Принцип работы земснаряда схема. Рабочее оборудование земснарядов

, Методы разработки грунтов землесосным земснарядом

Как устроен земснаряд?

Для того чтобы наши потенциальные клиенты хорошо представляли принципы работы гидромеханизации, на данной страничке мы постараемся дать развернутое описание устройства земснаряда .

Итак, Землесосный Снаряд, или Земснаряд, Драга, Землесос - это судно, предназначенное для подводной разработки грунтов методом гидромеханизации. Данный метод основан на перекачивании специальным насосом жидкостей с высоким содержанием частиц грунта (пульпы) по специальному пульпопроводу на большие расстояния. Основным рабочим органом земснарядов является грунтосос - насосный агрегат с высокой абразивной устойчивостью проточной части. Грунтососы, как правило, располагаются в трюме судна, чтобы была возможность опустить ось насоса ниже уровня воды. Это позволяет избежать возникновения процесса кавитации, значительно сокращающего срок службы насоса. Итак, именно этот грунтовый насос всасывает со дна частицы грунта вместе с водой, и перекачивает их по трубам на берег, или шаланду (грунтоовозную баржу).

Чтобы облегчить насосу процесс всасывания, на земснарядах имеются насосы технического водоснабжения. Самые основные среди них - это насосы гидрорыхления и эжекции. Гидравлическое рыхление применяется при разработке несвязных грунтов - как правило, песка и песчано-гравийных смесей. Струя воды под высоким напором врезается в дно водоема, образуя взвесь из воды и частиц грунта (пульпу). Подобная пульпа значительно легче всасывается заборной трубой земснаряда, нежели слежавшийся грунт. Эжекционный насос подает воду во всасывающую трубу грунтового насоса, что значительно сокращает усилие, необходимое на всасывание смеси с большой глубины. Соответственно, чем глубже ведется разработка дна, тем мощнее необходим насос эжекции. Иными словами, насосы технического водоснабжения значительно повышают КПД грунтового насоса, что очень важно, когда работы ограничены сроками (нерестом, температурой, условиями договора).

По поверхности воды земснаряд передвигается с помощью лебедок перемещения, либо свайного хода. Бывают земснаряды, совмещающие в себе оба способа. Перемещение с помощью лебедок и тросов, как правило, применяются на карьерах по добыче инертных материалов, закрытых водоемах, и акваториях со слабым течением. Использовать тросовый способ на реках с сильным течением опасно возможностью обрыва тросов. Свайный же ход в условиях интенсивного течения намного эффективнее и безопаснее. Однако, применение на карьерах и водоемах с большой глубиной невозможно.

Еще одной очень важной деталью устройства землесосов является трубопровод, по которому транспортируется пульпа. Диаметр труб, общая длина трубопровода, особенности его монтажа и использования просчитываются задолго до начала работ. Создаваемый в трубах при работе гидростатический напор может оказаться слишком высоким для грунтового насоса (особенно это касается случаев с выбросом пульпы на расстояния более километра). Поэтому, необходим гидротехнический расчет всех рабочих узлов земснаряда. Если в поставленных условиях насос земснаряда будет работать с слишком низкими показателями КПД, то возможно либо повышение мощности приводов грунтового и технических насосов, либо между земснарядом и точкой выброса устанавливается промежуточная насосная станция.

Управление процессом работы землесоса производится из рубки багермейстера . Пульт управления состоит из множества датчиков и приборов. Бывает, даже опытному оператору, приступившему к работе на новой машине поначалу трудно разобраться в большом количестве кнопок, тумблеров и рычагов. Именно с пульта багера ведется управление абсолютно всеми системами - от пуска грунтового насоса, до включения лампочки в моторном отсеке.

Землесосные установки предназначаются для всасывания грунта со дна водоема (иногда с предварительным рыхлением) и перемещения его по пульповоду к месту укладки или для транспортирования грунта от места разработки к месту укладки. Они применяются при сооружении каналов, углублении и очистке каналов, отстойников, рек, озер, морей, водохранилищ; для добычи строительных материалов из-под воды (песок, гравий); для намыва плотин и дамб.

