книги / Эксплуатационные характеристики земснарядов с погружными грунтовыми насосами
..pdfС.А. ИВАНОВ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЗЕМСНАРЯДОВ С ПОГРУЖНЫМИ ГРУНТОВЫМИ НАСОСАМИ
Под редакцией профессора И.М. Ялтанца
Издание 2-е, стереотипное
МОСКВА
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ГОРНАЯ КНИГА»
♦
ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
о ч >
2009
И Б П И О Т Е К А ГИДРОМЕХАНИЗАТОРА
-------------Р Е П А К 1 1 И 0 Н Н А Я К О Л Л Е Г И Я --------------
П О П Р О Б Л Е М А М Г И Д Р О М Е Х А Н И З А Ц И И
Председатель И.М. ЯЛТАНЕЦ
Зам. председателя С.М. Ш ТИН
проф. МГГУ, акад. Международной академии информатизации, д-р техн. наук
зам. ген. директора
ООО «НПО «Гольфстрим», акад. Академии транспорта, канд. техн. наук
Члены Редколлегии Л.Х. ГИТИС
В.Б. ДОБРЕЦОВ
В.П. ДРОБАДЕНКО
НМ . ЛЕВАНОВ
М.И. Щ АДОВ
Директор Издательства МГГУ
проф. СПбГТИ, акад. Академии горных наук, д-р техн. наук
проф. РГГУ, акад. Академии горных наук, д-р техн. наук
президент ООО «Компания «Трансгидромеханизация», акад. Академии транспорта
проф. МГГУ, президент Международного горного конгресса, акад. Академии горных наук, д-р техн. наук
УДК 622.271.6 ББК 38.623
И 20
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к издани ям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253— 03, утверж ден ным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29..124— 94). Санитарно-эпидемиологи
ческое заключение |
Федеральной службы по надзору в сфе |
|
ре |
защиты прав |
потребителей и благополучия человека |
№ |
77.99.60.953.Д.012634.11.08 |
Иванов С.А.
И 20 Эксплуатационные характеристики земснарядов с погруж ными грунтовыми насосами / Под ред. И.М. Ялтанца. — М.: Издательство «Горная книга», Издательство Московского го сударственного горного университета, 2009. — 102 с.: ил. (БИБЛИОТЕКА ГИДРОМЕХАНИЗАТОРА)
ISBN 978-5-98672-157-6
ISBN 978-5-7418-0603-6
Дан краткий анализ эксплуатации земснарядов с погружными грунто выми насосами, рассмотрены результаты исследовательских и опытно конструкторских работ. Приведены теоретические основы расчета производи тельности плавучих землесосных снарядов с погружными грунтовыми насо сами. Изложен метод расчета энергозатрат земснаряда в зависимости от глу бины погружения грунтового насоса и глубины разработки месторождения.
Расчеты основных показателей эксплуатации плавучих землесосных снарядов представлены в приложении.
Для инженерно-технических работников предприятий, занимающихся проектированием и ведением горных и строительных работ. Может быть полезна студентам высших учебных заведений.
|
УДК 622.271.6 |
|
ББК 38.623 |
ISBN 978-5-98672-157-6 |
© С.А. Иванов, 2007,2009 |
ISBN 978-5-7418-603-6 |
©Издательство «Горная книга», |
|
2007,2009 |
|
© Издательство МГТУ, 2009 |
|
© Дизайн книга. Издательство |
|
МГГУ, 2007,2009 |
Только с помощью абстракции теоретического мышления горняки могут отвлекаться от случайных факторов, от случайных связей в изучаемых явлениях, могут проткнуть в их глубину и установить объ ективные закономерности, лежащие в основе изучаемых явлений.
Акад. АН СССР, РАН В.В. Ржевский
ПРЕДИСЛОВИЕ
Гидромеханизация — это тот способ ведения горных и строительных работ, который предопределяет высокий уровень механизации производственных процессов, высокую интенсив ность ведения работ при сравнительной низкой стоимости 1 м3 грунта, возможность разработки обводненных и подводных ме сторождений, высокое качество возводимых технических соору жений, возможность попутного обогащения (фракционирования) горной массы.
Гидромеханизация широко применяется на вскрышных ра ботах, добыче строительных материалов, разработке россыпных месторождений, при строительстве и углублении судоходных пу тей, в гидротехническом и транспортном строительстве, в про мышленном и гражданском строительстве, в мелиорации и вод ном хозяйстве, при обустройстве нефтяных и газовых месторож дений и многих других отраслях.
