УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРАБОТКИ И УДАЛЕНИЯ ГРУНТА ПОД ВОДОЙ Российский патент 2014 года по МПК E02F3/88 E02F3/92 

Изобретение относится к струйной технике, а именно к подводным грунтозаборным устройствам, в частности к устройствам, при работе которых не допускается вторичное загрязнение водоема, например, предназначенным для использования водолазами при судоподъемных, подводно-технических, гидротехнических и др. работах.

Известно устройство для разработки и удаления грунта под водой (Авт. св. СССР №925757, кл. B63C 7/28; E02F 3/ 88, опубл. 1980), 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 не используется энергия разрыхляющей струи, что снижает эффективность устройства, а кроме того, разрыхленный грунт под действием отраженных струй разрыхляющей воды разбрасывается во все стороны из зоны грунтозабора, вызывая взмучивание окружающей среды, что приводит к вторичному загрязнению водоема и практически к "нулевой" видимости в зоне грунтозабора, например, для водолаза, работающего этим устройством.

Известен струйный насос, предназначенный для удаления газов из шахт (заявка Великобритании № 2111125, кл. F04F 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 понижение давления 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.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для подводной разработки грунта (Патент RU №2015757, МПК E02F 3/88, опубл. 30.06.1994), включающее установленную соосно в коллекторе пульпоотводящую трубу с диффузором и камерой смешения с входным отверстием, трубу для подвода рабочей жидкости в коллектор и эжектирующее и грунторыхлительное сопла, при этом 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, 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.

Недостатком известного решения является тот факт, что эжектирующее сопло формирует высокоскоростную кольцевую струю жидкости, прилегающую к стенкам камеры смешения, в силу чего кинетическая энергия струи резко падает в силу большого трения на стенке, а кроме того может возникнуть абразивное разрушение стенок камеры, при этом у стенки в потоке жидкости образуется большой поперечный градиент скорости, который приводит к генерации пузырьковой кавитации у стенок камеры и их дополнительному интенсивному кавитационному разрушению. Следовательно, недостатком известного решения является недостаточно высокая эффективность устройства и его быстрый износ.

Задачей изобретения является повышение эффективности устройства и его износоустойчивости.

Поставленная задача решается с помощью устройства для разработки и удаления грунта под водой, содержащего соосно установленные отводящий патрубок, диффузор, камеру смешения, распределительную камеру с патрубком для подвода рабочей жидкости, конфузор воронкообразной формы с криволинейно-выпуклой поверхностью, плавно переходящий во входное отверстие камеры смешения, гидрорыхлительное кольцевое щелевое сопло, установленное на входе в конфузор, эжектирующее сопло. Устройство содержит по крайней мере одно дополнительное эжектирующее сопло, сопла выполнены в виде труб, соединяющих распределительную камеру с камерой смешения, установленных под острым углом к оси камеры смешения, а оси каждой из труб в районе их скрещивания с осью симметрии камеры расположены с одной стороны от оси симметрии на расстояниях 0,75-1,25 диаметров труб.

Предпочтительно устройство содержит два, три или четыре эжектирующих сопла.

Предпочтительно устройство содержит два патрубка или более для подвода рабочей жидкости.

Предпочтительно гидрорыхлительное кольцевое щелевое сопло имеет площадь в диапазоне от 0,01 площади одного эжектирующего сопла до суммарной площади эжектирующих сопел.

На Фиг.1 показано предлагаемое устройство, вид спереди.

На Фиг.2 показан вид устройства сверху.

Предлагаемое устройство для разработки и удаления грунта под водой содержит последовательно соединенные отводящий патрубок 1 для удаления пульпы, диффузор 2, камеру смешения 3, конфузор 4 воронкообразной формы с криволинейно-выпуклой поверхностью, плавно переходящий во входное отверстие камеры смешения 3, размещенную аксиально камере смешения 3 кольцевую распределительную камеру 5, имеющую патрубки 6 для подвода рабочей жидкости и гидрорыхлительное кольцевое щелевое сопло 7, и эжектирующие сопла в виде труб 8.

Устройство работает следующим образом.

