Файл: Дмитриев Ю.Я. Гидравлические импульсные струи на лесосплаве.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.08.2024
Просмотров: 62
Скачиваний: 0
Ю.Я.ДМИТРИЕВ
Ю.М.НОВОСЕЛОВ
А.Я.ПОЛЯНИН
Гидравлические импульсные СТРУИ
на лесосплаве
Кировский научно-исследовательский и проектный институт лесной промышленности
КирНИИЛП
Ю. я. ДМИТРИЕВ, Ю. М. НОВОСЕЛОВ,
А. Я. ПОЛЯНИН
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ
ИМПУЛЬСНЫЕ СТРУИ
НА ЛЕСОСПЛАВЕ
5іі<Гі SI ’»
Издательство «ЛЕСНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ»
М о с к в а 1974
УДК 634.0.378.9
Гидравлические |
импульсные |
струи |
на лесосплаве. |
Д м и т |
|
р и е в Ю. Я., Н о в о с е л о в Ю. |
М., |
П о л я н и н |
А. |
Я., «Лес |
|
ная промышленность», |
1974 г. 104. |
|
|
|
|
В работе изложены основы теории импульсных гидравлических струй и возбужденных ими пульсирующих потоков, используемых для лесосплавных целен. Приведены принципиальные схемы и уст ройство импульсных гидравлических ускорителей.
Освещены вопросы практического использования импульсных струй на лесосплавных предприятиях.
Настоящая работа позволит значительно расширить применение возбужденных потоков при решении многих транспортных и техно логических задач в лесной, деревообрабатывающей и целлюлознобумажной промышленности, связанных с повышением производитель ности парка машин и механизмов, ликвидацией тяжелых и трудоем ких работ, снижением себестоимости продукции.
Таблиц 26, иллюстраций 40.
Д31501—078 без объявл. 037(01)—74
© Издательство «Лесная промышленность», 1974 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Гидравлические струи нашли |
широкое применение |
в различных отраслях народного |
хозяйства страны. |
В горной, торфяной, металлургической промышленности использование гидравлических струй базируется на прочной теоретической основе, являющейся результатом многочисленных исследований как отечественных, так и зарубежных ученых и практиков.
Втечение двух последних десятилетий использова ние гидравлических струй возросло в связи с появле нием целого ряда новых исследований.
Вдеревообрабатывающей промышленности прово
дятся изыскания по применению гидравлических струй для окорки древесины.
В водном транспорте гидравлические струи, созда ваемые водометными движителями, используются для создания тяговых усилий на промысловых судах раз личных типов.
Обычным стало использование гидравлических струй для создания майи на акваториях лесосплавных рейдов, работающих в зимних условиях.
Особенно широкое использование нашли гидравличе ские струи при гигантском строительстве гидравличе ских сооружений на крупных реках страны, вызвавшем кардинальные изменения гидравлических условий внут ренних водных путей. Резкое снижение скоростей тече ния, а иногда полное их отсутствие на акваториях ле сосплавных рейдов, работающих в условиях подпора устьевых рек водохранилищами, заставило искать но вые средства продвижения лесоматериалов.
Поиски новых средств перемещения круглых лесо материалов по акваториям рейдов с отсутствующими скоростями течения натолкнули сначала некоторых со ветских, а затем и иностранных исследователей на мысль использовать для этих целей затопленные гид равлические струи, создаваемые гидроускорителями различных типов.
В настоящее время разработаны и успешно применя ются в промышленности известные типы гидроускорите лей: с гребным винтом, работающие от электродвига теля и двигателя внутреннего сгорания; надводные (по верхностные) ; подводные и донные; с гребным колесом, батарейные гидравлические ускорители и др. Первый отечественный гидроускоритель сконструирован и испы
тан |
на Обвинском рейде треста |
«Камлесосплав» |
В. |
М. Кондратьевым и Н. А. Лабутиным. |
|
|
В зарубежной практике лесосплава |
широко исполь |
зуются гидроускорители финской фирмы «Валмет» и шведской фирмы «Флюктс». Надводные гидроускори тели «Валмет» сконструированы в основном по кинема тической схеме, близкой к схеме В. М. Кондратьева и Н. А. Лабутина. Шведская фирма «Флюктс» выпускает подводные гидравлические ускорители, используемые для ускорения движения бревен в сортировочных сет ках и для таяния льда в водоемах.
Несколько позднее Уралгипролесбумпром в содруже стве с трестом «Камлесосплав» создали целую серию гидравлических ускорителей: ГУК-1,7, ГУК-4,5, ГУК-10, ГУК-20, ГУК-28, ГУК-30 (надводные и подводные); ГУК-ЮП, ГУК-28П, отличающихся от рассматриваемых выше своеобразием формы и конструкции струеобразую щего устройства. Конструкции гидроускорителей ' типа ПО-1, Карельского НИИЛП ПО-2-28, ПП-1 имеют спрямляющий аппарат в виде шести прямых пластин, установленных в насадке за винтом.
