ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА Российский патент 1994 года по МПК E02F3/88 

Изобретение относится к гидромеханизации и предназначено для разработки вязкопластичных грунтов, в частности сапропеля.

Известно грунтозаборное устройство земснаряда, содержащее осевой грунтовой насос, фрезерный рыхлитель с ножами и всасывающий патрубок (а.с. N 323516 кл. E 02 F 3/88).

Недостатком известного устройства является низкая эффективность работы вследствие осевого давления на осевое колесо и закрутки потока у ступицы осевого колеса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является грунтозаборное устройство землесосного снаряда, содержащее осевой грунтовой насос, выполненный в виде шнека, фрезерный рыхлитель в виде ножей, объединенных опорным кольцом, и неподвижный направляющий аппарат.

Недостатком этого устройства является низкая эффективность работы. На шнек осевого насоса действует сила, направленная вдоль оси от нагнетательной стороны в сторону всасывания, которая воспринимается упорным подшипником, размещенным под водой. Это приводит к выходу подшипников из строя, остановки грунтозаборного устройства для замены и ремонта подшипников, что снижает производительность земснаряда. При этом, чем больший напор создает осевой насос, тем больше осевое усилие на шнек. Кроме того, при работе осевого насоса часть жидкости, контактирующая со ступицей шнека, увлекается им во вращательное движение, что снижает скорость вращения шнека относительно жидкости, а это снижает производительность устройства:
Q_о.н = Q_о.н=(n_о.н-n_ж)·S·2Πr·dr (n_о.н. -n_ж) ˙ S ˙ 2πr ˙ dr, где Q_о.н. - производительность осевого насоса; r_c - радиус ступицы шнека; R - максимальный радиус шнека; n_о.н. - частота вращения шнека; n_ж - частота вращения жидкости, вызванная закруткой о ступицу шнека; S - шаг шнека.

Следовательно, чем выше n_ж, тем ниже производительность осевого насоса. Для уменьшения закрутки (снижения n_ж) нужно уменьшить трение перекачиваемой жидкости о ступицу шнека. Этого можно достичь применением гидросмазки между жидкостью и втулкой, если между ними поместить слой жидкости большей текучести, чем транспортируемая жидкость.

Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства за счет снижения осевых нагрузок и трения между ступицей шнека и перекачиваемой жидкостью.

Поставленная цель достигается тем, что грунтозаборное устройство землесосного снаряда, содержащее осевой грунтовый насос, выполненный в виде шнека, рыхлитель и неподвижный направляющий аппарат, согласно предлагаемому изобретению снабжено камерой давления с кольцевым соплом, размещенным между направляющим аппаратом и шнеком, при этом камера соединена с источником давления жидкости или газа, а сопло - с межвитковым пространством шнека.

Снабжение устройства камерой давления, размещенной между направляющим аппаратом и шнеком, и соединение ее с источником жидкости или газа создает усилие на шнек, действующeе вдоль его оси от всасывающей части к нагнетательной, т.е. против осевого усилия, создаваемого давлением перекачиваемой жидкости, что снижает осевую нагрузку на упорный подшипник и повышает его долговечность. Размещение между шнеком и неподвижным направляющим аппаратом газа или жидкости, более текучей, чем перекачиваемая, снижает потери на гидравлическое трение шнека, что также повышает эффективность работы устройства.

Оснащение устройства кольцевым соплом, через которое вытекает из камеры давления газ или жидкость более текучая, чем перекачиваемая, обеспечивает омывание ступицы шнека и создание гидросмазки, что повышает производительность вследствие снижения закрутки перекачиваемой жидкости и снижает потери на гидравлическое трение шнека вследствие уменьшения коэффициента трения ступицы шнека с газом или высокотекучей жидкостью. В целом это также повышает эффективность работы.

Анализ известных решений в той же области техники позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками предлагаемого объекта, обеспечивающими ему положительный эффект.

На фиг. 1 показано устройство в осевом разрезе; на фиг. 2 - узел I устройства на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - вариант выполнения узла I на фиг. 1.

