Землесос

Землесос

ЗЕМЛЕСОС, дноуглубительный снаряд, предназначенный для выемки легко размываемых грунтов путем всасывания их вместе с водой. Главнейшими частями землесоса являются (фиг. 1): 1) труба А (сосун), опускаемая из корпуса снаряда под воду до соприкосновения ее конца (головы) с поверхностью грунта, подлежащего удалению; 2) взрыхляющий аппарат В, взрыхляющий почву у сосуна; 3) центробежный насос В, при помощи которого происходит всасывание; 4) силовая установка Д (двигатель внутреннего сгорания или паровая машина) для приведения в действие насоса. При работе взрыхляющий аппарат взрыхляет почву, а насос всасывает через сосун воду, которая при своем движении вблизи головы сосуна взмучивает грунт и захватывает и уносит в трубу взмученные частицы.

Землесос, дноуглубительный снаряд

Всосанная смесь грунта и воды проходит по трубе А через насос В в выкидную трубу Г–Г. Обычный состав смеси: 4—6 ч. воды на 1 ч. грунта. Сосунов на землесосе ставят от 1 до 6 и располагают их в специальном прорезе корпуса землесоса, на одном или обоих бортах корпуса, или спереди корпуса.

В последнее время начинают получать распространение т. н. хоботовые сосуны располагаемые в носовой части снаряда и могущие вращаться вокруг оси, перпендикулярной к оси корпуса землесоса. При работе такой сосун медленно поворачивается в ту и другую сторону от оси корпуса на углы, близкие к 90°, и прорабатывает прорезь шириной, соответствующей диаметру круга вращения внешнего края головки сосуна. Непосредственное взмучивание и всасывание грунта без применения каких-либо специальных приспособлений происходит при скоростях воды у входа в сосун ≥ 2 м/сек и возможно только при работе в легких грунтах (илистых, песчаных). При более тяжелых грунтах необходимо применение специальных устройств, при помощи которых разрыхляется подлежащий удалению грунт (землесосы с разрыхлителями). По назначению землесосы можно разделить на землесосы морского и речного типов. Морские отличаются от речных большей производительностью и более сильными креплениями корпуса. Часовая производительность морских землесосов достигает 6000 м3, речных - 1500 м3. В зависимости от характера рабочих перемещений землесосы можно разделить на две группы: папильонажные и траншейные. Папильонажные землесосы имеют рабочие перемещения перпендикулярно оси корпуса, траншейные - параллельно оси корпуса.

Главнейшими характеристиками работы землесосов являются: 1) способ отделения грунта от ложа потока или бассейна; 2) наибольшая высота всасывания - расстояние от нижнего конца сосуна до оси всасывающего насоса; 3) наибольшая высота подъема грунта - расстояние от оси всасывающего насоса до наивысшей точки подъема рабочей смеси; 4) способ отвода смеси от снаряда.

Отделение грунта от ложа потока или бассейна может осуществляться непосредственным всасыванием (при работе на легких грунтах) или же путем применения специальных разрыхлителей. Разрыхлители по принципу действия разделяются на механические и гидравлические. Механические разрыхлители имеют какое-либо режущее приспособление, расположенное близ головки сосуна, приводимое во вращение и взрезающее грунт в сфере всасывающего действия сосуна. Различают разрыхлители в форме резаков и ножей, взрезающих грунт, в форме фрезеров (фиг. 2) и пр.

Разрыхлитель грунта дна в форме фрезера

В виду весьма тяжелых условий работы разрыхлителей их конструируют т. о., чтобы режущие части их были легко и просто заменимы, т. к. при работе нередки поломки от попадающихся в грунте камней, карчей и пр. Механические разрыхлители приводятся в действие или от главных или от отдельных специальных машин. Расход энергии на приведение в действие разрыхлителей зависит от рода грунта и колеблется от 30 до 100% от мощности главных машин. Механические разрыхлители совершают от 8 до 120 об/мин. Гидравлическое грунторазрыхление заключается в создании сильных, действующих под большим давлением, струй воды, которые размывают грунт в сфере работы сосуна. Наиболее распространенный тип представлен на фиг. 3.

