книги / Эксплуатационные характеристики земснарядов с погружными грунтовыми насосами

4- Q .M’/ч

3000

Рис. 3.2. Характеристики гидротранспортной системы «грунтовый насос — трубопровод»:

1 — напорные характеристики на воде и гидросмеси; 2 — характеристики тру­ бопровода; 3 — всасывающие характеристики насоса;______ — вода;---------- и

___ .___ . — гидросмесь различной консистенции

на величину hn - h Ч - Р о ^ . Как видно из рис. 3.2 точки пересе­

Рг

чения кривых 5 с кривыми 3 — а", в", с смещаются в область повышенных подач — QV, Q"e», GV-

21

Рис. 3.3. Всасывающие характеристики грунтового насоса Гру 2000/63 и трубопровода:

всасывающего трубопровода — непогружной насос, Лг = 0,5 м; /гр = 15 м; 3 —

характеристики всасывающего трубопровода — погружной насос, hz =■3 м;

Лр = 15 м

В соответствии с полученными выше подачами насоса мож­ но определить соответственные им значения производительности

земснаряда (по твердому материалу) QT= —■■. 1 + 1

По подсчитанным значениям производительности земснаря­ да <2т построены графические зависимости QT = f{Q), приведен­ ные на рис. 6. Кривая 1 представляет графическую зависимость От =ЛО)> исходя из возможностей напорной системы (точки а, в, с на рис. 3.2). Кривые 2 соответствуют зависимостям QT = Д 0 , исходя из всасывающей способности непогружного и погружного грунтового насоса соответственно.

22

Точка пересечения кривых 1 и 2 — точка А, определяет воз­ можную максимальную производительность земснаряда для ус­ ловий работы при непогружном грунтовом насосе в данной гид­ ротранспортной системе. Как видно из указанных графиков, уве­ личение производительности земснаряда ограничивает именно всасывающая линия. При режиме работы, соответствующей точ­ ке А с подачей насоса QA, обеспечивается стабильный напорный гидротранспорт и бескавитационная работа насоса. Точка пересе­ чения кривых 1 и 2 (пунктирная линия) — точка Б определяет возможную максимальную производительность земснаряда при использовании погружного грунтового насоса. (Поскольку харак­ теристики напорной системы не меняются при погружном грун­ товом насосе, кривая также остается без изменения). Как видно из графиков рис. 3.4 производительность земснаряда Qr при по­ гружном грунтовом насосе (точка Б) выше, чем при непогружном (точка А). Следует считать, что при большем погружении грунто­ вого насоса всасывающая линия вообще не будет являться огра­ ничивающим фактором для увеличения производительности зем­ снаряда Qr. Исходя из полученных значений максимальной про­ изводительности Qr и соответствующей ей подачи насоса Q мо­

гут быть определены значения консистенции S = ——— и

Q -Q T

плотности гидросмеси. Результаты подсчетов приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Значения максимальной производительности земснаряда от условий эксплуатации

23

QT, м*/ч

Рис. 3.4. Зависимость производительности зем снаряда QT от подачи на­ соса Q:

1 — зависимость QT =J{Q) для напорной линии; 2 — зависимость QT= Д 0 для всасывающей линии;_____ — насос непогружной;-------------- насос погружной

Эффективность применения погружного грунтового насоса на земснаряде, то есть повышение его максимальной производи­ тельности Q-r.max зависит не только от глубины погружения Лп, но также и глубины разработки Ар и характеристик напорной гидро­ транспортной системы — геодезической высоты подъема и дальности транспортирования. Эти положения проиллюстрируем на том же примере — при эксплуатации грунтового насоса Гру 2000/63 (рис. 3.2, 3.3). Так, при увеличении глубины разработки Ар (рис. 3.3) кривая сопротивлений всасывающей линии смещает­ ся вниз на меньшую величину в соответствии с выражением

ha-Ар|^-Гр --°j по сравнению с рассмотренным выше случаем.

Таким образом, точка пересечения этой кривой с графической зависимостью Я вла°п смещается в область пониженной подачи на­

соса Q (при той же консистенции), то есть снижается и произво­ дительность земснаряда QT. При увеличении геодезической высо­ ты подъема Аг кривые гидравлических сопротивлений смещаются

24

в левую часть графика (см. рис. 3.2, кривые 2), то есть точки пе­ ресечения кривых гидравлических сопротивлений напорной ли­ нии смещаются в область пониженных подач насоса, и таким об­ разом снижается производительность земснаряда QT.

Как видно из приведенных графических зависимостей и про­ веденных подсчетов производительность земснаряда, оснащенно­ го грунтовым насосом Гру 2000/63, при погружении насоса на 3 м производительность земснаряда увеличивается более чем в 2 раза.

Анализ данных также показывает, что при большем погру­ жении грунтового насоса на hn ~ 5 м в рассматриваемом случае ограничением <2т.тах являются не условия всасывания, а напорный гидротранспорт (напорная линия).

Анализируя приведенные выше графики, молено сделать сле­ дующие выводы:

1. Увеличение глубины погрулсения грунтового насоса мо­ жет существенно увеличить плотность гидросмеси рг, а следова­ тельно и производительность земснаряда QT.

2.Увеличение глубины погружения позволяет значительно увеличить глубину разработки, так, например, при увеличении глубины погружения с 2 до 6 м глубина разработки .может быть увеличена с 20 до 50 м (рис. 3.3).

3.При увеличении глубины погружения предельные плот­ ность гидросмеси и производительность земснаряда снижаются.

4.Производительность земснаряда QTснижается при увели­ чении рабочей подачи грунтового насоса Q вследствие снижения допустимой высоты всасывания на повышенных подачах.

