Определение рабочего режима и расчётной производительности землесосного снаряда

 

Для землесосного снаряда расчётная производительность по грунтоотводу определяется путём расчёта рабочих режимов.

Землесос представляет собой систему трёх главных рабочих органов: трубопровода (всасывающая и напорная части), грунтового насоса (помпы) и двигателя. Совместная их работа может быть определена с учётом следующих условий

1. Расход пульпы (воды), проходящей через насос, должен быть равен расходу по трубопроводу, т.е.

Q _Н = Q _ТР (3.1)

2. Напор_, создаваемый насосом, полностью потребляется трубопроводом на преодоление пульпой (водой) сил его сопротивления при перекачке, т.е.

Н _Н = Н _ТР (3.2)

3. При этом мощность N _н, развиваемая насосом, должна быть обеспечена мощностью двигателя, т.е.

N _Н = N _ДВ (3.3)

4. Скорость движения пульпы V _см должна быть не меньше критической, при которой все частицы грунта, находятся во взвешенном состоянии, т.е. в проекте принимается

(3.4)

Задача расчёта рабочих режимов землесоса сводится к нахождению на характеристиках насоса, двигателя и трубопровода таких точек, для которых одновременно выполнялись бы условия (3.1) и (3.2).

Расчёт по определению рабочих режимов землесоса выполняют графоаналитическим способом, для чего используют выданные характеристики насоса на воде H _н = f (Q, n) (n – количество оборотов вала двигателя), мощности двигателя N _дв = f (Q, n), потерь напора в напорной части трубопровода H _нап = f (Q) и вакуума насоса во всасывающей части трубопровода H _вак = f (Q).

По этим характеристикам определяется рабочий режим землесоса при работе на воде.

В курсовом проекте необходимо определить только одну рабочую точку на воде при заданном числе оборотов двигателя и заданной длине рефулера L. По этой рабочей точке определяются: расход Q, м³/ч; потери напора в рефулере Н _тр, м; напор насоса Н _н, м; мощность насоса N, кВт.

При работе насоса на смеси все характеристики работы землесоса пересчитываются с воды на смесь. Расчёт выполняется в табличной форме – таблица 3.1.

А) Поскольку заранее неизвестна плотность смеси r _см, то задаёмся отношением r _см/ r в пределах от 1,05 до 1,3 с шагом 0,05.

Б) Далее рассчитываем консистенцию смеси S

(3.5)

В) Определяются значения критических скоростей движения пульпы V _КР по формуле Н.А. Силина

(3.6)

где g – ускорение силы тяжести;

D – диаметр рефулера, м;

d – заданный диаметр частиц грунта, м

– соответствующая заданному диаметру частиц грунта d гидравлическая крупность, м/с;

Δ – высота выступов шероховатости трубы рефулера, м.

Значения w ₀ и D определяются по справочнику.

Г) Определяем коэффициент увеличения потери энергии по длине рефулера при переходе с воды на смесь

(3.7)

Д) Определяется секундный расход Q, м³/с по выражению

(3.8)

затем полученные результаты пересчитываются на часовой расход Q _ч, м³/ч

(3.9)

По результатам расчёта, с выданных графиков характеристик работы землесоса на воде для соответствующих подсчитанных значений Q _ч определяются характеристики насоса на воде H _н = f (Q), мощности двигателя N = f (Q), потери напора в трубопроводе H _нап = f (Q) и вакуума насоса H _вак = f (Q).

Е) Потери напора во всасывающей линии трубопровода при работе на смеси определяются по формуле

(3.10)

где T _C – глубина опускания всасывающей трубы – Т _С = Т _г + D h + (Н _Р – Н _ПР), м;

h _щ – потери напора в щели всасывания, h _щ = 1,0 ¸ 1,5 м;

Здесь Н _вс это потери напора во всасывающей линии при работе на воде, определяющиеся по выражению

(3.11)

где h _г – геометрический подъем, равный возвышению оси насоса над уровнем воды. Для речных землесосных снарядов h _г = 0,0 ÷ 0,5 м;

h _м – потери напора на местные сопротивления, равные

(3.12)

При этом коэффициент местных потерь принимается равным 0,2 ÷ 0,5;

h_l – потери напора по длине, равные

(3.13)

При этом l принимается равным 0,015 ÷ 0,025, а длину всасывающей линии l можно принять примерно равной ½ длины корпуса землесоса;

d _вс – диаметр всасывающей трубы, можно принять равным диаметру рефулера, м.