Гидравлическое грунторазрыхление

Разрыхлитель состоит из полого кольца, облегающего головку сосуна, с рядом насадок с коническими отверстиями, направленными к поверхности подлежащего размыву грунта. Во время работы сосуна из отверстий с силой вырываются струи воды (под давлением до 20 atm), подводимой по трубам в полость кольца от специального насоса. Этими струями грунт размывается и поступает с водой в сосун. В последнее время гидравлические разрыхлители почти не применяются вследствие неудовлетворительной их работы в тяжелых грунтах. В грунтах же легких, как показал опыт, работа ведется весьма удовлетворительно и без предварительного разрыхления.

Наибольшая высота всасывания H1 (фиг. 1) является одной из главных характеристик землесоса, т. к., исходя из нее, выполняется конструкция сосуна и ведется подсчет мощности главных машин. В речных условиях высота всасывания 0…6 м, в морских 0…30 м.

При заданной длине рефулерного трубопровода наибольшая (проектная) высота подъема смеси Н2пр также является одной из основных определяющих величин при расчетах мощности главных машин землесоса. Если обозначим через Н2пр + Н3пр высоту, или напор, соответствующий потерям на заданных высоте подъема и длине рефулирования грунта (расчетные), то для данного землесоса, при данной глубине всасывания, величины слагаемых Н2 и Н3 м. б. изменяемы в широких пределах при условии, чтобы сумма их оставалась постоянной.

Отвод смеси грунта и воды от землесоса через патрубок Г (фиг. 1) обычно производится на известное расстояние от снаряда, чтобы не засорять прорези. Отвод грунта может производиться или при помощи шаланд или при помощи т. н. рефулерного трубопровода. Наиболее распространенным способом является рефулирование смеси по рефулерному трубопроводу. Трубопровод может состоять из отдельных труб, положенных на суда или отмели, или специальных трубных звеньев длиной до 6,5 м, закрепленных на двух металлических герметически закрытых понтонах круглой или овальной формы. Ходовые диаметры рефулерного трубопровода, зависящие от часовой производительности снаряда, колеблются в пределах 250—800 мм. Отдельные части (звенья) рефулерного трубопровода соединяются между собой при помощи специальных гибких или шарнирных соединений - кожаных рукавов, заключенных в металлическую сетку, резиновых армированных рукавов или шаровых стальных соединений. Последний род соединений является более экономичным в эксплуатации вследствие значительно большего срока службы. Однако, эти соединения тяжелее кожаных и резиновых рукавов (примерно в 20 раз) и потому требуют более крупных понтонов. При рефулировании по трубопроводу смесь испытывает сопротивление от трения о стенки труб и соединений в изгибах и коленах и прочего. Эти сопротивления требуют создания излишнего напора, который учитывается в расчетах как дополнительный напор Н3, величина которого прямо пропорциональна длине рефулерного трубопровода.

Морские землесосы нередко строят со специальными помещениями в корпусе самого снаряда, в которые сливается смесь грунта и воды, поднятая сосуном. По наполнении этого вместилища (грунтовый ящик) землесос отходит от места работ и вываливает грунт на указанное в проекте работ глубокое место вне ходового фарватера. Такие землесосы называют грунтоотвозными. В случаях необходимости далекого отвода смеси от землесоса нередко рефулирование смеси производят при помощи второго землесоса, сосун которого подводится к выводному патрубку первого рабочего землесоса. Этим достигается значительное увеличение располагаемого напора Н, а, следовательно, и соответственное увеличение длины рефулирования и высоты подъема смеси.