Разработка грунта землесосной установкой основана на размывающей и влекущей способности воды. Центробежный насос 3 (рис. 178) создает поток воды, который отделяет от дна водоема частицы грунта. Через грунтоприемник 1 он увлекается во всасывающий трубопровод 2, заполняет корпус насоса и рабочим колесом выбрасывается в нагнетательный и транспортирующий трубопроводы 5 и 6, по которым транспортируется к месту укладки. Транспортирующий трубопровод (пульпопровод) 6 в пределах водоема укладывают на понтонах 7. Центробежный насос приводится во вращение от двигателя 4.

Непрерывное всасывание грунта обеспечивается постоянным расположением грунтоприемника в непосредственной близости от разрабатываемого грунта. Для этого грунтоприемник передвигают поперек и вдоль снимаемого пласта и изменяют угол наклона всасывающего трубопровода в вертикальной плоскости. Сваи 8 управления перемещением землесосной установки поднимаются лебедками.

При разработке связных грунтов у грунтоприемника устанавливают механический рыхлитель 9, который ножами отделяет частицы грунта от массива, а поток воды, создаваемый центробежным насосом, захваты-вает их и засасывает во взвешенном состоянии во всасывающий трубопровод.
Центробежный насос, устанавливаемый на землесосных установках, называют землесосом.

Рис. 178. Схема работы землесосной установки :
1 - грунтоприемник; 2 - всасывающий трубопровод; 3 - центробежный насос; 4 - двигатель; 5 - нагнетательный трубопровод; 6 - транспортирующий трубопровод;
7 - понтоны; 8 - сваи; 9 - механический рыхлитель.

Землесос (рис. 179) отличается от обычных водяных центробежных касосов только тем, что корпус 1 и рабочее колесо 2 рассчитаны на пропуск воды с грунтом, имеющим крупные каменистые включения, и изготовляются из износостойких материалов. Рабочее колесо (одностороннего всасывания) посажено консольно на вал 3, опирающийся на подшипниковую опору 4 и соединенный непосредственно с валом электродвигателя эластичной муфтой, или через редуктор и фрикционную

Рис. 179. Землесос :
1 - корпус; 2 - рабочее колесо; 3 - вал; 4 - опора; 5 - напорный патрубок; 6- всасывающий патрубок.

муфту включения с двигателем внутреннего сгорания. От осевого смещения вал с рабочим колесом удерживается упорным подшипником, установленным сзади подшипниковой опоры. Ступица рабочего колеса расположена в сальниковой коробке, которая предохраняет от попадания на нее абразивных частиц. Для защиты сальникового уплотнения от пульпы между корпусом и рабочим колесом со стороны вала под давлением подается чистая вода. Очистку и проверку состояния корпуса и рабочего колеса проводят через люки в корпусе. Всасывающий патрубок 6 крепится к передней крышке. Для отсоса воздуха при запуске землесоса в верхней части корпуса имеется отверстие, к которому присоединяется вакуумнасос.

Рабочее колесо имеет от 3 до 6 лопастей, идущих по спирали от центра к наружному диаметру между двумя торцовыми дисками. При вращении рабочего колеса у всасывающего патрубка образуется разрежение, и пульпа засасывается в пространство между лопастями, откуда ими выталкивается в напорный патрубок 5 землесоса и далее в трубопровод.

Землесосные установки делятся на сухопутные и плавучие.
Сухопутные установки изготовляют: стационарные и передвижные на железнодорожном, гусеничном, шагающем и колесном ходу; плавучие - на понтонах.

Стационарные землесосные установки применяют при объемах работ, которые могут быть выполнены с одной стоянки, и для транспортирования грунта, разрабатываемого другими машинами.

Передвижные землесосные установки применяют при работах, когда по условиям местности и объему работ разработка грунта или транспортирование с одной стоянки не может быть обеспечено и требуется перемещение установки по направлению к забою.

Землесосные установки, предназначенные только для транспортирования грунта, выполняются с неподвижной всасывающей частью во время работы.

