УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДВОДНОЙ РАЗРАБОТКИ ГРУНТА Российский патент 1994 года по МПК E02F3/88 

Изобретение относится к струйной технике, в частности к подводным грунтоуборочным устройствам, предназначенным для использования водолазами при судоподъемных, подводно-технических, гидротехнических и др. работах.

Известен кольцевой гидроэлеватор [1], содержащий нагнетательную камеру, камеру смешения, всасывающую камеру, направляющий цилиндр и стопорное кольцо. Всасывающая камера выполнена подвижной посредством винтовой резьбы и образует кольцевое сопло совместно с камерой смешения, причем камера смешения выполнена конической формы с криволинейным направлением стенок.

В этом устройстве разработка грунта осуществляется за счет подсоса окружающей воды, вызывающей эрозионный размыв, поэтому он не создает взмучивания окружающей среды. Однако эффективность эрозионного размыва разрабатываемого грунта очень низка без активного гидрорыхления, поэтому соответственно и низка его производительность.

Известно также устройство для разработки и удаления грунта под водой [2] , содержащее разрыхляющий и эжектирующий цилиндрический насадок, смесительную камеру с экраном конической формы для создания направленного потока пульпы и ограничения зоны всасывания от подтока чистой воды, защитную решетку, диффузор, водоподводящую трубу с коллектором и смывной насадок, расположенный на водоподводящей трубе.

Наличие разрыхляющего цилиндрического насадка в указанном устройстве обеспечивает эффективное гидрорыхление, но при этом разрыхленный грунт под действием отраженных струй разрыхляющей воды разбрасывается во все стороны из забоя грунтозабора, вызывая взмучивание окружающей среды, что приводит практически к "нулевой" видимости зоны грунтозабора для водолаза, работающего этим устройством. Это приводит к снижению производительности труда водолаза, его эффективности и загрязнению окружающей среды.

Целью изобретения является повышение эффективности и снижение вредного влияния на окружающую среду в процессе выполнения подводных грунтоуборочных работ.

Указанная цель достигается тем, что устройство для подводной разработки грунта, содержащее аксиально установленные отводящий патрубок, диффузор, камеру смешения, распределительную камеру с патрубком для подвода рабочей жидкости, снабжено конфузором, выполненным воронкообразной формы с криволинейно-выпуклой поверхностью, плавно переходящей во входное отверстие камеры смешения, и струенаправляющим кольцом с внешней криволинейно-выпуклой поверхностью, установленным в нижней части распределительной камеры посредством обтекаемых пилонов так, что образует с конфузором кольцевое эжектирующее сопло, а с кожухом распределительной камеры - кольцевое гидрорыхлительное сопло, которое направлено в сторону разрабатываемого грунта под острым углом к оси всасывающего отверстия конфузора.

Известен струйный насос (заявку Великобритании N 2111125, кл. F 04 F 5/48, 5/16, 1984), имеющий трубу, образующую проходной канал с раструбным входом. Раструб выполнен с кольцевой кромкой, которая образует с конусной кромкой корпуса кольцевую щель Коанда, сообщающуюся с камерой, в которую подают сжатый газ. Использование этого струйного насоса в качестве устройства для подводной разработки грунта будет низкоэффективным. Объясняется это тем, что устройство в данном случае будет работать как чистый вакуумный насос, а для высокоэффективной подводной разработки грунта необходимо активное гидрорыхление, чем не обладает рассматриваемое устройство, так как эжекторная струя работает только на создание вакуума во всасывающем отверстии и не вступает непосредственно в контакт с разрабатываемым грунтом, т.е. воздействие ее на грунт является пассивным за счет подсоса окружающей воды, которая обеспечит только эрозионный размыв.

Для осуществления активного гидрорыхления предлагаемое устройство для подводной разработки грунта снабжено струенаправляющим кольцом с внешней криволинейно-выпуклой поверхностью, установленным в нижней части распределительной камеры посредством пилонов так, что образует с кожухом распределительной камеры кольцевое гидрорыхлительное сопло, направленное в сторону разрабатываемого грунта под острым углом к оси всасывающего отверстия конфузора, что позволяет рабочей жидкости, истекающей из него, непосредственно активно воздействовать на разрабатываемый грунт. При этом на внешней криволинейно-выпуклой поверхности струенаправляющего кольца понижается давление в силу действия эффекта Коанда. Таким образом зона пониженного давления во всасывающем отверстии расширяется и внешняя окружающая вода вместе с частицами разрыхленного грунта стремится в расширенную зону пониженного давления всасывающего отверстия, тем самым достигается повышение эффективности и снижение вредного влияния взмученной воды на окружающую среду в процессе выполнения подводных грунтоуборочных работ. В этом и заключаются существенные отличия предлагаемого технического решения от известного.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Предлагаемое устройство для подводной разработки грунта содержит последовательно соединенные отводящий патрубок 1 для удаления пульпы, диффузор 2, камеру 3 смешения с конфузором 4, выполненным воронкообразной формы с криволинейно-выпуклой поверхностью, плавно переходящей во входное отверстие камеры 3 смешения. Аксиально камере 3 смешения расположена распределительная камера 5, имеющая патрубок 6 для подвода рабочей жидкости и струенаправляющее кольцо 7, установленное посредством обтекаемых пилонов 8 в нижней ее части.

