ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА

Предполагаемая полезная модель относится к гидромеханизации, в частности к техническим средствам добычи полезных ископаемых из-под воды, а также выполнения дноуглубительных работ.
Известно грунтозаборное устройство землесосного снаряда, включающее наконечник с всасывающим зевом, канал подвода воды на гидрорыхление грунта и коллектор с соплами, при этом всасывающий наконечник разделен коллектором с соплами по высоте на две отдельные всасывающие секции (а.с. СССР № 1208145, Е02F 3/88, 1984). Недостатком известного устройства является низкая эффективность рыхления грунта струями воды, вытекающими из сопел. Это связано с тем, что струи воды монотонно давят на грунт без ударных воздействий.
Известно грунтозаборное устройство землесосного снаряда, включающее наконечник с всасывающим зевом, канал подвода воды, гидромонитор с соплами для рыхления и транспортирования грунта (патент РФ на изобретение № 2390612 Е02F 3/88 от 28.05.2008 г.). Недостатком известного технического решения является низкая эффективность как рыхления грунта, так и транспортирования его к всасывающему зеву струями воды, вытекающими из сопел. Это связано с тем, что рыхление и транспортирование грунта осуществляется непрерывными стационарными струями воды. Рыхлительные струи монотонно давят на грунт без ударных воздействий, что снижает процесс отделения грунта от массива, а транспортирующие стационарные струи быстро теряют энергию в потоке окружающей среды, что снижает дальность транспортирования грунта и эффективность перемешивания струй с транспортируемым грунтом.
Известно и принято за прототип грунтозаборное устройство землесосного снаряда с гидродиффузионным разрыхлителем грунта, включающее наконечник с всасывающим зевом, канал подвода воды на гидрорыхление грунта, гидромонитор или коллектор с соплами (см. Харин А.И. Разработка грунтов плавучими землесосными снарядами. - М.: Стройиздат, 1966, с. 155, рис. 63). Недостатком известного устройства является низкая эффективность диффузионного рыхления грунта струями воды, вытекающими из сопел. Это связано с тем, что струи воды монотонно давят на грунт без ударных воздействий, что снижает процесс проникновения струй воды в грунт и образование диффузионных зон водогрунтовой смеси.
Решаемая предполагаемой полезной моделью задача - повышение эффективности воздействия на грунт струями воды, вытекающими из сопел.
Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого технического решения, - создание пульсаций давления в струях воды, вытекающих из сопел.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном грунтозаборном устройстве землесосного снаряда, включающем наконечник с всасывающим зевом, канал подвода воды на гидрорыхление грунта, коллектор или гидромонитор с соплами, согласно предполагаемой полезной модели грунтозаборное устройство снабжено кавитационными генераторами пульсаций давления воды, установленными перед соплами.
Возможны дополнительные варианты грунтозаборного устройства землесосного снаряда, в которых целесообразно, чтобы:
- кавитационный генератор пульсаций давления воды был установлен перед коллектором;
- кавитационный генератор пульсаций давления воды был установлен на мониторе.
Указанные преимущества, а также особенности предполагаемой полезной модели поясняются вариантами ее осуществления со ссылками на чертежи: на фиг. 1 показан боковой вид устройства с коллектором, в котором кавитационные генераторы пульсаций давления установлены перед соплами; на фиг. 2 - вид А на фиг.1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 2; на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг.2; на фиг. 6 - боковой вид устройства с кавитационным генератором пульсаций давления, установленным перед коллектором; на фиг. 7 - боковой вид устройства с монитором, в котором кавитационные генераторы пульсаций давления установлены перед соплами; на фиг. 8 - сечение Д на фиг.7; на фиг. 9 - боковой вид устройства с кавитационным генератором пульсаций давления, установленным на мониторе.
Грунтозаборное устройство землесосного снаряда включает наконечник 1 с всасывающим зевом 2, канал 3 подвода воды на гидрорыхление грунта, коллектор 4 или монитор 5 с соплами 6, 7, 8, 9, перед которыми установлены кавитационные генераторы пульсаций давления воды 10. Кавитационный генератор пульсаций давления воды 11 может быть установлен перед коллектором 4, а кавитационный генератор пульсаций давления воды 12 - на мониторе 5. Грунтозаборное устройство может быть также снабжено защитной сферической решеткой 13 (которая на фиг. 3, 4, 5 условно не показана) или защитными ребрами 14. Труба 15 служит для транспортирования водогрунтовой смеси к грунтовому насосу. Сопла 6 предназначены для подрезания фронтального откоса грунта, сопла 7 - для рыхления грунта, сопла 8 - для подрезания бокового откоса грунта, сопла 9 - для транспортирования грунта к всасывающему зеву 2.
Грунтозаборное устройство землесосного снаряда работает следующим образом. В процессе работы подается вода по трубе 3 к соплам 6, 7, 8, 9 от насоса гидрорыхлителя (не показан). Струи воды, вытекающие из сопел 6, 7, 8 врезаются в грунт, отделяют его от массива и создают диффузионную зону в результате активного перемешивания струй с грунтом. Струи воды, вытекающие из сопел 9, перемешиваются с грунтом в диффузионной зоне и перемещают его во всасывающий зев 2 грунтоприемника 1 и далее по трубе 15 к грунтовому насосу. При этом вода, истекая в виде струй из сопел 6, 7, 8, 9, предварительно проходит по кавитационным генераторам пульсаций давления 10, выполненным в виде трубки Вентури, в которых происходит преобразование стационарного течения жидкости в пульсирующее (см. Пилипенко В.В. Кавитационные автоколебания. - Киев: Наук. думка, 1989, с.5 - 79). Гидродинамическое воздействие пульсирующих струй на массив грунта формирует продольные и поперечные волны. Они возбуждают упругие (собственные) колебания пористой среды, которые, в свою очередь, приводят к нарушению сплошности массива грунта. Благодаря этому значительно повышается эффективность гидравлического размыва грунта.
Для упрощения конструкции грунтозаборного устройства кавитационные генератор пульсаций давления воды 11 может быть установлены не перед каждым соплом, а, например, перед коллектором 4 (фиг. 6), или генератор 12 на мониторе 5 (фиг. 9). При этом пульсации давления потока, создаваемые в кавитационных генераторах 11, 12, будут проявляться при истечении воды из сопел и повыщать эффективность гидрорыхления. Однако интенсивность пульсаций потока в этом случае несколько снизится по сравнению с установкой кавитационных генераторов 10 непосредственно перед соплами.