На гидромелиоративных работах наибольшее применение находят плавучие землесосные установки - земснаряды. По конструктивному признаку их можно разделить на две группы:
-земснаряды для мелиоративных и дноуглубительных работ, приспособленные для работы на каналах, реках, озерах и в портах. Эти земснаряды имеют свою силовую дизельную или дизель-электрическую установку и приспособлены к работам при быстром течении воды и больших волнах;

Земснаряды для строительных целей и добычи полезных ископаемых с приводом механизмов электродвигателями, питающимися электроэнергией от стационарной или передвижной электростанции. Применяют эти установки при сооружении крупных каналов, котлованов, очистке отстойников и голов каналов, намыве плотин и дамб, для добычи песка и гравия из-под воды и на вскрышных работах.

Для очистки от наносов каналов, прудов, водоемов, углубления дна малых рек, подводящих каналов насосных станций, строительства оросительных и осушительных каналов, рытья котлованов для мелиоративных сооружений и других подобных работ применяют дизельные и дизель-электрические малогабаритные земснаряды. Их можно разделить на земснаряды для работы на каналах и в выемках с шириной по дну свыше 2,5 мпроизводительностью 20-35 м3/ч и свыше 5 м производительностью 60-100 м3/ч.

Земснаряды первой группы (рис. 180) изготовляются с комбинированным устройством для разработки и транспортирования грунта. Корпус 3 металлический, плоскодонный, с прямоугольными обводами. В машинном помещении 6 в передней части установлены землесос и генератор, а в задней - двигатель внутреннего сгорания.

Рис. 180. Малогабаритная плавучая землесосная установка :
1-роторный рыхлитель; 2 - смесительный бункер; 3 - корпус; 4 - канат; 5 - пульт управления; 6 - машинное отделение; 7 - сваи; 8 - навес; 9 - лебедка; 10 - кронштейн.

Рабочие органы - роторный рыхлитель 1 и всасывающая труба, проходящая через смесительный бункер 2, - шарнирно соединены с корпусом и подвешены на полиспасте к кронштейну 10 так, что лебедкой можно их приподнимать и опускать. Пульт управления 5 с контрольными приборами расположен на палубе в носовой части корпуса, закрытой сверху съемным навесом 8. Рабочие передвижения снаряд совершает при помощи свай 7 и двух канатов 4, закрепленных на папильонажной лебедке 9.

Большинство земснарядов малых габаритов имеет сменное рабочее оборудование - сосун, черпаковое устройство и роторный рыхлитель. Сосуном разрабатывают пески и неплотные супеси; черпаковым устройством- плотные супеси, легкие суглинки; роторным рыхлителем - вязкие илистые грунты, заросшие растительностью. На замену рабочего оборудования
затрачивается 1,5-2 ч.

Земснаряды второй группы (рис. 181) изготовляются с неразборным и с разборным на две части корпусом 10. Рабочие органы - фрезерный рыхлитель 1 и всасывающая труба - укреплены на раме 11, которая пятой шарнирно соединена с корпусом 10, а головкой подвешена на полиспасте. Рыхлитель вращается двигателем 12, установленным на площадке у пяты рамы. Папильонажные лебедки 2 расположены на палубе носовой части, а лебедки 7 подъема свай - на палубе задней части корпуса. Землесос 3, заливочный насос 4, двигатель внутреннего сгорания 5 и дизель-генератор б размещены в трюме машинного помещения. Сваи 8 направляющими кронштейнами прикреплены к задней части корпуса. Плавучий пульповод 9 соединяется с нагнетательной трубой землесоса гибким шлангом или шаровым соединением.

Земснаряды с электроприводом (рис. 182), предназначенные для механизации земляных работ на крупных гидротехнических объектах и вскрышных работах, а также для добычи строительных материалов, выпускаются производительностью 100, 300, 500 и 1000 м3/ч, весом от 64 до 650 т. Они имеют принципиально такую же конструкцию, как и малогабаритные дизель-электрические снаряды, но у них нет своего источника электроэнергии (дизель-генератора).