Струенаправляющее кольцо 7 выполнено с внешней криволинейно-выпуклой поверхностью и расположено так, что образует с конфузором 4 кольцевое эжектирующее сопло 9, а с кожухом 10 распределительной камеры 5 кольцевое гидрорыхлительное сопло 11, которое направлено в сторону разрабатываемого грунта под острым углом к оси всасывающего отверстия конфузора 4.

Устройство работает следующим образом.

Рабочая жидкость от насоса (на чертеже не показан) по патрубку 6 поступает в распределительную камеру 5, в которой происходит распределение ее и одновременная подача в кольцевое эжектирующее сопло 9 и кольцевое гидрорыхлительное сопло 11.

Струя рабочей жидкости, истекающая из эжектрирующего сопла 9 в силу действия эффекта Коанда, безотрывочно обтекает криволинейно-выпуклую поверхность конфузора 4, плавно переходящую во входное отверстие камеры 3 смешения, и создает вакуум в камере 3 смешения. Вследствие возникающей эжекции, окружающая пассивная среда засасывается через всасывающее отверстие конфузора 4.

Струя рабочей жидкости, истекающая из кольцевого гидрорыхлительного сопла 11, которое направлено в сторону разрабатываемого грунта под острым углом к оси всасывающего отверстия конфузора 4, непосредственно воздействует на разрабатываемый грунт, размывая его. При этом струя в силу действия эффекта Коанда примыкает к внешней криволинейно-выпуклой поверхности струенаправляющего кольца 7, безотрывочно обтекает его и создает разряжение на его поверхности, которое расширяет зону пониженного давления во всасывающем отверстии, усиливая подсос пассивной окружающей среды, которая со всех сторон извне стремится в расширенную зону пониженного давления всасывающего отверстия, подхватывая взрыхленный грунт и доставляя его к всасывающему отверстию конфузора 4, где под действием эжекции разрыхленный грунт в виде пульпы поступает в камеру 3 смешения и далее через диффузор 2 по отводящему патрубку 1 и гибкому шлангу (не показан) на удаление.

Технические преимущества заявляемого изобретения заключается в том, что устройство для подводной разработки грунта, содержащее аксиально установленные отводящий патрубок, диффузор, камеру смешения, распределительную камеру с патрубком для подвода рабочей жидкости, снабжено конфузором, выполненным воронкообразной формы с криволинейно-выпуклой поверхностью, плавно переходящей во входное отверстие камеры смешения, и струенаправляющим кольцом с внешней криволинейно-выпуклой поверхностью, установленным в нижней части распределительной камеры посредством обтекаемых пилонов так, что образует с конфузором кольцевое эжектирующее сопло, а с кожухом распределительной камеры - кольцевое гидрорыхлительное сопло, которое направлено в сторону разрабатываемого грунта под острым углом к оси всасывающего отверстия конфузора.

Общественно-полезные преимущества заключаются в повышении эффективности и снижении вредного влияния на окружающую среду в процессе выполнения подводных грунтоуборочных работ.

Обеспечение действия эффекта Коанда в предлагаемой конструкции позволяет более полно использовать энергию активного потока (эжектирующей и гидрорыхлительной cтруи рабочей жидкости) и снизить сопротивление всасывающего отверстия.

Использование: в горном и строительном деле. При подводной разработке грунта. Сущность изобретения: устройство для подводной разработки грунта включает коллектор с пульпоотводящей трубой, диффузором и камерой смешения и трубу для подвода рабочей жидкости. Для исключения пульпообразования в окружающей среде коллектор выполнен с кольцевой щелью и конусным участком, а устройство снабжено конфузором воронкообразной формы и струенаправляющим кольцом, закрепленным на коллекторе посредством пилонов и размещенным в его кольцевой щели. Эжектирующее сопло образовано внутренней кромкой кольца и конфузором, а грунторыхлительное сопло - наружной кромкой кольца и конусным участком коллектора, при этом ось грунторыхлительного сопла направлена под острым углом к продольной оси конфузора. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДВОДНОЙ РАЗРАБОТКИ ГРУНТА, включающее установленную соосно в коллекторе пульпоотводящую трубу с диффузором и камерой смешения с входным отверстием, трубу для подвода рабочей жидкости и эжектирующее и грунторыхлительное сопла, отличающееся тем, что коллектор в нижней части выполнен с кольцевой щелью и конусным участком, вершина конуса которого направлена противоположно размещению диффузора, а устройство снабжено конфузором воронкообразной формы с криволинейно-выпуклой поверхностью, плавно переходящей во входное отверстие камеры смешения, и струенаправляющим кольцом с внешней криволинейно-выпуклой поверхностью, закрепленным на коллекторе посредством пилонов и размещенным в его кольцевой щели, причем эжектирующее сопло образовано внутренней кромкой струенаправляющего кольца и конфузором, а грунторыхлительное сопло - наружной кромкой струенаправляющего кольца и конусным участком коллектора, при этом ось грунторыхлительного сопла направлена под острым углом к продольной оси конфузора.