Файл: Бородулин, Я. Ф. Дноуглубительный флот и дноуглубительные работы учебник.pdf

лывается, поднимается вспомогательная свая и продолжается поворот

При перемещении носа землесоса с шагающими сваями между смеж­ ными папильонажными лентами остаются неразработанные гребни грунта, так как землесос не делает подачи вперед на бровках. Землесос же со сваей в колодце делает подачу вперед на бровках, поэтому этот вид свайно-папильонажного устройства предпочтительнее при дно­ углублении на судоходных каналах.

РАБОТА ЗЕМЛЕСОСОВ

Г л а в а XXI

РАБОТА НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

§ 92. Всасывание и отделение грунта от дна

Способ отделения грунта от массива гидравлическим путем основы­ вается на размывающем действии струй воды на поверхность массива грунта при входе их в грунтоприемник.

При работе заполненного водой грунтового насоса и опущенном в воду грунтоприемнике в сосуновой трубе образуется вакуум. Над грунтоприемником будет действовать атмосферное давление плюс дав­ ление столба воды, соответствующее его заглублению. Под действием разности давлений вода, находящаяся перед грунтоприемником, нач­ нет входить в него с определенной скоростью, соответствующей дейст­

ка. Отделенные от дна частицы грунта всасываются в виде смеси с водой (пульпы) через грунтоприемник по сосуновой трубе к грунтовому на­ сосу, где под действием лопастей вращающегося рабочего колеса насо­ са отбрасываются через отливной патрубок в напорную часть грунто­ провода, по которому двигаются далее к месту свалки.

Если во всасывающий грунтоприемник засасывается вода без грун­ та, то около его отверстия образуется пространственное скоростное поле, формы и размеры которого зависят от расхода всасываемой воды, формы и размеров приемного отверстия и расположения грунтоприем­ ника относительно границ потока. По мере удаления от приемного отверстия скорость подхода воды к нему убывает. По лабораторным данным скорость в точке, расположенной на оси цилиндрического

286

грунтоприемника и удаленной от него на расстояние, равное диаметру его отверстия, будет в 2—3 раза меньше скорости в приемном отвер­ стии.

Пространство вокруг зева грунтоприемника, в пределах которого вода размывает и увлекает грунт, называется с ф е р о й в с а с ы в а -

ни я.

Впроцессе всасывания несвязного грунта неподвижно установлен­ ным грунтоприемником происходит непрерывное изменение поля ско­ ростей засасываемой пульпы вследствие увеличения щели всасывания. На рис. 148 по­ казано примерное изменение скоростного поля или сферы всасывания. При этом учтено, что с изменением щели вса­ сывания изменяется и рассто­ яние между линиями одина­

ковых скоростей. Кроме того, принято, что распространение сферы всасывания в массу всасываемого грунта незначи­ тельно и тем больше, чем меньше щель всасывания и чем рыхлее грунт.

Скорость воды на поверх­ ности размываемого и засасы­ ваемого грунта зависит преж­ де всего от величины щели между кромками приемного отверстия и поверхностью грунта. Наиболее интенсив­ ный размыв и поступление грунтовых частиц в грунто­ приемник (т. е. наибольшее

насыщение смеси грунтом) будет при минимально возможной для дан­ ной насосной установки и для данного грунта величине щели всасыва­ ния, но при соблюдении условия постоянного вакуума. Следовательно, для обеспечения непрерывного интенсивного всасывания грунта нужно непрерывно перемещать грунтоприемник в сторону удаляемого грун­ та. При резком и чрезмерном заглублении грунтоприемника в грунт или полном завале его слоем грунта происходит срыв вакуума. При кратковременном завале грунтоприемника тонким слоем разрыхлен­ ного грунта работа землесоса возможна, так как всасывание грунта будет происходить вследствие выпора грунта в сторону приемного от­ верстия гидродинамическим давлением, а также вследствие образова­ ния со временем щели всасывания.

На процесс всасывания несвязного грунта оказывают влияние сле­ дующие факторы, зависящие от условий работы, конструктивных осо­ бенностей грунтонасосной установки и технологии работы: физико-

287

механические свойства грунта, толщина снимаемого слоя грунта и ско­

в отверстии грунтоприемника и расход смеси, расстояние между отвер­ стием грунтоприемника и поверхностью динамического (неустановив­ шегося) откоса грунта, т. е. ширина щели всасывания, а также скорость

расположенные перед отверстием и с боков от него и находящиеся в со­

Вода, засасываемая по направлению 3—3, размывает и увлекает в грунтоприемник частицы грунта, находящиеся перед нижней кромкой грунтоприемника и несколько ниже ее. Эта же струя воды способст­ вует всасыванию крупных частиц грунта, которые не были увлечены струями по направлениям / — / и 2—2 и скатились по откосу к нижней части грунтоприемника.