Рис. 181. Земснаряд с дизель-электрическим приводом:
1 -фрезерный рыхлитель- 2 - папильонажная лебедка; 5 -землесос; 4 - заливочный насос; 5 - двигатель внутреннего сгорания; 6 - дизель-генератор; 7 - лебедка подъема свай; 8 - свайный аппарат; 9 - пульповод; 10 - корпус; 11 - рама; 12 - электродвигатель привода рыхлителя.

Рис. 182. Земснаряд с электрическим приводом:
1 - фреза; 2 - канат к якорю; 3 - рама: 4 - корпус; 5 надпалубная надстройка; 6 - землесос; 7 - электродвигатель; 8- сваи; 9 - лебедки; 10 - плавучий пульповод.

Корпус 4 земснаряда разделен на водопроницаемые отсеки. В надпалубной надстройке 5 установлены папильонажные лебедки и пульт управления. Землесос 6, соединенный эластичной муфтой с электродвигателем 7, центробежный насос для залива землесоса и подачи воды в его сальник и вакуум-насос размещены в среднем отсеке трюма корпуса. Сваи 8 поднимаются лебедками 9, расположенными на палубе задней части корпуса. Плавучий пульповод 10 с напорной трубой землесоса соединяется шаровым шарниром. Рама 3 разрыхлителя на двух шарнирах прикреплена в вырезе корпуса и подвешена на полиспасте. Канаты 2 от папильонажных лебедок к якорям идут через направляющие блоки, установленные на раме рыхлителя. Рыхлитель 1 приводится во вращение от электромотора через редуктор. Электрические устройства современных земснарядов очень сложны и состоят из высоковольтного гибкого питающего кабеля для подключения к береговым сетям (укладывается обычно по понтонам плавучего пульповода), пусковой и защитной аппаратуры, трансформаторной подстанции, высоковольтной и низковольтной внутренней сети, системы блокировок и вторичной коммутации и пульта централизованного управления.
На земснарядах с электроприводом применяются фрезерные, роторные

Рис. 183. Схема папильонажа при обычном свайном ходе:
/, // - лебедки; 1-4 - слои грунта.

Рис. 184. Схема папильонажа при роторном свайном ходе :

1-III -положения земснаряда; 1,2 - канаты.

и гидравлические рыхлители. Последние два вида почти не получили распространения. Для рабочих перемещений земснарядов применяются свайные ходы двух типов: две сваи, каждая из которых прикреплена в направляющих к корпусу земснаряда (см. рис. 180), и две сваи, проходящие в направляющих поворотной обоймы (роторный свайный ход), установленный сзади корпуса, так, что она может вращаться относительно вертикальной оси (напорный поворотный свайный ход).

При первом типе свайного хода перемещение земснаряда при разработке грунта выполняется поочередным поворачиванием снаряда вокруг одной из свай (рис. 183). Свая А под действием собственного веса опускается и заглубляется в грунт. Наматывая трос на лебедку / и ослабляя трос лебедки //, поворачивают снаряд вокруг сваи А до положения, изображенного пунктиром. Рабочий орган при этом снимает слой грунта /. Затем свая А поднимается, а свая Б опускается. Наматывая трос на лебедку // и ослабляя трос лебедки /, поворачивают снаряд вокруг сваи Б, снимая слой грунта 2. Повторением таких операций снимают слои, пока не потребуется перекладка якорей. Переложив якоря на новое место таким же путем ведут дальнейшую разработку.

При таком свайном ходе земснаряд, совершая рабочие перемещения, вращается относительно разных осей. В силу этого рабочий орган проходит часть пути по выработанному участку, а часть участка оставляет неразработанным. При разработке тяжелых связных грунтов указанный недостаток снижает производительность.

Роторный свайный ход обеспечивает выработку грунта правильными концентрическими полосами с незначительным перекрытием (рис. 184) за счет того, что свая, на которой происходит поворот, каждый раз закрепляется на оси прорези. Для начала работы земснаряд устанавливают в положение /. В грунт закрепляется свая, установленная направляющей обоймой по оси корпуса снаряда. Наматыванием каната / на барабан лебедки и ослаблением каната 2 земснаряд поворачивается вокруг опущенной сваи до положения //. Затем специальным механизмом направляющая обойма со сваями вращается до тех пор, пока поднятая свая не переместится вперед и не совместится с осью прорези. Одновременно с поворотом поднятой сваи этим же механизмом перемещается землесос вперед в положение ///. Натяжением каната 2 при ослабленном канате / земснаряд вращается относительно вновь опущенной сваи и снимает следующую полосу грунта. Так, поворотом земснаряда относительно поочередно опускаемых свай и перемещением вперед выбирают грунт до перекладки якорей.

