ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА

Предполагаемая полезная модель относится к гидромеханизации, а именно к подводной разработке грунтов и добыче полезных ископаемых землесосными снарядами.
Известно грунтозаборное устройство землесосного снаряда, включающее осевой грунтовой насос и фрезерный разрыхлитель, установленные на валу, всасывающий патрубок, неподвижный направляющий аппарат, установленный между рыхлителем и насосом (см. а.с. СССР №901399, Е 02 F 3/88, 1980 г.). Недостатком известного устройства является высокая сложность конструкции и низкая эффективность забора грунта вследствие малых скоростей всасывания. В известном устройстве всасывающий патрубок охватывает фрезерный разрыхлитель по всему сечению, что снижает скорости всасывания и транспортирования грунта. Это приводит к необходимости установки осевого насоса во всасывающем патрубке, что усложняет конструкцию устройства. Кроме того, выполнение всасывающего отверстия по всему сечению фрезерного разрыхлителя снижает скорости всасывания, что уменьшает зону всасывания, увеличивает просор грунта, снижает концентрацию засасываемой водогрунтовой смеси, что приводит в конечном итоге к снижению производительности землесосного снаряда по грунту. Такими же недостатками характеризуются известные грунтозаборные устройства по а.с. СССР №1013583, Е 02 F 3/88,1981 г. и а.с. СССР №323515, Е 02 F 3/88,1970 г.
Известно, что для упрощения конструкции грунтозаборного устройства применяются фрезерные разрыхлители с отвально-направляющими поверхностями, которые выполняют сразу две функции: отделяют грунт от массива и транспортируют его к всасывающему отверстию, т.е. работают в качестве осевого насоса (см. Огородников С.П. Грунтозаборное устройство земснаряда со струенаправляющим экраном. Ж-л «Строительные и дорожные машины», 1974, №6, с.7-8), В известном устройстве всасывающее отверстие расположено внутри фрезы и спроектировано таким образом, чтобы скорость всасывания составляла 3-4 м/с (см. Огородников С.П. Гидромеханизация разработки грунтов. - М.: Стройиздат, 1986. - 254 с.). Эффективность фрезерного разрыхлителя с отвально-направляющими поверхностями повышается с увеличением частоты вращения фрезы, как осевого насоса, транспортирующего грунт к всасывающему отверстию. Однако при превышении некоторого оптимального значения частоты вращения фрезы наблюдается унос грунта из зоны всасывания за счет центробежных сил, а также за счет обратных потоков внутри фрезы, возникающих вследствие влияния лобового диска. Что приводит к снижению производительности землесосного снаряда по грунту. Для снижения этого отрицательного явления на лобовом диске внутри фрезы устанавливается струенаправляющий экран, который предназначен для направления потока к всасывающему отверстию. Это несколько снижает просор грунта. С этой же целью (повышение производительности землесосного снаряда за счет снижения просора грунта) грунтозаборное устройство земснаряда, включающее фрезерный
рыхлитель с ножами, установленными наклонно к его оси, и с закрепленным на нем экраном, направленным к устью всасывающего наконечника и имеющим наружную обечайку, снабжено направляющими ребрами, расположенными на наружной обечайке (см. а.с. СССР №962473, Е 02 F 3/88,1980 г.).
Известно и принято за прототип грунтозаборное устройство землесосного снаряда, включающее фрезу с отвально-направляющими поверхностями и всасывающий трубопровод, в котором отвалы на фрезе установлены с углами подъема к устью всасывающего трубопровода, а ножи - с углами падения к нему (см. а.с. СССР №859551, Е 02 F 3/88, 1977 г.). В известном устройстве та же цель - повышение производительности землесосного снаряда за счет снижения уноса грунта - достигается направлением потока к всасывающему отверстию за счет такого профилирования поверхностей фрезы, когда вначале осуществляется осевая подача грунта, а в конце фрезы - радиальная, к всасывающему отверстию. Однако, как показывает опыт эксплуатации, установка струенаправляющего экрана и специальное профилирование поверхностей фрезы дают эффект только при малых диаметрах фрезы (до 0,5 м), когда зона активного всасывания всасывающего отверстия охватывает площадь поперечного сечения фрезы. При увеличении диаметра фрезы (свыше 0,5 м) повышается унос грунта из зоны всасывания, что снижает производительность землесосного снаряда. Это связано с тем, что всасывающее отверстие находится внутри фрезы, а часть отрезанного фрезой грунта - на периферии, в зоне вращения выходных концов лопастей, поэтому он не попадает во всасывающее отверстие, а уносится потоками в окружающее пространство. Кроме того, зона всасывания при работе с фрезами больших размеров охватывает сечение фрезы по длине также не полностью, и часть грунта выносится из зоны вращения фрезы и не поступает в зону всасывания.
