ЭЖЕКТОРНОЕ ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА

Предполагаемая полезная модель относится к гидромеханизации, в частности, к техническим средствам для добычи полезных ископаемых из-под воды.
Известно эжекторное грунтозаборное устройство земснаряда, содержащее всасывающий наконечник с диффузором и водоподводящий коллектор с эжектирующим и размывающим насадками, установленными перед наконечником, который снабжен патрубком, установленным коаксиально всасывающего наконечника (а.с. СССР №1146375, E02F 3/92, 1983). Недостатком известного устройства является низкая эффективность перемешивания и передачи энергии от рабочей воды к засасываемой из наконечника водогрунтовой смеси, что снижает к.п.д. устройства. Это связано с тем, что струи рабочей воды монотонно вытекают из эжектирующего насадка и передают энергию засасываемой водогрунтовой смеси только за счет турбулентных вихрей.
Известно грунтозаборное устройство землесосного снаряда, включающее всасывающий наконечник со смесительной камерой и решеткой и коллектор с размывочной и эжектирующей насадками, которое снабжено патрубком, присоединенным к торцу смесительной камеры со стороны входного сечения, и обтекателем, закрепленным на решетке и расположенным перед патрубком с образованием кольцевого зазора (а.с. СССР на изобретение №1308716 E02F 3/88, 28.05.1985). Благодаря кольцевому зазору образуется дополнительная эжектирующая струя, повышающая эффективность работы. Недостатком известного устройства является низкая эффективность перемешивания и передачи энергии к засасываемой из наконечника водогрунтовой смеси от рабочей воды, вытекающей в виде струи как из эжектирующего насадка, так и дополнительной кольцевой струи, что снижает к.п.д. устройства. Это связано с тем, что струи рабочей воды монотонно вытекают из эжектирующего насадка и из кольцевого зазора и передают энергию засасываемой водогрунтовой смеси только за счет турбулентных вихрей.
Известно грунтозаборное устройство землесосного снаряда, включающее всасывающий наконечник со смесительной камерой и эжектором, содержащим размещенный в нем коллектор, соединенный с эжекторной насадкой, и эжекторную головку с центральными эжекторной и размывающей насадками, соединенную водоводом с коллектором, в котором коллектор выполнен в виде камеры с кольцевыми стенками, а эжекторная насадка коллектора выполнена в виде нескольких сопел, продольные оси которых сфокусированы на продольной оси смесительной камеры (а.с. СССР на изобретение №1416617 E02F 3/88, 27.08.1986). Благодаря эжекторной насадке, выполненной в виде нескольких сопел, образуется дополнительная эжектирующая ступень, повышающая эффективность работы устройства. Недостатком известного устройства является низкая эффективность перемешивания и передачи энергии к засасываемой из наконечника водогрунтовой смеси от рабочей воды, вытекающей в виде струй как из центральной эжекторной насадки, так и из дополнительных сопел, что снижает к.п.д. устройства. Это связано с тем, что струи рабочей воды монотонно вытекают из эжектирующих насадок обеих ступеней и передают энергию засасываемой водогрунтовой смеси только за счет турбулентных вихрей.
Известно и принято за прототип эжекторное грунтозаборное устройство земснаряда, содержащее всасывающий наконечник, эжектирующие насадки, камеру смешения, канал подвода рабочей воды (см. Цейтлин Ф.Д., Аляев А.Н. Гидромеханизация погрузочно-разгрузочных работ в речных портах. - М.: Транспорт, 1977, с. 24, рис. 9). Недостатком известного устройства является низкая эффективность перемешивания и передачи энергии от рабочей воды к засасываемой из наконечника водогрунтовой смеси, что снижает к.п.д. устройства. Это связано с низкой интенсивность массообмена в камере смешения, так как струи рабочей воды монотонно вытекают из эжектирующих насадок и передают энергию засасываемой водогрунтовой смеси в камере смешения только за счет турбулентных вихрей.
Решаемая предполагаемой полезной моделью задача – увеличение к.п.д. устройства за счет повышения интенсивности массообмена в камере смешения между рабочей водой и засасываемой водогрунтовой смесью.
Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого технического решения, – создание пульсаций давления в струях рабочей воды, вытекающих из эжектирующих насадок.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном грунтозаборном устройстве земснаряда, содержащим всасывающий наконечник, эжектирующие насадки, камеру смешения, канал подвода рабочей воды, согласно предполагаемой полезной модели грунтозаборное устройство снабжено кавитационными генераторами пульсаций давления воды, выполненными в виде трубки Вентури, установленными перед эжектирующими насадками.
Возможны дополнительные варианты грунтозаборного устройства земснаряда, в которых целесообразно, чтобы:
- кавитационные генераторы пульсаций давления воды были соединены с эжектирующими насадками;
- кавитационный генератор пульсаций давления воды был установлен в канале подвода рабочей воды.
Указанные преимущества, а также особенности предполагаемой полезной модели поясняются вариантами ее осуществления со ссылками на чертежи: на фиг. 1 - эжекторное грунтозаборное устройство центрального типа с пульсатором, установленным в канале подвода рабочей воды; на фиг. 2 показано эжекторное грунтозаборное устройство центрального типа с пульсатором, соединенным с эжектирующей насадкой; на фиг. 3 - эжекторное грунтозаборное устройство кольцевого типа с пульсатором, установленным в канале подвода рабочей воды; на фиг. 4 - эжекторное грунтозаборное устройство струйно-кольцевого типа с пульсатором, установленным в канале подвода рабочей воды; на фиг. 5 - эжекторное грунтозаборное устройство струйно-кольцевого типа с пульсаторами, соединенными с эжектирующими насадками; на фиг. 6 - эжекторное грунтозаборное устройство, в котором эжектирующая насадка установлена перед всасывающим наконечником, с пульсатором, установленным в канале подвода рабочей воды; на фиг. 7 - эжекторное грунтозаборное устройство, в котором эжектирующая насадка установлена перед всасывающим наконечником, с пульсатором, соединенным с эжектирующей насадкой.
Эжекторное грунтозаборное устройство земснаряда содержит всасывающий наконечник 1, эжектирующие насадки 2, камеру смешения 3, канал подвода рабочей воды 4, а также кавитационные генераторы пульсаций давления воды 5 и 6, выполненные в виде трубки Вентури и установленные перед эжектирующими насадками. Кавитационные генераторы пульсаций давления воды 5 установлены в канале подвода рабочей воды 4, а кавитационные генераторы пульсаций давления воды 6 соединены с эжектирующими насадками 2. Устройство может быть также снабжено коллектором рабочей воды 7, насадком 8 для размыва грунта и защитной решеткой 9.
Эжекторное грунтозаборное устройство земснаряда работает следующим образом. В процессе грунтозабора подается рабочая вода по каналу 4 к эжектирующим насадкам 2 от насоса (не показан). Струи рабочей воды, вытекающие из эжектирующих насадок 2 с высокими скоростями, смешиваются в камере смешения 3 с подсасываемыми потоками водогрунтовой смеси, поступающими из всасывающего наконечника 1, и передают кинетическую энергию подсасываемым потокам в результате массообмена. При этом рабочая вода, истекая в виде струй из насадок 2, предварительно проходит по кавитационным генераторам пульсаций давления 5 или 6, выполненными в виде трубок Вентури, в которых происходит преобразование стационарного течения жидкости в пульсирующее (см. Пилипенко В.В. Кавитационные автоколебания. – Киев: Наук. думка, 1989, с. 5–79). Гидродинамическое взаимодействие пульсирующих струй с подсасываемыми потоками водогрунтовой смеси значительно повышает интенсивность массообмена в камере смешения 3 между рабочей водой и засасываемой водогрунтовой смесью, так как при этом наряду с турбулентными вихрями в процессе массообмена участвуют пульсации потока, вызывающие как изменения давления, так и изменение скорости потока. Благодаря этому увеличивается к.п.д. эжекторного грунтозаборного устройства земснаряда.
Для повышения интенсивности пульсаций потока кавитационные генераторы пульсаций давления воды 6 могут быть соединены с эжектирующими насадками 2. Необходимо отметить, что это несколько повысит к.п.д., но усложнит конструкцию грунтозаборного устройства.