Пульпа от земснаряда до берега перекачивается по плавучему трубопроводу - пульповоду, а далее - по трубам, уложенным на грунт или специальные подставки.

Плавучий пульповод - это цепь из понтонов (бочек), шарнирно соединенных между собой, с проложенными по ним трубами. На некоторых понтонах установлены ручные лебедки, с помощью которых пульповод якорями закрепляется от смещения его течением воды и ветром.

Для перекладки якорей в пределах водоема к земснарядам прикрепляют лодку или катер, а для соединения плавучего пульповода с береговым - плавучие краны.

Поплавковые уровнемеры устанавливаются на резервуарах для хранения жидких и сыпучих веществ.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА ЗЕМСНАРЯДОВ

В транспортном строительстве, в том числе и при строительстве автомобильных дорог, преимущественно применяют земснаряды. Независимо от конструкции и назначения они состоят из следующих основных узлов и агрегатов (рис.1).

Рис.1. Схема земснаряда:

1 - папильонажная свая; 2 - свайный аппарат; 3 - палубная надстройка; 4 - стрела; 5 - всасывающий пульпопровод; 6 - понтон; 7 - двигатель; 8 - грунтовый насос; 9 - рыхлитель; 10 - напорный пульпопровод; 11 - плавающий пульпопровод; 12 - лебедка; 13 - трос.

Устройство и работа земснаряда

Устройство и работа земснаряда

Земснаряд состоит из корпуса в виде понтонов 6, на котором размещены все устройства. В задней части корпуса размещены папильонажные сваи 1 и устройство 2, обеспечивающие перемещение земснаряда при разработке грунта. На центральном понтоне размещена палубная надстройка 3 (рубка управления с контрольно-измерительными приборами), а внизу в трюме расположена гидротранспортирующая установка, состоящая из грунтового насоса 8 и привода 7 (силовой установки: электрической, дизельной, дизель-электрической), а также всасывающий пульпопровод 5 (трубопровод, соединяющий грунтозаборное устройство с грунтовым насосом) и напорный пульпопровод 10 (трубопровод на корпусе земснаряда, соединяющий грунтовый насос с плавающим пульпопроводом 11 и соединяющий земснаряд с береговым пульпопроводом), кроме того, обеспечивающий возможность перемещения земснаряда в забое. В передней части корпуса земснаряда установлена стрела 4, выполняющая функции регулятора глубины разработки грунта и перемещения рабочего органа - рыхлителя 9 и этот процесс осуществляется при помощи лебедки 12 и троса 13. Имеется оборудование вспомогательного водоснабжения для промывки, уплотнения и охлаждения рабочих элементов грунтового насоса.

Земснаряд работает следующим образом: рыхлитель 9 стрелой 4, приводимой в движение лебедкой 12 при помощи троса 13, перемещается на заданную глубину добычи грунта и в работу включается грунтовый насос 8, приводимый в движение от двигателя 7. Частицы грунта рыхлителем 9 отделяются от массива, смешиваются с водой и гидросмесь (пульпа) насосом 8 по всасывающему 5, напорному 10 и плавающему 11 пульпопроводам подается на территорию намыва.

Технологический процесс разработки и укладки грунта в сооружения ведут земснарядами в комплекте с вспомогательными устройствами и механизмами: бульдозерами, плавучими кранами, пульпоукладчиками. Многообразие выполняемых гидромеханизированных работ, отличающихся не только характером разработки, но и объемами, категорией грунтов, а также дальностью гидротранспорта, требует применения земснарядов различных типоразмеров и конструкций.