Полный напор, который необходим для нормальной работы землесоса, можно представить в виде суммы

Н1 + Н2 + Н3 = Н,

где Н1 - максимальный напор, необходимый для поднятия смеси грунта и воды со дна ложа реки или бассейна, Н2 - наивысший подъем грунта, измеряемый от центра насоса до наивысшей точки подъема центра струи смеси, и Н3 - напор, соответствующий потерям в трубопроводах при заданной длине рефулерной трубы. Исходя из величины полного напора Н, индикаторную мощность главных машин землесоса определяют по формуле:

Мощность главных машин землесоса

где η - общий КПД землесосного устройства (машины, насоса, трубопровода), оцениваемый, по данным испытаний на реках СССР, в пределах 22—30%; γ - удельный вес смеси (изменяющийся в зависимости от свойств грунтов), q - объем подаваемой смеси в м3/сек. В табл. 1 указаны основные величины, характеризующие ряд исполненных землесосов.

Характеристики землесосов

По способу перемещения землесосы разделяются на самоходные и несамоходные. Самоходные имеют колесные или винтовые движители, приводимые в действие или от главных машин, при помощи ряда передач, или от специальной машины (фиг. 4).

Самоходный землесос

Несамоходные землесосы перемещаются обычно буксированием отдельным пароходом или теплоходом. Морские землесосы строят обычно самоходными. Речные землесосы постройки последних лет все несамоходны, так как самоходные устройства утяжеляют снаряд, увеличивают его осадку и увеличивают тесноту в машинных отделениях. КПД всех самоходных устройств на снарядах значительно ниже, чем на пароходах, вследствие специального устройства и очертания их корпусов. У морских землесосов корпуса по своим очертаниям весьма близки к пароходным, т. к. у этих землесосов обычно допускаются большие осадки; поэтому самоходные устройства там работают с б. или м. удовлетворительным эффектом. Корпуса речных землесосов, в целях достижения меньших осадок, строят большей частью ящикообразной формы, с весьма невыгодными линиями обтекания, вследствие чего стоимость километра пробега, в случае устройства самохода, получается нерентабельной.

Главные машины землесосов бывают б. ч. вертикального типа, паровые двойного или тройного расширения, непосредственно спаренные с всасывающим или рефулерным насосом. Машины строят с числом оборотов 120—300 в мин., б. ч. с поверхностной конденсацией, причем циркуляционная вода, достигающая температуры 40—45°, применяется для питания котлов. В последнее время в качестве двигательной силы на землесосах применяют двигатели внутреннего сгорания. Центробежный насос землесоса отличается от обыкновенного водяного центробежного насоса более прочной конструкцией крыльев, а также специальной облицовкой тех поверхностей кожуха, которые находятся под ударом струй смеси. Смесь воды с грунтом, поступающая в насос из всасывающей трубы со значительными скоростями (2—6 м/сек), ударяет в стенку, противоположную входному отверстию, и далее, под влиянием центробежной силы, отбрасывается к окружности кожуха с еще более значительными скоростями. Эти части кожуха чрезвычайно быстро изнашиваются, в виду чего в настоящее время обычно все они снабжаются сменной облицовкой из специальных сортов стали, хорошо сопротивляющихся изнашиванию (хромоникелевые, высокомарганцовистые стали).

Сосуны и грунтовые трубопроводы землесоса изготовляются в виде стальных клепаных труб б. ч. круглого сечения, диаметром от 250 до 800 мм в свету, в зависимости от часовой производительности землесоса. Размеры труб и сосуна подсчитывают, исходя из допускаемых скоростей смеси 2—3,5 м/сек. Нижний конец сосуна несет на себе головку. Головке придаются весьма разнообразные формы в зависимости от способов работы землесоса и от его типа. Головки сосунов землесоса без разрыхлителя делаются в виде уширения сосуновой трубы или же в виде козырька с режущим краем. На конце ставится простая решетка из стальных полос для удержания камней, кусков дерева и других крупных предметов от попадания во всасывающую трубу. У землесосов с разрыхлителями форма головки зависит от расположения и системы разрыхлителей, но, в общем, эта форма мало отличается от вышеописанных. Чрезвычайно важное значение для работы землесоса имеет устройство в конце сосуна обратного клапана, который при остановках землесоса задерживает оставшуюся в сосуне воду, вследствие чего при последующем пуске в ход не приходится производить заливку сосуна водой.