Величина расхода смеси, идущей по четырем направлениям, зави­ сит от угла наклона плоскости грунтоприемника к откосу грунта в

288

момент работы, от размеров боковых вырезов в грунтоприемнике, кру­ тизны динамического откоса грунта перед приемником и характера грунта.

При работе папильонированием (рис. 150), как и при работе тран­ шеями, вода в грунтоприемник землесоса может поступать по четырем направлениям: / — / сбоку, со стороны неразработанной части данной папильонажной ленты; 2—2 спереди, со стороны следующей неразрабо­ танной ленты; 3—3 сзади, со стороны предыдущей разработанной ленты; 4—4 сбоку, со стороны разработанной части данной папильонажной ленты. При этом основное количество грунта поступает в грунтопри­ емник вместе с водой по направлениям 1—/ а 2—2, а по направлениям 3—3 и 4—4 поступает главным образом чистая вода или вода с малым количеством грунта.

§ 93. Движение пульпы в грунтопроводе

Пульпа может существовать только в движении. При этом, в от­ личие от всех однородных жидкостей, основные свойства пульпы зави­ сят не только от рода и содержания транспортируемого материала, но также от скорости и характера ее движения по грунтопроводу.

Грунтопроводы якорных и самоотвозных землесосов имеют гори­ зонтальные, вертикальные, наклонные и криволинейные участки. Прак­ тический интерес представляет прежде всего изучение особенностей движения пульпы в горизонтально расположенных трубах, поскольку они составляют основную часть трубопровода, да и в судовом напорном грунтопроводе имеют наибольшую протяженность.

Знание особенностей движения пульпы в разнообразных условиях помогает управлять гидротранспортированием грунта и намечать меро­ приятия по повышению эффективности этого процесса.

В расчетах насосных установок всегда имеются в виду средние значения движения скорости пульпы, по которым определяются потери напора в грунтопроводах и производительность (расход) по пульпе в различных режимах работы землесоса. Между тем, в любом попереч­ ном сечении грунтопровода наблюдается неравномерное движение пульпы и это обстоятельство имеет существенное значение.

Степень неравномерности этого движения зависит от величины средней скорости транспортировки пульпы, насыщенности пульпы грунтом и средней крупности перемещаемых грунтовых частиц, кото­ рую характеризует гранулометрический состав рефулируемого грунта.

На рис. 151 показаны эпюры скоростей, наблюдающиеся при из­ влечении илистых грунтов, пылевидных песков и глины, поддающейся эффективному размыву водой.

Мельчайшие частицы, из которых состоят перечисленные грунты, даже при умеренных скоростях транспортировки (рис. 151, а, эпюра /) легко приходят во взвешенное состояние и настолько хорошо переме­ шиваются с водой, что пульпу в этом случае можно рассматривать как однородную жидкость. В средней части трубы пульпа движется бы­ стрее, а в верхней и нижней — медленнее. Разрыв в величинах наблю-

даемых скоростей увеличивается по мере общего увеличения скорости движения (эпюра / / ) , причем поток у нижней стенки трубы начинает сильнее отставать не только от потока в середине, перемещающегося с максимальной скоростью, но в несколько меньшей мере и от потока, движущегося вдоль верхней стенки.

С увеличением насыщения пульпы грунтом движение ее замедляет­ ся, но распределение скоростей по высоте сечения трубы в принципе остается таким же.

Иной характер движения пульпы наблюдается в том случае, когда транспортируется среднезернистый и крупнозернистый песок. Здесь

разуя слой, растущий по толщине по мере насыщения пульпы грунтом. Дальнейшее уменьшение средней скорости пульпы приводит к тому, что этот слой становится неподвижным и перемещение грунта фактически происходит уже только в некоторой части внутреннего пространства трубы, расположенного над этим «мертвым слоем». Площадь проход­ ного сечения трубы становится меньше, потери напора на трение воз­ растают, хотя средняя скорость пульпы, определенная обычным мето­ дом, оказывается весьма невысокой, поскольку, как всегда считается, движение происходит по всей площади поперечного сечения трубы.

Состав движущейся пульпы неоднороден по поперечному сечению грунтопровода. В нижней части трубы консистенция пульпы значи­ тельно выше, чем в середине и, особенно, сверху.

На рис. 152 показаны кривые распределения консистенции по вертикальному диаметру горизонтального грунтопровода диаметром 500мм. По оси ординат отложено расстояние вверх от низа трубы, по горизонтальной оси — удельный вес пульпы. Отдельные линии соответ­ ствуют транспортированию пульпы различной средней консистенции. Консистенция пульпы по ширине грунтопровода на каждом уровне приблизительно одинакова.

Пульпа состоит из частиц различного размера. При движении ее по горизонтальному грунтопроводу отмечена определенная закономер­ ность в распределении грунта по поперечному сечению трубы; в ниж-

290