В настоящее время ГОСТ 13546—68 предусмотрено изготовление потокообразователей трех типов: Л Р-37, ЛР-38, ЛР-39 с электродвигателями мощностью соот ветственно 2,2; 5,5 и 10 кет, разработанных этим же ин ститутом. ЦНИИ лесосплава разработал надводные, подводные и донные ускорители ПЦ-4-4,5Э, ПП-6-4.5ЭВ,
ПЦ-5-10ЭВ, ПЦ-1-14Э, ПЦ-2-20, ПЦ-3-28Э, ПВД-10Э,
ППЦ-1-14Э и др. Особенностью некоторых надводных гпдроускорителей ЦНИИ лесосплава является тоннель ное образование нижней части их корпусов, что в зна чительной степени улучшает эксплуатационные показа тели, делает их более эффективными. Тоннельное образование корпуса позволило создать компактное со членение струеобразующего насадка и водозаборного устройства, которое в ускорителях ЦНИИ лесосплава принципиально отличается. от всех подобных устройств. Институт разработал также гидроускорители с дизель ным двигателем.
Испытания батарейных гидравлических ускорителей, проведенные в 1964—1965 гг. на предприятиях треста «Камлесосплав» кафедрой водного транспорта леса ПЛТИ им. М. Горького, позволили выявить возмож ность использования их для продвижения леса попереч ной щетыо внутри транспортных коридоров лесосплав ных предприятий, а также для подачи леса под выгрузку продольными и поперечными транспортерами внутри бассейнов лесозаводов и целлюлозно-бумажных комби натов.
Конструкторскими разработками гидравлических ус корителей занимались многие организации как в нашей стране, так. и за рубежом, в то время как исследовани ями по распространению возбужденных потоков, созда ваемых с помощью этих ускорителей в тех или других условиях, занимались еще сравнительно мало.
Первое экспериментально-теоретическое обоснование использования затопленных гидравлических струй на ле сосплаве проводилось в ЛОЛ ЛТА им. С. М. Кирова в 1952—1958 гг. Исследовано распространение гидравли ческих струй в открытых водоемах, в узких коридорах и затопленных гидравлических лотках' при отсутствии в них до момента возбуждения скоростей течения и при наличии спутного потока; разработаны схемы размеще ния гидравлических ускорителей на подаче леса к глав ным воротам запани, в сортировочных двориках, коллек торных и других кбридорах, на подаче леса к лесопро пускным устройствам гидротехнических сооружений; обосновано использование ускорителей для набивки
кошелей, поддержания свободных от льда акваторий н , удаления ледяного покрова с участка водоема; приве дены методика расчета, некоторые элементы конструи рования и проектирования гидроускорителей.
Несмотря на столь широкое в конструктивном отно шении разнообразие ускорителей, на лесосплавных рей дах применяются в основном гндроускорители, имеющие наибольший коэффициент качества (отношение потреб ляемой мощности к длине возбужденного потока). Для выбора приемлемых конструкций гидроускорителей в 1965 г. в Унженской сплавной конторе треста «Костромалесосплав» были проведены государственные испыта ния различных .моделей, а также проанализированы ма териалы по промышленной эксплуатации некоторых их типов. Исходя из результатов испытаний, анализа ма териалов различных организаций, ■разрабатывающих гидроускорители, и опыта их использования производ ственными предприятиями, комиссия рекомендовала продолжить серийное изготовление гидроускорителей ГУК-1,7 и ГУК-4,5, выпускаемых Пермским заводом. Гидроускорители ПЦ-6-4, 5ЭВ и ПП-2 мощностью 4,5 кет рекомендовано испытать в производственных ус ловиях. Окончательный выбор моделей для массового производства решено осуществить после длительной экс плуатации в одинаковых производственных условиях по
10 единиц ГУК-1,7; ГУК-4,5; ПП-2 и ПЦ-6-4; 5ЭВ. Гид равлические ускорители мощностью 10 кет и более ко миссия не рекомендовала к серийному изготовлению вследствие ограниченного их применения.
Необходимо отметить, что применение гидравличе ских ускорителей на некоторых работах, например в главных сортировочных коридорах, имеет определен ные отрицательные стороны.
Большие габариты гидроускорителей мешают движе нию лесоматериалов в коридорах. Это требует разра ботки более рациональных схем их размещения в сор тировочных устройствах.
Дальнейшего совершенствования требует движительный комплекс ускорителей.
Современные гидроускорители создают стационар ную осесимметричную гидравлическую струю, возбуж-
дающую вблизи водной поверхности поток переменной массы жидкости. Установившийся водный поток с водо воротными областями нарушает порядок расположения бревен в щетп, создавая тем самым определенные со противления при продвижении их в сортировочных уст ройствах. Это в значительной степени снижает эксплуа тационные качества гидравлических ускорителей. Указан ные отрицательные факторы наводят на мысль о создании гидроускорителей на принципиально новой основе.