Обычно землесосы получают рабочие перемещения при помощи лебедок и закрепленных на якорях тросов или цепей. Лебедки имеют ручной или механический привод. Работа может производиться по двум основным схемам - папильонажем (фиг. 5) и траншеями (фиг. 6).

Схема работы землесоса - папильонаж

Схема работы землесоса - траншеями

По назначению лебедки разделяют на: 1) переднюю становую, 2) передние боковые, 3) задние боковые, 4) заднюю становую, 4) рамоподъемную, 6) для судового якоря. Путем комбинации работ лебедок землесос заставляют двигаться в желаемых направлениях. Смотря по способу производства работ некоторые из этих лебедок могут отсутствовать. Лебедки бывают отдельные для каждого троса или цепи, с отдельным самостоятельным управлением, и централизованные, в которых управление передвижениями снаряда производится с одного места и барабаны тросов или цепей приводятся в движение от одного общего двигателя, причем каждый из барабанов может включаться или выключаться при помощи специальных гидравлических, пневматических или электрических смыкателей, управляемых с одного определенного места. Нередко применяются отдельные лебедки с самостоятельными двигателями, но с централизованным управлением. Общая мощность лебедок обычно составляет 30—50% от мощности главных машин, в большинстве случаев паровые, как наиболее легко допускающие перемену хода и изменение числа оборотов. В последнее же время появились землесосы с электрифицированным силовым оборудованием, в которых все механизмы как главные, так и вспомогательные работают от электромоторов, получающих энергию от центральной электрической установки. Пока такие землесосы общего признания не получили, так как экономическая выгодность их, по сравнению с другими типами, является спорной.

Стоимость извлечения землесосом 1 м3 грунта находится в зависимости от условий его работы и от способа отделения грунта от дна (с разрыхлителем или без него). Эта стоимость находится прежде всего в прямой зависимости от Н: она будет тем больше, чем глубже опускание сосуна (Н1), выше подъем грунта (Н2) и длиннее рефулерный трубопровод (Н3). При легких илистых и песчаных грунтах, когда работа производится без разрыхлителя, применение землесоса является, бесспорно, более выгодным, чем применение прочих типов дноуглубительных снарядов. На тяжелых глинистых и с камнями грунтах, а также на плотной печине работа землесоса нерациональна, а часто и невозможна, вследствие частых забоев, как разрыхлительного устройства, так и всех грунтовых трубопроводов. Стоимость одного м3 вынутого песчаного или песчано-илистого грунта в современных условиях колеблется от 15 до 30 коп.

Иногда на дноуглубительных работах при различных грунтах применяются комбинированные снаряды, представляющие соединения землесосов с черпаковыми или резиновыми снарядами. Такие снаряды, в зависимости от грунта, позволяют применять в каждом случае наиболее экономичный и рациональный способ работы.

Для нормальной работы каждый землесос снабжается соответствующим такелажем и оборудованием, к которому относятся якоря и тросы или цепи, лодки или завозни для завозки якорей. Обслуживающая землесос команда состоит из двух основных штатов: штата палубной команды, во главе которой стоит командир землесоса или ответственный багермейстер, и штата машинной команды, во главе с механиком или машинистом. На обязанности палубной команды лежит обслуживание лебедок, завозка якорей, перекладка их и другие операции во время работы землесоса. На обязанности машинной команды лежит обслуживание котлов, машин и механизмов, их ремонт и содержание в порядке. Как видно из табл. 2, состав команды зависит от производительности снаряда.

Состав команды землесоса

К команде землесоса обычно относят также водоливов и матросов с приписанной к землесосу брандвахты (для жилья команды).

 

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 8 - 1929 г.