Грунтозаборное устройство состоит из осевого грунтового насоса, выполненного в виде шнека 1, рыхлителя 2 и неподвижного направляющего аппарата 3. Оно снабжено камерой давления 4 с кольцевым соплом 5, размещенными между направляющим аппаратом 3 и шнеком 1. При этом камера 4 соединена с источником 6 давления жидкости или газа, а сопло 5 - с межвитковым пространством шнека 1. Шнек 1 установлен в корпусе 7 посредством валов 8 и 9 на опорном 10 и опорно-упорном 11 подшипниках. Шнек 1 (см. фиг. 2) выполнен из полой втулки 12, винтовой нарезки 13. Вал 9 крепится к втулке 12 диаграммой 14. Камера 4 соединена с источником 6 посредством каналов 15, выполненных в направляющем аппарате 3, и трубопроводов 16. Направляющий аппарат 3 выполнен (см. фиг. 3) из ступицы 17, втулки 18, соединенных ребрами 19.

Грунтозаборное устройство работает следующим образом. При включении приводного двигателя (не показан) вращается вал 8 со шнеком 1, валом 9 и рыхлителем 2. Взрыхленный грунт перемешивается с водой и в виде высоконасыщенной вязкопластичной жидкости поступает в направляющий аппарат 3 и нагнетается далее шнеком 1 к потребителю. При этом на шнек 1 действует осевая сила, направленная от нагнетательной части к всасывающей обусловленная разностью давлений на входе в шнек 1 и выходе из него.

Одновременно с вращением шнека 1 начинает работу источник 6, подавая под давлением газ или жидкость (например, воду) по трубопроводу 16, каналам 15 в камеру давления 4. Вода давит на диафрагму 14 шнека 1 и создает осевое усилие (на фиг. 2 показано стрелками), направленное вдоль оси шнека 1 от всасывающей части к нагнетательной. За счет давления воды в камере 4 значительно снижаются осевые нагрузки на подшипник 11, что увеличивает его долговечность и снижает потери на механическое трение в этом подшипнике. В камере 4 находится вода, поэтому втулка 12, диафрагма 14 и вал 9 трутся в камере о воду, а не о перекачиваемую высоковязкую жидкость, что снижает потери на гидравлическое трение.

Вода из камеры 4 поступает под напором в кольцевое сопло 5, а из него в межвитковое пространство шнека 1, омывая втулку 12. При этом поток воды, изливающийся из сопла 5, прижимается потоком перекачиваемой жидкости, поступающей из направляющего аппарата 3 к втулке 12, в результате чего между втулкой и перекачиваемой высоковязкой жидкость (вязкопластичной грунтовой смесью) образуется водяная прослойка, являющаяся гидросмазкой. Благодаря этому снижается трение на втулке шнека 1, снижается закрутка перекачиваемой жидкости втулкой, что повышает производительность устройства и снижает потери на гидравлическое трение.

На фиг. 4 показан вариант выполнения узла I на фиг. 1. Здесь жидкость от источника давления 6 поступает по трубопроводам 16 и каналам 15 в проточки 20, выполненные на втулке подшипника 11 и соединенные отверстиями 21. Из внутренней проточки 20 вода поступает в камеру 4 по каналам 22 и 23, выполненным на внутренней цилиндрической и торцовой поверхностях втулки 11. Со стороны механического рыхлителя 2 втулка 11 уплотнена кольцами 24. В данном варианте исполнения вода дополнительно к ранее рассмотренному случаю осуществляет промывку, смазку и охлаждение подшипника 11, что также повышает его надежность и эффективность работы устройства.

Сущность изобретения: грунтозаборное устройство земснаряда, содержит осевой грунтовой насос, выполненный в виде шнека, рыхлитель и неподвижный напрвляющий аппарат, камеру давления с кольцевым соплом и источник жидкости или газа, при этом камера давления с кольцевым соплом размещены между неподвижным направляющим аппаратом и шнеком, камера соединена с источником давления жидкости или газа, а кольцевое сопло - с межвитковым пространством шнека. 4 ил.

ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА, содержащее осевой грунтовый насос, выполненный в виде шнека, рыхлитель и неподвижный направляющий аппарат, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности в работе путем снижения осевых нагрузок и трения между шнеком и перекачиваемой жидкостью, оно содержит камеру давления с кольцевым соплом и источником жидкости или газа, при этом камера давления с кольцевым соплом размещены между неподвижным направляющим аппаратом и шнеком, камера давления соединена с источником давления жидкости или газа, а кольцевое сопло - с межвитковым пространством шнека.