного грунта на берег может осуществляться как по плавучему пульповоду, так и через пульпомет. Управление всеми устройствами землесосного снаряда ручное дистанционное и сосредоточено в рубке багермейстера. Снаряд оборудован водометно-рулевым движителем, работающим от грунтового насоса. Этот движитель обеспечивает холостые переходы землесосного снаряда со скоростью до 10 км/ч. Основные отличия специальных землесосных снарядов для разработки узких прорезей от снарядов общего назначения: • применение поворотной грунтозаборной рамы; • использование напорного свайного хода; • для малых землесосов – использование якорных лебедок с закреплением на береговых объектах (деревья, столбы). Разборные землесосные снаряды Для производства землесосных работ в пунктах, не имеющих водных путей сообщения, необходимы разборные землесосные снаряды, масса и габариты отдельных элементов которых допускают перевозку их по суше. Разборные землесосные снаряды получили большое распространение. Нидерланды и США изготовляют снаряды с диаметром всасывающей трубы до 400 - 500 мм преимущественно сборно-разборной конструкции, позволяющей осуществлять передислокацию их по железной дороге или на автомашинах. Крупнейшая голландская судостроительная фирма IHC выпускает разборные землесосные снаряды типа «Beaver» (рис. 6) с диаметрами всасывающего патрубка грунтового насоса от 150 до 400 мм и корпусами, состоящими из пяти понтонов (одного главного и четырех боковых). Главный понтон трюмного типа, в нем установлены грунтовый насос с дизельным приводом и вспомогательные насосы. К главному понтону крепятся рубка управления и рама грунтозаборного устройства. Боковые понтоны служат для обеспечения землесосному снаряду плавучести, в них устраиваются балластные и топливные отсеки, а на палубе устанавливаются папильонажные лебедки. Все понтоны имеют самостоятельную плавучесть и остойчивость, что позволяет сборку снаряда вести на плаву. Соединение в подводной части осуществляется при помощи специальных крюков и в надводной — стяжными болтами. На разборку или сборку такого снаряда требуются всего сутки. В США только самые крупные, изготовляемые штучно землесосные; снаряды, предназначаемые для конкретных объектов, продолжают строить на Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов). 11 Рис. 6. Разборной землесосный снаряд «Beaver 50» фирмы IHC (Голландия) цельносварных корпусах. Американские специалисты считают, что стоимость разборного снаряда незначительно больше, чем цельносварного, и окупается при его перевозке. На рис. 7 показана схема сборки небольшого разборного снаряда, изготовляемого фирмой «Simons Zobniz» (Англия). Снаряд рассчитан на производительность 130 - 180 м3/ч. Нормальная глубина разработки составляет 6 м. Предусмотрена возможность удлинения рамы грунтозаборного устройства, что позволяет увеличивать глубину разработки до 9 м. При перевозке землесосного снаряда оборудование, установленное на отдельных понтонах, не демонтируется. Рис. 7. Схема сборки землесосного снаряда фирмы «Simons Zobniz» (Англия). 1 - грунтовый насос; 2 - папильонажные сваи; 3 - обратный клапан; 4 - дизельные приводы грунтового и масляного насосов; 5 - рамоподъемная и папильонажная лебедки с гидравлическим приводом; 6 - гидропривод разрыхлителя; 7 - сварная фреза; 5 - рама грунтозаборного устройства; 9 - пульт управления Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов). 12 В мировой практике землесосостроения известны примеры, когда частичная разборность землесосных снарядов предусматривалась в целях обеспечения возможности проводки их через шлюзы, под мостами или в каких-либо других стесненных условиях. В этом случае каждая часть снаряда должна иметь самостоятельную плавучесть. Удифферентировка разъединенных частей снаряда достигается путем временной балластировки их. Конструкцией соединений должна предусматриваться сборка отдельных частей снаряда в одно целое на плаву. Основные отличия специальных разборных землесосных снарядов от снарядов общего назначения: • полностью герметичные понтоны (секции понтонов) корпусов; • применение быстроразъемных соединений для сборки понтонов; • габариты и масса отдельных секций разборных землесосов соответствуют транспортным ограничениям для предусмотренного для перевозки вида транспорта. Размещение основного и вспомогательного оборудования на землесосном снаряде При размещении основного и вспомогательного оборудования: • должно обеспечиваться технологически целесообразное его размещение; • удобство и полная безопасность его обслуживания; • ремонт или замена отдельных видов оборудования не должны быть связаны с большими демонтажными работами (например, с резкой и последующей сваркой); • размещение оборудования должно быть оптимальным по условиям его дифферентовки, т. е. таким, чтобы не требовалась балластировка корпуса. Нередко удовлетворение этих требований приводит к несовместимым решениям; приходится искать оптимальные варианты их увязки. Размещение грунтового насоса. Технологически целесообразно грунтовый насос разместить как можно ниже и как можно ближе к грунтозаборному устройству. Это позволяет снизить потери во всасывающем тракте или даже создать известный подпор, что ведет к повышению производительности землесосного снаряда. Известно шесть различных способов размещений грунтового насоса по высоте, показанных схематически на рис. 8. Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов). 13 Если грунтовый насос располагается на палубе корпуса землесосного снаряда (рис. 8,а), то геометрическая высота всасывания (разность отметок центра рабочего колеса и уровня воды в водоеме) Нг>0, а вакуумметрическая высота всасывания (разность между атмосферным давлением на свободную поверхность воды и давлением у входа в рабочее колесо грунтового насоса) Нвак<0, т. е. на входе в грунтовый насос обязательно будет вакуум. Такое размещение хотя и удобно по соображениям обслуживания (а также по конструктивным соображениям), но в настоящее время почти не применяется, так как неизбежно ведет к существенному снижению интенсивности грунтозабора. Чаще всего на землесосных Рис. 8. Схемы расположения грунтового насоса строительных землесосного снаряда относительно горизонта снарядах грунтовый насос размещается так, как это воды в водоеме показано на рис. 8,б. Ось насоса совпадает с поверхностью воды в рабочем водоеме, т. е. Нг=0. За счет неизбежных потерь во всасывающем тракте и при таком расположении грунтового насоса остается справедливо неравенство Нвак<0. На снарядах, имеющих большую осадку (обычно у морских дноуглубительных снарядов), может быть осуществлена схема установки, при которой грунтовый насос располагается в трюме ниже поверхности воды, т. е. Нг<0 (рис. 8,в). Заглубление грунтового насоса при такой схеме установки незначительно, и создаваемый подпор все же меньше потерь во всасывающем тракте, поэтому вакуумметрическая высота всасывания остается обычно меньше нуля, т. е. Нвак<0. На рис. 8,г показана установка грунтового насоса в специальном заглубленном отсеке корпуса. Такая компоновка позволяет получить довольно значительное отрицательное значение Нг. Подпор в этом случае может оказаться достаточным и Нвак = 0. Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов). 14 В последние годы появились землесосные снаряды, у которых грунтовый насос располагается на раме грунтозаборного устройства (рис. 8,д). При таком расположении грунтового насоса может быть получено значительное его заглубление и у всасывающего патрубка грунтового насоса будет не вакуум, а некоторое положительное давление. Такая схема с успехом применена на глубинном землесосном снаряде типа 500-70Гл, что способствует получению весьма высоких консистенций пульпы. Грунтовый насос при подпоре может совершенно устойчиво работать на самых высоких консистенциях. Известен ряд землесосных снарядов, у которых грунтовый насос располагается в непосредственной близости от забоя (рис. 8,е). По этой схеме строятся особо малые снаряды. Компоновки по этой схеме принимаются для снарядов, используемых для разработки грунтов на глубинах, превышающих 20 м, и являются для этих условий в энергетическом отношении наилучшими. Размещение грунтового насоса на раме грунтозаборного устройства, несомненно, связано с рядом конструктивных трудностей и усложняет обслуживание, но эти трудности смогут быть преодолены. Размещение грунтового насоса в плане в основном подчинено требованиям дифферентовки снаряда. Этим требованиям более всего отвечает совмещение оси грунтового насоса с продольной осью корпуса землесосного снаряда. Такое размещение достаточно удобно в конструктивном отношении, так как позволяет симметрично расположить главные продольные элементы корпуса и рационально осуществить передачу на них нагрузки от фундаментных балок грунтового насоса. Грунтовый насос размещается так, чтобы балласта не было совсем или чтобы вес его был минимальным. Однако следует иметь в виду, что чрезмерное смещение грунтового насоса к корме приводит к удлинению всасывающих коммуникаций, что нежелательно. Место грунтового насоса на продольной оси выбирается так, чтобы перед ним была достаточная площадка для ремонтных работ. Обычно для этого бывает достаточно отодвинуть всасывающий патрубок насоса от передней стенки машинного зала на 1,5 диаметра крышки всасывающей стороны. Минимальное расстояние от задней стенки машинного зала определяется соображениями выполнения ремонтных работ по двигателю привода. Желательно, чтобы при электрических двигателях это расстояние позволяло выдвинуть ротор на длину, достаточную для его осмотра и ремонта. При наличии двух насосов, а также на разборных землесосных снарядах, может оказаться целесообразным размещение грунтового насоса не по оси корпуса. При любом размещении грунтового насоса должна быть обеспечена нормальная возможность обслуживания его вспомогательными грузоподъемными устройствами. Подвеска рамы грунтозаборного устройства. На рис. 9 показаны четыре различных способа подвески рамы грунтозаборного устройства. Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов). 15 Подвеска рамы грунтозаборного устройства непосредственно к транцу (на носовом борту снаряда) (рис. 9,а) применима только для небольших снарядов или, если грунтозаборное устройство состоит из одной всасывающей трубы относительно небольшой длины, рама как самостоятельная Рис. 9. Различные способы подвески рамы конструкция грунтозаборного устройства отсутствует. Во всех остальных случаях такое устройство, несмотря на свою конструктивную простоту, неприемлемо, так как приводит к недопустимым значениям дифферента. На рис. 9,б показан самый распространенный способ подвески рамы грунтозаборного устройства. Рама подвешивается в специальном вырезе в носовой части корпуса. Такой способ подвески сводит к возможному минимуму дифферентующнй момент, возникающий при различных положениях рамы и облегчает устройство копра для ее подъема и опускания. Длина выреза ограничивается эксплуатационными соображениями. При определенных соотношениях глубины разработки, длины выреза и угла разворота корпуса во время рабочих перемещений корпус будет упираться в откос прорези. Длина выреза ݈ для предварительных компоновок определяется по эмпирической зависимости ݈ = (0,20…0,22) L, где L — длина корпуса снаряда. Ширина выреза должна соответствовать ширине рамы грунтозаборного устройства. Ширина выреза обычно равна 0,15—0,20 длины рамы грунтозаборного устройства. На ряде специальных замлесосных снарядов, предназначенных для работы на относительно больших глубинах, для выемки подводных траншей, при прокладке дюкеров и т. д., грунтозаборное устройство подвешивается по схеме, показанной на рис. 9,е. Корпус в этом случае должен быть типа «катамаран». Расстояние от точки подвеса до кормы определяется соответствующим расчетом. Такая схема подвески позволяет обеспечить необходимую дифферентовку при длинной раме и относительно небольшом корпусе. Однако снаряд, построенный по такой схеме, пригоден только для разработки подводных забоев, затопленных на глубину, превышающую осадку землесосного снаряда. Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов). 16 На рис. 9,г показана схема подвески рамы грунтозаборного устройства, применяемая на глубинных снарядах. Корпус снаряда состоит из трех понтонов. К переднему транцу заднего понтона подвешена рама грунтозаборного устройства. Два передних понтона располагаются так, что рама находится между ними. На передних понтонах располагается копер для подъема и опускания рамы грунтозаборного устройства. Все понтоны связаны между собой жесткими фермами. Известны снаряды, у которых только передние понтоны связаны между собой конструкциями подъемного копра. При этом решении рамоподъемные тросы всегда имеют вертикальное направление, и усилие подъема будет минимальным, а расстояние между передним и задним понтонами будет изменяться в зависимости от угла наклона рамы. Размещение напорного пульповода на землесосном снаряде определяется местоположением и направлением напорного патрубка грунтового насоса и местоположением шарнирного соединения с плавучим пульповодом. Чаще всего оптимальное решение получается при вертикальном направлении напорного патрубка. В этом случае соединение осуществляется с помощью одного колена и прямолинейного, обычно горизонтального, трубопровода с фланцем верхнего колена шарнирного соединения. Высота, на которой прокладывается горизонтальный трубопровод, должна быть увязана со вспомогательными грузоподъемными устройствами. Особенно это важно на снарядах, где таким устройством является мостовой кран. Вертикальное направление напорного патрубка позволяет расположить напорный пульповод вблизи продольной оси снаряда, благодаря чему опорожнение или наполнение трубопровода не вызывает заметных кренов. На больших и особо крупных снарядах напорный патрубок грунтового насоса часто имеет направление вверх с наклоном до 45°. В этом случае напорный трубопровод сильно смещен к одному из бортов снаряда. Преимуществом такого расположения является то, что трубопровод совершенно