ГРУНТОНАСОСНАЯ УСТАНОВКА ЗЕМСНАРЯДА Российский патент 1995 года по МПК E02F3/88 

Изобретение относится к гидромеханизации и предназначено для разработки сапропелей, илистых, торфяных, глинистых грунтов, может быть использовано для перекачки концентрированных гидросмесей.

Известна грунтонасосная установка земснаряда, включающая шнековый насос с направляющим аппаратом, нагнетательный грунтопровод и фрезерный рыхлитель [1]
Недостатком известного устройства является низкая эффективность грунтозабора и транспортирования вследствие необходимости разжижения грунта водой.

Известна и принята за прототип грунтонасосная установка, включающая осевой шнековый насос и нагнетательный грунтопровод, а также разрыхлитель, установленный на одном валу с насосом и выполненный в виде расширяющегося к забою конического шнека [2]
Недостатком известной установки является низкая производительность при заборе и транспортировании вязкопластичных грунтов естественной вязкости. Это связано с тем, что вязкопластичные грунты (ил, сапропель, глина) в естественном сложении обладают высокой вязкостью и низкой текучестью. Поэтому при их транспортировании по напорному грунтопроводу требуется высокий перепад давления. В то же время известно, что при использовании грунтовых насосов динамического типа (к ним относятся и осевые шнековые) с увеличением давления в нагнетательном патрубке их производительность уменьшается и при некоторых значениях равна нулю. Для увеличения производительности грунтонасосной установки необходимо снижать сопротивление течению в нагнетательном грунтопроводе. Этого можно достигнуть путем разжижения добываемого грунта водой, при этом увеличивается текучесть водогрунтовой смеси, снижается ее вязкость и сопротивление течению. Перепад давления в напорном грунтопроводе уменьшается и увеличивается производительность грунтонасосной установки.

Однако при заборе необходимо грунт перемешивать с большим количеством воды, а в месте потребления грунта вновь отделить от него воду, что связано с большими дополнительными затратами на перемешивание, транспортирование, отделение воды от грунта.

При этом объемный расход водогрунтовой смеси превышает объемный расход самого грунта в десятки раз, что требует применения громоздких грунтонасосных установок.

Для исключения указанного недостатка необходимо разжижать грунт не по всему объему, а только на поверхности контакта его с грунтопроводом.

Цель изобретения повышение производительности грунтонасосной установки.

Это достигается тем, что в грунтонасосной установке земснаряда, включающей грунтовый насос и нагнетательный грунтопровод, последний снабжен расходной камерой, соединенной с источником смазывающей жидкости, в камере соосно с нагнетательным грунтопроводом установлена телескопическая втулка, при этом втулка и грунтопровод снабжены коническими кольцами, установленными коаксиально друг относительно друга и образующими кольцевое сопло по периферии грунтопровода.

Технический результат может быть достигнут при использовании в грунтонасосной установке центробежного, радиально-шнекового или вихревого насосов.

На фиг. 1 показана грунтонасосная установка, общий вид; на фиг. 2, 3 расходная камера с телескопической втулкой, разрез; на фиг. 4 и 5 рабочие характеристики грунтонасосных установок соответственно с осевым и центробежным грунтовыми насосами: а характеристика грунтового насоса; б характеристика грунтопровода без предлагаемого приспособления; в характеристика грунтопровода с вновь предлагаемым приспособлением; А рабочая точка характеристики грунтонасосной установки без предлагаемого приспособления, В с вновь предлагаемым приспособлением; Q₁ производительность грунтонасосной установки без предлагаемого приспособления; Q₂ с вновь предлагаемым приспособлением; Н напор.

При оснащении грунтонасосной установки вновь предлагаемым приспособлением снижаются потери на трение в грунтопроводе, поэтому характеристики в более пологие, чем б. Пересечения характеристик грунтопровода и грунтовых насосов определяют рабочие точки характеристик грунтонасосных установок. При этом как для осевого, так и для центробежного (а также для радиально-шнекового и вихревого) насосов Q₂ > Q₁, т.е. производительности грунтонасосной установки с предлагаемым приспособлением повышается.

В предлагаемой конструкции грунтонасосной установки грунтовый насос может быть реализован в нескольких формах: в виде осевого, центробежного, радиально-шнекового, вихревого и других типов динамических насосов.

Телескопическая втулка установлена с возможностью осевого перемещения и снабжена силовыми элементами, фиксирующими ее положение относительно грунтопровода.

Снабжение грунтопровода расходной камерой смазывающей жидкости с телескопической втулкой, установленной в камере соосно с нагнетательным грунтопроводом, обеспечивает подачу смазывающей жидкости (например, воды) на внутреннюю поверхность грунтопровода, контактирующую с перекачиваемым грунтом, что снижает потери давления на транспортирование грунта и увеличивает производительность грунтонасосной установки.

Снабжение втулки и грунтопровода коническими кольцами, установленными коаксиально друг относительно друга с образованием кольцевого сопла по периферии грунтопровода, позволяет наиболее эффективно организовать подачу смазывающей жидкости: ровным слоем, концентрично перекачиваемому грунту, с одинаковой с грунтом скоростью. Это обеспечивает подачу минимального количества смазывающей жидкости при максимальном снижении потери давления на транспортирование грунта.