Однако в гидромеханизации имеется ряд недостатков, свя занных с производительностью средств гидромеханизации и энергозатратами на 1 м3 разрабатываемой горной массы.
Отечественная и зарубежная практика эксплуатации плаву чих землесосных снарядов показывает, что ограничивающим фактором повышения консистенции гидросмеси, а следователь но, и производительности земснаряда является не транспорти рующая способность системы (грунтовый насос - напорный тру бопровод), а всасывающая способность грунтового насоса. Из вестно, что по условиям напорного гидротранспорта плотность перекачиваемой гидросмеси может достигать 1200—1400 кг/м3, в то время как по условиям бескавитационной работы она может
5
лишь составлять 1100— 1200 кг/м3. Необходимо только иметь в виду, что высказанное положение наиболее значимо для палуб ного или трюмного расположения грунтового насоса. При ис пользовании на земснаряде погружного грунтового насоса экс плуатационные характеристики земснаряда могут существенно измениться, что подтверждается исследованиями, проводимыми
внастоящее время.
Вданной книге приводятся исследования автора по эксплуа тации земснарядов с погружными грунтовыми насосами, а также некоторые теоретические исследования, проводимые рядом авто ров и организаций.
Данная работа будет полезной для инженерно-технического персонала горно-добывающих и строительных предприятий, про ектных организаций, а также для студентов высших учебных за ведений.
Председатель редакционной колле гии по проблемам гидромеханиза ции при Издательстве Московского государственного горного универ ситета, докт. техн. наук, проф. МГТУ Л * / ?
ИМ . Ялтанец
1. Краткий анализ эксплуатации землесосных снарядов
Гидромеханизированный способ производства горных и зем ляных работ с помощью плавучих землесосных снарядов в по следние годы находит все большее распространение. Расширяют ся области применения этого способа производства, который ох ватывает новые регионы — от северо-западных областей до За падной Сибири и Дальнего Востока. Однако во многих случаях распространение плавучих земснарядов общестроительного на значения с палубным и трюмным расположением грунтового на соса сдерживается при проведении гидромеханизироваиных ра бот вследствие существенных недостатков, присущих обычным земснарядам. Главным из этих недостатков является ограничен ная глубина разработки, которая при усложняющихся горно геологических условиях залегания полезных ископаемых сущест венно влияет на использование таких земснарядов. К числу не достатков также относится ограниченное значение консистенции транспортируемой гидросмеси, которая не позволяет повысить производительность землесосного комплекса. Эти недостатки обусловлены ограниченной всасывающей способностью грунто вого насоса. Поэтому глубина, с которой ведутся разработки гор ных пород, или при различных дноуглубительных работах не превышает 12— 15 м, а консистенция гидросмеси обычно состав ляет не более 10 %.
Широкий интерес к земснарядам с погружными грунтовыми насосами в нашей стране и за рубежом возник в 80—90 годы про шлого столетия. Был проведен ряд научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, испытания опытно-промышлен ных конструкций земснарядов с погружными грунтовыми насосами. Анализ результатов этих работ приведен в следующем разделе предлагаемого издания. Указанные работы показали ряд существенных преимуществ по сравнению с применением обычных землесосных снарядов с непогружными грунтовыми насосами.