Решаемая предполагаемой полезной моделью задача - повышение производительности землесосного снаряда по грунту.
Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого устройства, - расширение конструктивных вариантов грунтозаборных устройств для различных условий грунтозабора и типоразмеров землесосных снарядов.
Экологический результат - снижение загрязнения окружающей среды при разработке грунта и добыче полезных ископаемых из-под слоя воды землесосными снарядами благодаря снижению уноса грунта из зоны всасывания.
Для решения поставленной задачи с достижением указанных технического и экологического результатов в известном грунтозаборном устройстве землесосного снаряда, включающем фрезу с отвально-направляющими поверхностями и всасывающий трубопровод с грунтоприемником, согласно предполагаемой полезной модели грунтоприемник выполнен в виде нескольких всасывающих отверстий, расположенных в зоне вращения фрезы и соединенных с всасывающим трубопроводом каналами.
Возможны дополнительные варианты осуществления заявляемого устройства, в которых целесообразно, чтобы:
- оно было снабжено лобовым листом, на котором установлены всасывающие отверстия;
- оно было снабжено коническим насадком, установленным внутри фрезы вдоль оси ее вращения;
- конический насадок был снабжен струенаправляющими ребрами;
- струенаправляющие ребра были установлены на наружной поверхности конического насадка с углом наклона, противоположным углу наклона лопастей фрезы;
- всасывающие отверстия были выполнены в виде отрезков колец;
- каналы были выполнены телескопическими и снабжены коническими патрубками;
- всасывающие отверстия были снабжены ребрами;
- оно было снабжено экраном, охватывающим всасывающие отверстия;
- экран был снабжен струенаправляющими ребрами;
- струенаправляющие ребра были установлены на внутренней поверхности экрана с углом наклона, противоположным углу наклона лопастей фрезы;
- выходные кромки лопастей фрезы и ребра всасывающих отверстий были снабжены ножами.
Указанные преимущества, а также особенности предполагаемой полезной модели поясняются вариантами его осуществления со ссылками на чертежи: на фиг.1 показано грунтозаборное устройство; на фиг.2 - разрез А_А на фиг.1; на фиг.3 - грунтозаборное устройство с коническим насадком и экраном; на фиг.4 - вид Б на фиг.3; на фиг.5 - вид В1 на фиг.3; на фиг.6 - вид В2 на фиг.3; на фиг.7 - вид Г на фиг.3; на фиг.8 - элемент Д на фиг.3; на фиг.9 - сечение Е-Е на фиг.8.
Грунтозаборное устройство землесосного снаряда включает в себя фрезу 1 с отвально-направляющими поверхностями и всасывающий трубопровод 2 с грунтоприемником, выполненным в виде нескольких всасывающих отверстий 3, расположенных в зоне вращения фрезы и соединенных с всасывающим трубопроводом каналами 4. Грунтозаборное устройство может быть снабжено лобовым листом 5, на котором установлены всасывающие отверстия 3. Грунтозаборное устройство может быть снабжено коническим насадком 6, установленным внутри фрезы 1 вдоль оси ее вращения. Конический насадок б может быть оснащен струенаправляющими ребрами 7. Грунтозаборное устройство может быть снабжено экраном 8, который может быть снабжен ребрами 9. Всасывающие отверстия 3 могут быть снабжены ребрами 10, а выходные кромки лопастей фрезы 1 и ребра - ножами 11 и 12.