За последнее время внимание многих исследователей привлекли импульсные гидравлические струи. Ряд не мецких ученых: S. Schmilchen, Н. Dickmann, Н. Schwa nicke, R. Derenedde провели исследования по исполь зованию импульсных гидравлических струй для создания движителей импульсных водометных судов и по казали их перспективность. Н. Dickmann визуально ис следовал поток жидкости за выходным сечением сопла импульсного водометного движителя и дал схематически картину потока.
Советские ученые и практики Ю. Г. Коняшин, Г. М. Веселов, Е. А. Сичаев и др. в своих работах по казали, что разрушение и резание горных пород им пульсными струями более эффективно, чем стационар ными, так как отпадает необходимость в высоких напо рах.
Отдел быстро протекающих процессов Института гидродинамики СО АН СССР совместно с сотрудни ками Якутского филиала СО АН СССР под руковод ством проф. Б. В. Войцеховского провел исследования с целью проверки применения импульсных струй для измельчения горных пород, получив при этом положи тельные результаты.
Попытки создать гидравлические ускорители для продвижения лесоматериалов в спокойной капельной жидкости (воде) или при малых скоростях ее течения открыли новые возможности применения. импульсных гидравлических струй для самых различных сплавных операций. Фундаментальной базой такого гидроускори теля может служить специальный поршневой гидроком прессор .или установка, создающая электрогидравличе- ■скі-ій эффект, который наблюдается при высоковольтном
импульсном электрическом разряде в воде. Возникаю щие высокие давления могут служить источником мощ ных импульсных гидравлических струй.
Если стационарные гидравлические струи уже на
шли широкое |
применение как на |
лесосплаве, так и |
|
в других отраслях промышленности, |
то |
использование |
|
импульсных |
гидравлических струй |
как |
транспортного |
средства на акваториях лесосплавных рейдов пережи вает лишь период исканий. Движение щети бревен и пучков на поверхности потока, Возбужденного импульс ной струей, установка бревен в поперечную щеть явля ется совершенно новым, неизученным явлением. Что ка сается распространения импульсных гидравлических струй в неограниченном и ограниченном водных прост ранствах при отсутствии скоростей течения и при нали чии спутного потока, то этот вопрос почти не рассматри вался.
Задача исследований данной работы — изучение соз дания импульсных гидравлических струй при помощи импульсных гидроускорителей; исследование основных начальных параметров импульсных струй (расходов, ско ростей истечения, дальности действия струй и т. д.); изучение характера распространения импульсных гид равлических струй в неограниченном и ограниченном водных пространствах и воздействия возбужденных та кими струями потоков на лесоматериалы, помещенные в сферу их действия, применительно к сортировочно сплоточным и формировочным устройствам.
Теоретические и экспериментальные обоснования и практические рекомендации по использованию, данные в книге, позволят расширить применение возбужденных потоков при решении многих транспортных и технологи ческих задач в лесной, деревообрабатывающей и цел люлозно-бумажной промышленности, связанных с повы шением производительности парка машин и механизмов, ликвидацией тяжелых и трудоемких работ.
СТАЦИОНАРНЫЕ И ИМПУЛЬСНЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СТРУИ
Научными исследованиями в области гидравлических струй в настоящее время занимаются целый ряд ученых и практиков, как отечественных, так и зарубежных.
Теоретическое обоснование закономерностей распространения гидравлических струй и образованных ими потоков в основном базируется на пользующейся наибольшим признанием теории Прандтля—Толлнмиена, в основу которой положено учение о тур булентных напряжениях в турбулентных потоках.
Первые, достаточно широкие как теоретические, так и экспе
риментальные исследования |
провел А. Я- |
Милович в 1918 г. |
в гидравлической лаборатории |
Алексеевского |
политехнического |
института в Новочеркасске. Изучая распространение струй жид кости в однородной окружающей среде, он дал схему строения струи (рис. 1), впервые установил, что осевая скорость на основ ном участке осесимметричной струи изменяется вдоль струи по гиперболической зависимости
|
|
|
v z — <? v0d0 |
|
( ). |
|
|
|
|
|
Z |
|
1 |
где |
Vz — осевая скорость на расстоянии Z от насадка;. |
|
||||
ср = 6 |
— опытная константа |
(коэффициент |
пропорциональности); |
|||
|
ѵо— скорость в выходном сечении насадка; |
|
||||
|
do — диаметр выходного отверстия насадка. |
|
||||
что |
А. |
Я. Милович экспериментально и |
теоретически установил, |
|||
на |
расстоянии |
Z = 6d0 осевая скорость |
в сечении |
еще равна |
||
выходной скорости |
ѵ0. Таким |
образом, по |
Миловичу, |
длина на |
чального участка струи Z = 6doПри изучении формы струиим установлена связь' между радиусом сечения струи г и его расстоя нием от выходного отверстия насадка Z в виде формулы
jT |
|
|
Z 2 =<*/-, |
' |
(2) |
где а = 29,4у^о — постоянная величина.
9