не загромождает машинное отделение и облегчаются манипуляции подъемными приспособлениями при ремонтных работах. Недостатком бокового расположения напорного пульповода на землесосном снаряде является некоторое осложнение узла соединения его с шарнирным устройством, к которому подключается плавучий пульповод. Расположение напорного пульповода на землесосном снаряде является важным вопросом его общей компоновки, и оптимальное решение этого вопроса может быть найдено только при сопоставлении вариантов. Размещение устройств для рабочих перемещений землесосных снарядов. На землесосных снарядах, применяемых в строительстве, устройства для рабочих перемещений, как правило, состоят из лебедок и свайного аппарата той или иной конструкции. . Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов). 17 На современных землесосных снарядах устанавливаются однобарабанные лебедки, каждая из которых имеет независимый электрический привод. Наиболее Рис. 10. Размещение лебедок на землесосном распространенная схема снаряде. размещения лебедок на 1 - передняя становая лебедка; 2 - рабочая современном землесосном (папильонажная) лебедка; 3 - рамоподъемная снаряде показана на рис. 10. лебедка; 4 - лебедки свай; 5 - задняя становая При таком расположении лебедка лебедок наилучшим образом решаются вопросы прокладки всех тросов. На крупных снарядах рамоподъемную лебедку (иногда ставятся две рамоподъемные лебедки) оказывается целесообразным разместить на крыше снаряда за рубкой управления. Часто ограничиваются установкой шести лебедок, отказываясь от переднего станового троса. Иногда даже не устанавливается и задняя становая лебедка. Если на снаряде смонтирован напорный свайный ход, то лебедка, управляющая напорной сваей, монтируется непосредственно на передвижном копре этой сваи. В этом случае устанавливается специальная лебедка для перемещения копра напорной сваи (при канатном механизме напора). При использовании гидроприводов на землесосных снарядах возможна установка передних папильонажных лебедок непосредственно на раме грунтозаборного устройства, что предельно упрощает прокладку наиболее важных рабочих тросов. Лебедки для подъема свай заменены гидравлическим цилиндрам. Рабочие лебедки всех назначений устанавливаются как внутри машинного зала, так и вне его. Опыт эксплуатации землесосных снарядов свидетельствует о недостатках внутреннего расположения лебедок: габариты машинного зала и его надстройки увеличиваются, что повышает стоимость землесосного снаряда и его парусность; в стенах машинного зала приходится делать прорези для пропуска тросов; в машинном зале значительно возрастают шумы, затрудняющие обслуживание основного оборудования. Размещение вспомогательных насосов. Вспомогательные насосы располагаются ниже ватерлинии, под заливом, благодаря чему они всегда готовы к пуску. Расположение вспомогательных насосов в плане выбирается таким, чтобы сократить до минимума длину напорных и всасывающих линий. Крайне желательно иметь 100%-ный резерв вспомогательных насосов. Подсобные помещения на строительных землесосных снарядах. Жилые помещения носят обычно назначение дежурных. Количество спальных мест принимают равным 2 для малых снарядов, 4-6 для средних и не более 10-12 для самых крупных. На средних и крупных снарядах предусматривается, кроме того, устройство небольшой каюты площадью 6-8 м2 для работы техника-учетчика и начальника снаряда. Санитарный узел, обычно располагаемый в кормовой части Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов). 18 снаряда, должен состоять из туалета, душевой и умывальника. Желательно иметь горячее водоснабжение. Камбуз следует иметь в тех случаях, если количество жилых мест более пяти. В этих же случаях предусматривается устройство отдельной каюты - столовой. Площадь и оборудование санитарно-бытовых помещений должны отвечать соответствующим нормам Регистра. Устройство санитарного узла производится с учетом требований санитарной инспекции. Прочие подсобные помещения представляют собой кладовые и мастерские. Кладовые устраиваются отдельно для смазочных веществ, красок, сальниковой набивки и других огнеопасных материалов, для запасных частей и инструмента, для спецодежды. На электрифицированных землесосных снарядах целесообразно выделять отдельную кладовую для запасных частей электрического оборудования. Кладовые целесообразно размещать в трюмах землесосных снарядов. Отдельное помещение для механической мастерской выделяется только на особо крупных землесосных снарядах. Площадь помещения мастерской принимают 15-20 м2. Все швартовые устройства располагаются на землесосных снарядах в соответствии с требованиями Регистра для соответствующего класса судов.