Грунтозаборное устройство землесосного снаряда работает следующим образом. При вращении фрезы 1 (вращающий вал условно не показан) в контакте ее с дном водоема, она отрезает грунт и создает осевой поток воды. Кроме того, при вращении фрезы вода увлекается также во вращательное движение. Благодаря этому фрезой создаются потоки воды сложного движения, которые захватывают куски отрезанного грунта и перемешивают его с водой, образуя в зоне вращения фрезы водогрунтовую смесь. Водогрунтовая смесь засасывается во всасывающие отверстия 3 и поступает по каналам 4 во всасывающий трубопровод 2. Выполнение грунтоприемника в виде нескольких всасывающих отверстий 3, расположенных в зоне вращения фрезы 1, обеспечивает
всасывание водогрунтовой смеси по всему сечению зоны вращения, сводя до минимума просор грунта. Каждое всасывающее отверстие 3 является центром всасывания, образуя области активного всасывания по всему объему зоны вращения фрезы. Всасывающие отверстия 3 могут быть расположены в зоне вращения фрезы таким образом, чтобы максимально обеспечивать всасывание срезаемого грунта при изменяющихся условиях грунтозабора, для этого каналы 4 могут быть выполнены телескопическими или снабжены заменяемыми вставками, обеспечивающими оптимальное положение отверстий 3 в зоне вращения фрезы 1.
При разработке грунтов с большим количеством инородных включений (например, засоренных топлой древесиной) каналы 4, расположенные внутри фрезы 1, могут вызывать препятствие для разработки грунта. Для исключения этого явления грунтозаборное устройство может быть снабжено лобовым листом 5, на котором установлены всасывающие отверстия 3. При этом осевой поток от фрезы 1 транспортирует грунт к отверстиям 3. Отверстия 3 образуют перед лобовым листом 5 развитую зону активного всасывания, попадая в которую водогрунтовая смесь засасывается во всасывающий трубопровод 2.
Для формирования осевого потока с целью получения высокого насыщения водогрунтовой смеси при меньшем количестве всасывающих отверстий 3, грунтозаборное устройство может быть снабжено коническим насадком 6, установленным внутри фрезы 1 вдоль оси ее вращения. При этом большее основание насадка располагается в конце фрезы 1, меньшее - в ее начале. При этом осевой поток, перемещаясь вдоль оси фрезы, отжимается насадком 6 к периферии фрезы, где установлены всасывающие отверстия 3. Таким образом, благодаря насадку 6 зона активного всасывания переносится из центра фрезы на ее периферию, что снижает просор грунта. Для снижения закрутки потока водогрунтовой смеси насадок 6 может быть снабжен струенаправляющими ребрами 7. Это снизит унос грунта центробежными силами. Выполнение ребер 7 с углом наклона, противоположным углу наклона лопастей фрезы (см. фиг.7) не только снижает закрутку, но и способствует преобразованию энергии вращения потока в потенциальную энергию на входе во всасывающие отверстия 3, что увеличивает зону активного всасывания и снижает потери напора грунтового насоса на грунтозабор.
Для формирования развитой зоны активного всасывания в зоне вращения фрезы 1 при разработке крупно фракционных грунтов всасывающие отверстия 3 могут быть выполнены в виде отрезков колец (см. фиг.5), которые установлены в зоне вращения выходных кромок лопастей. При этом большая часть отверстий 3 располагается в нижней части зоны вращения фрезы 1, меньшая часть - в верхней. Это связано с гравитационным движением грунта вниз.
Для преобразования скоростей всасывания в отверстиях 3 в более высокие скорости транспортирования в трубопроводе 2 каналы 4 могут быть снабжены коническими патрубками.
Чтобы исключить засасывание кусков грунта или инородных включений размерами, превышающими проходные сечения грунтового насоса, всасывающие отверстия снабжены ребрами 10. Кроме того, при разработке грунтов с растительностью ребра 10 и выходные кромки фрезы 1 могут быть снабжены
ножами 11 и 12 (см. фиг.8 и 9), которые перерубают растительность на мелкие куски, предназначенные для засасывания.
Для снижения уноса грунта особенно при разработке илистых и мелкофракционных грунтов грунтозаборное устройство может быть снабжено экраном 8, охватывающим всасывающие отверстия 3. Экран 8 препятствует уносу грунта центробежными силами потока. Для снижения закрутки потока (следовательно, уноса грунта) экран 8 может быть снабжен струенаправляющими ребрами 9, установленными на внутренней поверхности экрана. Для преобразования скорости закрутки потока в потенциальную энергию водогрунтовой смеси ребра 9 могут быть выполнены криволинейными с углом наклона, противоположным углу наклона лопастей фрезы (см. фиг.7), что увеличивает зону активного всасывания и снижает потери на грунтозабор.