5.Гранулометрический состав грунта (средневзвешенная крупность) существенно влияет на предельно возмолшую кон­ центрацию гидросмеси и соответственно производительность земснаряда, что обусловлено, главным образом, изменением гид­ равлических потерь во всасывающей линии. Так, по данным Е.П. Жарницкого [4] при работе грунтового насоса Гру 2000/63 на разработке грунта со средневзвешенной крупностью 0,63 мм плотность грунта может достигать значительных величин — до

рг < 1400 кг/м3 при глубине разработки Яр = 30 м и глубине по­ гружения # п = 10 м. При разработке более крупного грунта пре­ дельное насыщение (концентрация) существенно снижается вследствие, во-первых, всасывающих возможностей грунтового

25

насоса, во-вторых, из условий гидротранспорта. Последние зави­ сят как от увеличения гидравлических сопротивлений гидро­ транспортной системы, так и от снижения напорной характери­ стики насоса из-за дополнительных потерь в самом насосе.

На основании изложенного приводим рекомендуемый поря­ док подсчета максимальной производительности земснаряда

бт.тах*

1. По данным характеристикам насоса на воде Н - f(Q) и

= f(Q) пересчитываются и строят характеристики насоса на

гидросмеси Нг =f(Q) и Я докп = f{Q) для ряда консистенций гид­

росмеси [4].

2. Подсчитываются и строятся характеристики сопротивле­ ний всасывающей и напорной линий для тех же значений конси­ стенций.

3. Определяют предельные подачи насоса Q для ряда значе­ ний консистенций, исходя из всасывающей и напорной возмож­ ностей гидротранспортной системы, в соответствии с точками пересечения соответствующих характеристик насоса и гидро­ транспортных линий.

4. По полученным значениям подач Q подсчитывают соот­ ветствующие им величины максимальной производительно­

с т и ^ х = “ П "-

1+ -

5

5.По полученным значениям Qr.MaKстроятся графические за­ висимости £>т.тах = f(Q) для всасывающей и напорной линий гидротранспортной системы (аналогично графикам рис. 5.4).

6.По точке пересечения указанных кривых определяют по­

дачу насоса Q (по горизонтальной оси) и производительность бт.тах (по вертикальной оси), соответствующие полному исполь­ зованию возможностей грунтового насоса как по всасыванию, так и по напору.

Предлагаемый способ определения расчетной максимальной производительности земснаряда Qr,мах рекомендуется применять для всех вариантов земснарядов независимо от схемы установки на них грунтовых насосов.

26

4. Оценка взаимосвязи глубины разработки

иглубины погружения грунтового насоса

Всоответствии с приведенными в разделе 3 данными на ве­ личину максимальной производительности земснаряда оказыва­ ют влияние величины как глубины разработки hp, так и глубины погружения hn. Исходным положением при оценке взаимосвязи величин hp и hn является условие бескавитационной работы грун­ тового насоса, которое может быть записано в следующем виде:

(4.1)

где Я®оп — допустимая статическая высота всасывания насоса

при работе на гидросмеси, м;Я®0П> Я®0" - Н а— —— , м [5], где

Рг

Я*оп — допустимая статическая высота всасывания при работе

на воде (которая приводится в каталогах и справочниках по насосам); Яа — атмосферное давление при нормальной температуре, равное ~ 10 м; hp, /гп — глубины разработки и погружения грунтового насоса под уровень воды; рг, р0 — плотность гидросмеси и воды, кг/м3; ^ Д/?вс— суммарные

потери напора по всасывающей линии, м. В связи с тем, чго в соответствии с работой [8] потери напора при гидротранспорте подсчитываются в м вод. ст., а все остальные члены в неравенстве [4.1] выражены в метрах (столба гидросмеси), последний член этого неравенства умножен на отношение ро/рг. В том случае, когда гидравлические потери в трубопроводе

выражены в м (столба жидкости), не требуется умножения на— .

Рг

Так как суммарные гидравлические потери напора во всасы­ вающем трубопроводе включают гидравлические потери на тре­ ние по длине и на преодоление местных сопротивлений (в том

27

где £вС— длина всасывающего трубопровода, м; /г — удельные потери напора в наклонном трубопроводе, м/м; a — угол наклона к горизонту рамы земснаряда; £, — коэффициент местных сопро­ тивлений; vBe — скорость во всасывающем трубопроводе, м/с; g

— ускорение свободного падения, м/с2 (g = 9,81).

Исходя из выражений 4.1 и 4.2 видно, что при наличии по­ гружного грунтового насоса на земснаряде снижаются затраты энергии на всасывающей линии грунтового насоса, облегчаются условия его бескавитационной работы за счет уменьшения раз­ ряжения при входе в насос. Проведя соответствующие преобра­ зования выражений 4.1 и 4.2 определим значение глубины разра­ ботки Лр в функции ряда величин — h„ и H fon. и др.

2 8

-Ро на отношение плотностей — .

28

Таким же образом, исходя из неравенств 4.1 и 4.2 можно оп­ ределить минимальную глубину погружения насоса hn, которая обеспечивает бескавитационную работу земснаряда при глубине разработки hv

1+_Ь_.Ро sina рг

или

Следует отметить, что в работе [14] дана обобщенная зави­ симость для определения минимально необходимой глубины по­ гружения грунтового насоса. Хотя по своей структуре предло­ женная зависимость является близкой к соотношению 4.5, она имеет ряд неточностей. Во-первых, ошибочно указан знак нера­ венства, во-вторых, эта формула получена исходя из следующей формулы, приведенной в работе [4], а именно:

Приведенное неравенство справедливо при отсутствии в его правой части первого члена, смысл которого непонятен, особенно при наличии в его знаменателе плотности воды.

Для иллюстрации полученных выводов приведем количест­ венные соотношения /гр и /гп на следующих примерах:

29