Машины и оборудование для гидромеханизации
Назначение и область применения гидромашин.
Гидромониторы.
Землесосы и земснаряды.
Тенденции развития гидромашин
В практике строительства и горного дела находят применение способы добычи и разработки горных пород и грунтов струями воды, подаваемым под большим давлением. Порода, грунт в виде водо-грунтовой смеси ¾ пульпыстекает в емкости, из которых насосами по трубам перекачивается к местам намыва. При землесосном способе разработки грунтов под водой их предварительно разрыхляют механическим способом, а выемку и транспортирование производят грунтовым или пульповым насосам.
Основным механизмом для гидравлического разрушения пароды струями высокого давления являются гидромониторы, которые формируют струю воды и управляют ею в процессе выемки. Типовая схема гидромонитора следующим образом: вода от насосной станции подается под давлением 1,5 – 15 МПа к нижнему колену 7 гидромонитора и из конической сменной насадки диаметром 17 –125 ммвыходит со скоростью 20 – 70 м/сек.
Ствол 2 шарниром 3 связан с верхним коленом 5, которое через подшипник и обойму 6 соединяется с нижним коленом. Колена имеют ствол-противовес 4 и сальниковые уплотнения. Управление поворотом ствола в вертикальной и горизонтальной плоскостях производится вручную водилом 11 или гидроцилиндрами 8, работающими под давлением воды. При управлении с выносного пульта 10 гидромонитор может быть максимально приближен к стенке забоя, что повышает эффективность разработки. Для перемещения в забое лебедкой или трактором служат салазки (рисунок 1).
Рисунок 1 - Гидромонитор
Количество воды подавать к гидромонитору с насосной станции:
где V – полный объем породы подлежащий разработке, м3;
q – удельный расход воды на разработку и транспорт 1 м3 породы;
Т – число часов за которые должен быть разработан грунт;
Кb – коэффициент использования рабочего времени;
Промышленность СНГ выпускают серийные гидромониторы для разработки угля Г – 1, ГМДЦ – 3М, ГМДЦ – 4, 12ГД – 2, 12ГП – 2 с производительностью отбойки 30 – 140 т/ч при рабочем давлении до 12 МПа, расходе воды до 400 м3/ч и ГМ – 2, ГМН – 250, ГМН – 250С, ГМДУЭГ – 250 с расходом воды до 2340 м3/ч.
Область применения гидромонитора той или иной конструкции определяется физико-механическими характеристиками размываемых пород. При размыве мягких пород целесообразно применение гидромониторов с насадками больших диаметров (51, 89, 102, 115, 125), при резке крепких горных пород эффективны тонкие (2 –5 мм) струи высокого давления, а при дроблении горных пород – импульсные водометы. Для управления гидромониторами с увеличенными диаметрами насадок(>100 мм) предусмотрены дефлекторы – специальные наконечники, которые отклоняют в ту или иную сторону ось струи гидромонитора, при этом возникает сила реакции, которая поворачивает ствол в нужном направлении.
Основные требования к современным гидромониторам:
– струя должна быть плотной.
– шарнирные соединения должны быть герметичными и износоустойчивыми
– небольшая масса.
– незначительные потери напора.
Преимущества гидроотбойки: простота, низкая стоимость, малые размеры, производительность.
Недостатки: высокий расход воды, высокая энергоемкость, трудноразрушаемость крепких пород, значительный удельный вес вспомогательных операций.
Достоинства гидроотбойки струями высокого давления используются для повышения эффективности стреловидных проходческих комбайнов. Исследование на базе комбайна 1ГПКС с гидромеханическим органом со струями высокого давления (>200МПа) при частоте вращения исполнительного органа 55 мин -1 , режущей коронкой с 20 резцами и 10 струеобразующими устройствами показали возможность разрушения крепких пород с крепостью на одноосное сжатие до 70 МПа.
Землесосы используются для перекачки грунтоводяной смеси по трубопроводам под давлением. Землесос – центробежный насос, имеющий колесо с 2-4 лопатками и увеличенное проходное сечение для пропуска камней крупностью до 300 мм. От изнашивания стенки корпуса насоса защищены сменными дисками, а детали, соприкасающиеся с грунтоводяной смесью, изготавливаются их легированных сталей или наплавляются твердыми сплавами. Подшипники вала колеса имеют сальниковые уплотнения с подводом воды под давлением для оттеснения гидросмеси. Подача землесосов от 200 до 13000 м3/ч (земснаряд 1500-100 м3/ч), мощность двигателей до 4400 кВт (насос 1000-80), напор до80 м. Землесосы (грунтовые насосы) входят в состав земснарядов (землесосных установок), которые бывают стационарными или передвижными (на салазках, понтонах, автоприцепах, на гусеничном или шагающем ходу).
Землесосные снаряды – плавающие землеройные машины, служащие для разработки дна и берегов обводненных забоев и перекачивающие полученную водогрунтовую смесь (пульпу) на необходимое расстояние. В строительстве земснаряды выполняют земляные работы – выемка котлованов, возведение плотин. Они отличаются от дноуглубителей, т.к. не приспособлены работать на судоходных фарватерах. Дноуглубительные снаряды приспособлены для буксировки на большие расстояния и иногда имеют собственные движители, позволяющие им передвигаться с достаточной скоростью. Особенности дноуглубительных работ позволяют обходиться малыми напорами грунтовых насосов. Строительные работы чаще требуют больших напоров. По количеству землесосов снаряды делятся на две группы: однонасосные и двухнасосные; по типу всасывающего агрегата: наряду с центробежными насосами используют водоструйные (эжекторы) и эрлифты. По способу транспортирования грунта: перекачивающие грунт по плавучему пульповоду и по подвесному пульповоду.
В строительстве в настоящие время работают земснаряды 100-40К, 300-40Л, 350-50Л, 500-60, 1000-80, 1500-100 для выполнения гидротехнических работ и разработки песчано–гравийных месторождений.
Наиболее широкое применение нашли снаряды 300-40. Корпус 1 земснаряда разбит на 8 отсеков. Машинное отделение расположено в средней беспалубной части корпуса. В качестве главного агрегата 4 установлен насос 20Р-11 снабженный рабочим колесом1250 мм. Грунтозаборное устройство 3 фрезерного типа подвешено к стреле 8. Режущим органом разрыхлителя является литая стальная фреза (рисунок 2).
Рисунок 2 – Продольный разрез по землесосному снаряду 300-40
Месячная производительность земснаряда:
Q = Kt ∙ tc ∙ nм ∙ qч ,
где qч – часовая производительность снаряда;
Kt – коэффициент использованного снаряда по времени;
tc – продолжительность смены;
nм – количество рабочих смен в месяц.
В последнее десятилетие в мировой практике все больше распространение находят разборные земснаряды. В таких странах как Голландия, США земснаряды с диаметром трубы 400-50 ммпочти полностью изготавливаются сборно – разборной конструкции, что позволяет проводить их передислокацию по железной дороге. Крупнейшая голландская судостроительная фирма «Холланд» выпускает серию земснарядов типа Бовер с диаметром всасывающих патрубков 150-400 мм. Сборка – разборка такого снаряда, по данным фирмы, занимает одни сутки. В СНГ (Рыбинский завод) начато строительство земснарядов подобной конструкции с производительностью 130-180 м3/ч.