Установка телескопической втулки с возможностью осевого перемещения и снабжение ее силовыми элементами, фиксирующими ее положение относительно грунтопровода, обеспечивают возможность изменения толщины слоя смазывающей жидкости в зависимости от свойств перекачиваемого грунта. Чем выше текучесть перекачиваемого грунта (а это зависит от глубины слоя разработки и химического состава грунта, с увеличением глубины слоя разработки плотность грунта растет, а его текучесть падает), тем меньше должна быть толщина слоя смазывающей жидкости.

Грунтонасосная установка земснаряда состоит из грунтового насоса 1 и нагнетательного грунтопровода 2. Нагнетательный грунтопровод 2 снабжен расходной камерой 3 с телескопической втулкой 4, установленной в камере соосно с нагнетательным грунтопроводом. Втулка 4 и грунтопровод 2 снабжены коническими кольцами 5 и 6, установленными коаксиально друг относительно друга и образующими кольцевое сопло 7 по периферии грунтопровода. Втулка 4 установлена с возможностью осевого перемещения и снабжена силовыми элементами, выполненными, например, в виде отжимных 8 и прижимных 9 болтов, фиксирующими ее положение относительно грунтопровода.

Камера 3 соединена с источником 10 смазывающей жидкости (например, водяным насосом) трубопроводом 11. Грунтовой насос выполнен, например, из цилиндрического шнека 12 с рыхлителем 13, установленных на одном валу. Камера 3 снабжена коллектором 14, отделенным от нее перегородкой 15 с отверстиями 16.

Грунтопровод 2 содержит также компенсирующие элементы 17 исполнения 1 (фиг. 2) или 18 исполнения 2 (фиг. 3), дающие возможность втулки 4 осевого перемещения.

Грунтонасосная установка работает следующим образом.

При вращении шнека 12 с рыхлителем 13 от привода грунт захватывается рыхлителем 13, подается им на шнек 12, которым он нагнетается в нагнетательный грунтопровод 2. Одновременно с вращением шнека 12 приводится в действие источник 10 смазывающей жидкости, который по трубопроводу 11 подает ее в коллектор 14, откуда жидкость поступает в камеру 3 через отверстия 16 в перегородке 15 равномерно по всему кольцу.

Из камеры 3 смазывающая жидкость через кольцевое сопло 7 направляется в грунтопровод 2 и омывает его внутреннюю поверхность, исключая контакт транспортируемого вязкопластичного малотекучего грунта со стенками грунтопровода. При этом грунт течет в слое высокотекучей маловязкой смазывающей жидкости со значительно меньшими потерями давления на транспортирование грунта, чем при течении без смазывающей жидкости, что повышает производительность грунтонасосной установки.

Конические кольца 5 и 6, установленные коаксиально друг относительно друга и образующие кольцевое сопло 7 по периферии грунтопровода, обеспечивают подачу смазывающей жидкости наиболее эффективно: ровным слоем, концентрично стержню перекачиваемого грунта с одинаковой с ним скоростью, что дает возможность при минимальном количестве смазывающей жидкости максимально снизить потери давления на транспортирование грунта и повысить производительность грунтонасосной установки.

Телескопическая втулка 4 имеет возможность осевого перемещения: при ослаблении болтов 8 и затяжке прижимных болтов 9 втулка перемещается вдоль оси, и ширина сопла 7 уменьшается, следовательно, уменьшается и толщина слоя смазывающей жидкости. Наоборот, при ослаблении болтов 9 и затяжке отжимных болтов 8 ширина сопла 7 увеличивается, увеличивается и толщина слоя смазывающей жидкости. Такая установка втулки 4 обеспечивает возможность изменения толщины слоя смазывающей жидкости в зависимости от свойств перекачиваемого грунта: чем выше текучесть перекачиваемого грунта, тем меньшей толщины слой подаваемой смазывающей жидкости, и наоборот, что также обеспечивает максимальное увеличение производительности при минимальной подаче смазывающей жидкости.

Использование: разработка сапропелей, илистых, торфяных, глинистых грунтов, перекачка концентрированных гидросмесей. Сущность изобретения: установка состоит из грунтового насоса и нагнетательного грунтопровода. Последний снабжен расходной камерой, соединенной с источником смазывающей жидкости. В расходной камере соосно с нагнетательным грунтопроводом установлена телескопическая втулка. Телескопическая втулка и нагнетательный грунтопровод снабжены коническими кольцами, которые установлены коаксиально относительно друг друга и образуют кольцевое сопло по периферии грунтопровода. Телескопическая втулка установлена с возможностью осевого перемещения и снабжена силовыми элементами. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. ГРУНТОНАСОСНАЯ УСТАНОВКА ЗЕМСНАРЯДА, включающая в себя грунтовый насос и нагнетательный грунтопровод, отличающаяся тем, что нагнетательный грунтопровод снабжен расходной камерой, соединенной с источником смазывающей жидкости, в расходной камере соосно с нагнетательным грунтопроводом установлена телескопическая втулка, при этом втулка и грунтопровод снабжены коническими кольцами, расположенными своими коническими поверхностями коаксиально друг относительно друга и образующими кольцевое сопло по периферии нагнетательного грунтопровода. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что телескопическая втулка установлена с возможностью осевого перемещения и снабжена силовыми элементами, фиксирующими ее положение относительно грунтопровода.