Для кратковременной работы на строительстве наиболее распространены полностью разборные земснаряды, узлы которых можно транспортировать по железной дороге и автотранспортом. Для работы в песчано-гравийных карьерах применяют земснаряды с неразборными корпусами, оснащенными утяжеленными грунтозаборными устройствами, грунтовыми насосами и пульпопроводными коммуникациями, что повышает сроки их службы в условиях усиленного износа.

Земснаряды различают по типам грунтового насоса и грунтозаборного устройства. От типа грунтового насоса зависят развиваемый напор и производительность земснаряда по пульпе. Тип грунтозаборного устройства определяется категорией грунта, для разработки которого он предназначен.

Земснаряды разделяются по приводу. Привод - устройство, состоящее из двигателя, передающих механизмов и системы управления для приведения в движение машин и механизмов.

В зависимости от применяемого привода земснаряды разделяют на электрические, дизельные и дизель-электрические. Первые получили наибольшее распространение в строительстве, так как устройство и эксплуатация их значительно проще. За последнее время на стройках Сибири и Дальнего Востока находят применение электрические земснаряды с питанием от автономных плавучих дизельных электростанций. Дизельные земснаряды малой и средней мощности широко применяют в гидромелиоративном строительстве.

Основные характеристики земснаряда: производительность, напор грунтового насоса и глубина разработки от поверхности воды до подошвы забоя.

Различают техническую и эксплуатационную производительность земснаряда по грунту и производительность по пульпе.

Техническая производительность - это производительность земснаряда по грунту данной группы за час чистого времени работы при оптимальных условиях эксплуатации, т.е. при наиболее квалифицированном управлении, наилучшей организации работ, при отрегулированных механизмах.

При определении технической производительности земснаряда количество вынутого грунта определяют путем измерения выемки.

Эксплуатационная производительность - средняя производительность по грунту за общее время работы, включая перерывы по уходу за механизмами и технологические простои.

Производительность по пульпе - расход пульпы, соответствующий технической производительности земснаряда.

Второй важной характеристикой земснаряда является развиваемый грунтовым насосом напор, выраженный в метрах (м), который расходуется на преодоление геодезической высоты подъема пульпы и гидравлических сопротивлений, возникающих при движении пульпы по трубам. Следовательно, чем больший напор развивает грунтовый насос, тем на большее расстояние он способен транспортировать пульпу по пульпопроводам.

Часто земснаряды маркируют двумя цифрами, отражающими его условную часовую производительность по грунту (м/ч) и развиваемый напор (м) при оптимальном режиме. Например, земснаряд 100-35 имеет производительность по пульпе 1000 м/ч или по грунту 1000/10=100 м и развивает напор, расходуемый на гидротранспорт грунта 35 м вод.ст.

Третьей важной характеристикой земснаряда является глубина разработки (расстояние от поверхности воды до подошвы забоя), которая зависит от длины грунтозаборного устройства. Механические рыхлители имеют довольно большую массу, а увеличение их длины ведет к дальнейшему ее повышению, что в свою очередь вызывает необходимость увеличения размеров корпуса земснаряда. Поэтому для разборных земснарядов производительностью по грунту до 200 м/ч - глубина разработки механическими рыхлителями ограничена: 6-12 метров. При необходимости разрабатывать забои на большую глубину, указанные земснаряды оборудуют всасывающими трубами с гидравлическими рыхлителями, имеющими меньшую массу, чем механические. В этом случае глубина разработки ограничивается допускаемой вакуумметрической высотой всасывания грунтового насоса.

Как показывает опыт эксплуатации земснарядов с грунтовыми насосами ЗГМ-1-350, при длине всасывающей трубы до 23 метров еще возможна удовлетворительная работа грунтового насоса при разработке грунта с глубины до 15 метров.

При работе на несвязных грунтах три основные характеристики земснаряда (производительность по грунту, возможные высота и дальность гидротранспорта и глубина разработки) определяются основными характеристиками установленного на земснаряде грунтового насоса. При работе на связных грунтах - производительность земснаряда по грунту целиком зависит от производительности установленного на нем грунтозаборного устройства. Основные технические характеристики земснарядов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Основные характеристики земснарядов