Кроме основной задачи — увеличения глубины разработки, то есть расширения области использования земснаряда, прове
7
денные испытания показали, что даже при небольших глубинах разработки консистенция перекачиваемой гидросмеси, а следова тельно и производительность земснаряда может быть значитель но увеличены. Это обусловлено повышением всасывающей спо собности земснаряда, во-первых, за счет создания подпора на входе в погружной грунтовый насос, во-вторых, за счет снижения гидравлических потерь во всасывающем трубопроводе вследст вие уменьшения его длины. На рис. 1.1 представлены схемы зем снаряда с погружным и непогружным грунтовым насосом. К чис лу других преимуществ применения земснарядов с погружными грунтовыми насосами относятся следующие:
1)улучшение условий охраны окружающей среды, связан ные с сохранением полезных угодий вследствие увеличения глу бины разработки минерального сырья, а также уменьшениями замутнения водоема по сравнению с обычным способом разра ботки вследствие эффективного грунтозабора;
2)снижение удельных энергозатрат на добычу и гидротранс портировку твердых материалов вследствие повышения конси стенции гидросмеси, то есть уменьшения энергозатрат на пере качку несущей среды (воды);
» |
б |
Рис. 1.1. Схемы земснарядов с непогружным (палубным) (а) н погружным
(б) расположением насоса
8
3) снижение износа входных элементов рабочего колеса за счет исключения работы насоса в кавитационном режиме (или с частично развитой кавитацией). Так по данным испытаний 1982 г. земснарядов с погружными грунтовыми насосами МБ16Гру и МБ20Р-11 срок службы рабочего колеса увеличивается в 1,6—2,5 раза;
4)экономия времени на каждом запуске грунтового насоса, так как не требуется создания дополнительными устройствами определенного разряжания на входе в грунтовый насос для за полнения его водой;
5)снижение шума и вибрации на земснаряде за счет исклю чения даже кратковременной эксплуатации грунтового насоса в кавитационном (или близком к нему) режиме. Это создает более комфортные условия для работы обслуживающего персонала.
Таким образом, можно считать, что применение земснарядов
спогружными грунтовыми насосами является самым прогрес сивным и перспективным направлением развития гидромехани зированного способа производства работ.
Если на первых этапах применения землесосных снарядов с погружными грунтовыми насосами производились модернизация и частичное изменение конструкции уже существующих земсна рядов, то в настоящее время отечественные заводы выпускают специально для этих целей предназначенные земснаряды. Так, следующие организации ОАО «Промгидромеханизация», ОАО «Механический завод гидрооборудования» и др. выпускают зем снаряды, которые успешно эксплуатируются в различных регио нах страны. На первых этапах создания и освоения плавучих зем снарядов с погружными грунтовыми насосами, когда в основном решались вопросы конструкции земснаряда и привода погружно го насоса, особенного внимания не уделялось вопросам эффек тивности и экономичности гидромеханизированного процесса, а именно таким количественным характеристикам, как максималь ная производительность и удельные энергозатраты. Похэтому в данной работе приведены результаты исследований, посвящен ных именно этим вопросам.
Знание факторов, обеспечивающих минимальные энергоза
траты и максимальную производительность земснаряда, позволя ет определигь рациональные режимы работы грунтового насоса,
9
то есть его рабочую подачу. На основании этих данных представ ляется возможным обосновать и рекомендовать эксплуатацион ные режимы работы земснаряда, как на стадии проектирования всего гидротранспортного комплекса, так и при его эксплуатации.
Известно, что повысить эффективность работы плавучих землесосных снарядов при глубинах разработки более 12— 15 м можно и при использовании эжекторных устройств на всасы вающей линии земснаряда. Однако рядом исследований и опыт но-промышленной эксплуатацией установлено, что эффектив ность применения земснарядов с погружными грунтовыми насо сами существенно выше, чем использование эжекторных грунто заборных устройств. Так, по данным Б.В. Ухина производитель ность земснаряда с погружными грунтовыми насосами более чем в 2 раза выше, а энергозатраты на 1 м3 добываемого грунта в 2,4 раза ниже, чем земснаряда с эжекторным устройством на входе во всасывающую трубу.
Известен и другой способ повышения эффективности разра ботки грунта плавучими землесосными снарядами с бблыпих глубин — использование эрлифтного гидроподъема. Однако так же, как и в случае применения эжекторных устройств гидроподъ ем с помощью этого устройства совместно с грунтовыми насоса ми, установленными на земснаряде, приводит к значительному увеличению требуемой мощности, то есть повышению удельных энергозатрат.
Для повышения всасывающей способности земснаряда с не погружным грунтовым насосом представлялось целесообразным снижение гидравлических потерь во всей всасывающей линии, что, в первую очередь, связано со снижением скоростей как по длине трубопровода, так и при входе во всасывающий наконеч ник, а также уменьшением перепада давления на всасывании. По следнее обуславливает снижение интенсивности гидроразмыва и пульпообразования, то есть уменьшение консистенции транспор тируемой гидросмеси. Наличие подпора на всасывании позволяет повысить скорости непосредственно перед входом во всасываю щий трубопровод, использовать различные способы создания вихревого потока и перепада давления на всасывании. При этом на всасывании земснаряда можно использовать часть напора по гружного грунтового насоса, превышающего его допустимую
ю