Рабочая жидкость от насоса (не показан) по патрубкам 6 поступает в распределительную камеру 5, в которой происходит распределение ее и одновременная подача в кольцевое гидрорыхлительное сопло 7 и эжектирующие сопла 8.

Струя рабочей жидкости, истекающая из кольцевого гидрорыхлительного сопла 7, которое направлено в сторону разрабатываемого грунта под острым углом к оси всасывающего отверстия конфузора 4, непосредственно воздействует на разрабатываемый грунт, размывая его. Площадь гидрорыхлительного сопла 7 на выходе увеличивается для более тяжелых разрабатываемых грунтов и устанавливается в зависимости от характеристик грунта в диапазоне от 0,01 площади одного эжектирующего сопла до суммарной площади эжектирующих сопел.

В силу действия эффекта Коанда рыхлительная струя при этом примыкает к внешней криволинейно-выпуклой поверхности конфузора 4, безотрывно обтекает его и создает разрежение на его поверхности. В результате разрыхленный грунт образует пульпу, которая устремляется к камере смешения.

Струи рабочей жидкости, истекающие из эжектрирующих сопл 8, создают импульс жидкости вдоль оси симметрии камеры смешения 3, обеспечивающий эжекцию пульпы из камеры смешения 3 и ее дальнейшее движение по отводящему трубопроводу. Отклонение осей эжектирующих сопл 8 от соответствующих плоскостей симметрии камеры смешения позволяет избежать столкновения струй, вытекающих из разных эжектирующих сопл, и образования кумулятивных струй. В результате взаимодействия смещенных относительно друг друга эжектирующих струй вдоль оси камеры смешения образуется единая закрученная струя повышенной устойчивости.

Техническим результатом предложенного решения является достижение высокой эффективности устройства по разрыхлению и удалению грунта под водой, повышение износоустойчивости его, причем подготовленная гидрорыхлительными струями пульпа полностью выводится из водоема, благодаря чему при работе устройства удается избежать замутнения воды в водоеме и вредного влияния на окружающую среду.

Изобретение относится к струйной технике, а именно к подводным грунтозаборным устройствам, в частности к устройствам, при работе которых допускается вторичное загрязнение водоема, например, предназначенным для использования водолазами при судоподъемных, подводно-технических и гидротехнических работах. Задачей изобретения является повышения эффективности устройства и его износостойкости. Сущность изобретения: устройство для разработки и удаления грунта под водой содержит соосно установленные отводящий патрубок, диффузор, камеру смешения, распределительную камеру с патрубком для подвода рабочей жидкости, конфузор воронкообразной формы с криволинейно-выпуклой поверхностью, плавно переходящий во входное отверстие камеры смешения, гидрорыхлительное кольцевое щелевое сопло, установленное на входе в конфузор, эжектирующее сопло, при этом устройство содержит по крайней мере одно дополнительное эжектирующее сопло, сопла выполнены в виде труб, соединяющих распределительную камеру с камерой смешения, установленных под острым углом к оси камеры смешения, а оси каждой из труб в районе их скрещивания с осью симметрии камеры расположены с одной стороны от оси симметрии на расстояниях 0,75-1,25 диаметров труб.3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для разработки и удаления грунта под водой, содержащее соосно установленные отводящий патрубок, диффузор, камеру смешения, распределительную камеру с патрубком для подвода рабочей жидкости, конфузор воронкообразной формы с криволинейно-выпуклой поверхностью, плавно переходящий во входное отверстие камеры смешения, гидрорыхлительное кольцевое щелевое сопло, установленное на входе в конфузор, эжектирующее сопло, отличающееся тем, что устройство содержит по крайней мере одно дополнительное эжектирующее сопло, сопла выполнены в виде труб, соединяющих распределительную камеру с камерой смешения, установленных под острым углом к оси камеры смешения, а оси каждой из труб в районе их скрещивания с осью симметрии камеры расположены с одной стороны от оси симметрии на расстояниях 0,75-1,25 диаметров труб.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство содержит два, три или четыре эжектирующих сопла.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство содержит два патрубка или более для подвода рабочей жидкости.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что гидрорыхлительное кольцевое щелевое сопло имеет площадь в диапазоне от 0,01 площади одного эжектирующего сопла до суммарной площади эжектирующих сопел.