Ж) Потери напора при работе на смеси в напорной части трубопровода – рефулере – определяются по формуле

(3.14)

Здесь значения потерь напора при работе на воде Н _нап снимаются с графика H _нап = f (Q) при соответствующих значениях Q _ч.

Так как весь трубопровод по которому транспортируется пульпа, является системой, состоящей из двух частей – всасывающей (от сосуна до насоса) и напорной (от насоса до выхода из рефулерного трубопровода на концевом понтоне), то для получения полной характеристики трубопровода Н _тр (Н _тр.см) значения Н _вс (Н _вс.см) и Н _нап (Н _нап.см) необходимо суммировать.

З) Напор насоса при работе на смеси определяется следующей формулой

(3.15)

Здесь значения напора при работе на воде Н _н снимаются с графика H _н = f (Q) при соответствующих значениях Q _ч.

И) Потребная мощность насоса при его работе на смеси может быть найдена по формуле

(3.16)

Здесь значения мощности при работе на воде N _н снимаются с графика N = f (Q) при соответствующих значениях Q _ч.

Результаты расчетов приводятся в табличной форме

Таблица 3.1 – Определение режимов работы землесоса

r см /r	S	V КР, м/с	b	Q, м^3/с	Q ч, м^3/ч	Характеристики на воде	Характеристики по гидросмеси
Н вс, м	Н нап, м	Н тр, м	Н н, м	N, кВт	Н вс.см, м	Н нап.см, м	Н тр.см, м	Н н.см, м	N см, кВт
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
1,05
1,1
1,15
1,2
1,25
1,3

После заполнения таблицы все перечисленные характеристики строятся на графиках в зависимости от расхода смеси Q _ч

- характеристика насоса на смеси H _н.см = f (Q _ч);

- мощность двигателя N _см = f (Q _ч);

- потери напора в трубопроводе H _тр.см. = f (Q _ч);

- график консистенции S = f (Q _ч);

- плотности смеси ρ _см = f (Q _ч).

Причём для получения характеристики трубопровода H _{тр. см.} потери по напорному и всасывающему грунтопроводам суммируются (что уже должно быть сделано при заполнении таблицы).

Рабочая характеристика определяется по точке «С» пересечения двух линий графика H _н.см и H _тр.см, по которой определяется необходимый рабочий напор насоса H _н.см.р. и рабочий расход смеси Q _р

Соответственно Q _р со всех других характеристик определяются величины N _дв.см.р, S _р, и r _см.

Кроме того, должна быть выполнена проверка всасывающей линии трубопровода. Расчётный вакуумный напор насоса во всасывающей части трубопровода при работе на смеси выражается

(3.17)

где H _a – атмосферное давление, м.в.ст.;

H_t – упругость насыщенного водяного пара, м.в.ст.

Так как при обычных температурах речной воды H_t малая величина (при 15^оС H_t 0,2 м), то без существенной погрешности можно считать разность

H _a – H_t = const = 10 м

Значение вакуума на воде Н _вак в выражении (3.15) снимается с характеристик на воде при расчётном расходе Q _р, а величина H _вс.см.р рассчитывается по выражениям (3.10) и (3.11).

Проверка всасывающей линии трубопровода также может быть выполнена и графическим способом, т.е. для значений H _вак.см. и H _вс.см. в этом случае необходимо построить характеристики H _вак.см. = f (Q _ч) H _вс.см. = f (Q _ч).

Если H _{вак.см.р} меньше H _вс.см.р , то условия всасывания не выполняются и нужно изменить диаметр всасывающей трубы d _вс

Далее рассчитываем консистенцию смеси (в долях единицы)

(3.18)

и в процентном отношении

р = S^п _р × 100% (3.19)

Определяем производительность по грунту Q _г, м³/ч с учётом пористости песка

(3.20)