Грунтозаборное устройство землесосного снаряда
Изобретение относится к гидромеханизация, а именно к подводной разработке грунтов и добыче полезных ископаемых землесосными снарядами. Техническая задача - повышение производительности земснаряда по грунту, снижение просора грунта. Грунтозаборное устройство включает в себя фрезу, всасывающий трубопровод с грунтоприемником, выполненным в виде нескольких всасывающих отверстий. Устройство снабжено коническим насадком, установленным внутри фрезы, большее основание которого расположено у выходных кромок лопастей фрезы. При этом всасывающие отверстия грунтоприемника расположены по периферии наружной поверхности насадка. 8 з.п.ф-лы, 7 ил.
Предлагаемое изобретение относится к гидромеханизации, а именно к подводной разработке грунтов и добыче полезных ископаемых землесосными снарядами.
Известно грунтозаборное устройство землесосного снаряда, включающее осевой насос и фрезерный разрыхлитель, установленные на валу, всасывающий патрубок, неподвижный направляющий аппарат, установленный между рыхлителем и насосом (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 (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 в нижней ее части. Эффективность фрезерного разрыхлителя повышается с увеличением частоты вращения фрезы, как осевого насоса, транспортирующего грунт к всасывающему отверстию. Однако при увеличенной частоте вращения фрезы повышаются центробежные силы, действующие на частицы грунта, которые выносят грунт из полости фрезы. Это снижает концентрацию водогрунтовой смеси, так как всасывающее отверстие находится внутри фрезы, а грунт центробежными силами выносится за пределы фрезы. Для снижения уноса грунта из полости фрезы на лобовом диске внутри фрезы устанавливается струенаправляющий экран, охватывающий своей внутренней поверхностью всасывающее отверстие, который предназначен для направления грунта внутрь фрезы к всасывающему отверстию. Это несколько снижает просор грунта. С этой же целью - направление отрезанного фрезой грунта внутрь фрезы к всасывающему отверстию - грунтозаборное устройство снабжено струенаправляющим экраном, охватывающим внутренней поверхностью всасывающее отверстие и установленным на лобовом листе и снабженным направляющими ребрами (а.с. СССР №422826, Е 02 F 3/92, 1972 г.; а.с. СССР №612031, Е 02 F 3/88, 1976 г.; а.с. СССР №962473, Е 02 F 3/88, 1980 г.). Все эти грунтозаборные устройства обладают одним и тем же недостатком - всасывающее отверстие охватывается внутренней поверхностью экрана и расположено внутри фрезы в нижней ее части. Однако при вращении фрезы на грунт действуют центробежные силы, которые выбрасывают грунт из внутренней части фрезы, удаляя его от всасывающего отверстия. Поэтому, несмотря на конструктивные решения в виде струенаправляющих экранов, которые должны бы улавливать выбрасываемый центробежными силами грунт и направлять его к всасывающему отверстию, просор грунта весьма большой, что снижает производительность земснаряда. Кроме того, производительность земснаряда низка также и по той причине, что вращение фрезы при проектировании стремятся снизить (с целью уменьшения центробежных сил, действующих на грунт), чтобы уменьшить просор грунта, и тем самым снижают эффективность работы фрезы, которая повышается с увеличением частоты вращения.
Известно также грунтозаборное устройство земснаряда, включающее фрезу, всасывающий трубопровод с грунтоприемником, выполненным в виде нескольких всасывающих отверстий (а.с. СССР №1416616, Е 02 F 3/88, 1985 г.). Преимущество данного технического решения по сравнению с рассмотренными выше в том, что всасывающие отверстия расположены по всему внутреннему сечению фрезы в плоскости, перпендикулярной ее оси, а не в нижней ее части, как в ранее рассмотренных решениях. Это уменьшает просор грунта. Однако при больших диаметрах и длинах фрезы (свыше 0,5 м) эффективность устройства также снижается. Это связано с тем, что всасывающие отверстия находятся внутри фрезы, а большая часть отрезанного фрезой грунта - на периферии, в зоне вращения лопастей, поэтому он не попадает во всасывающие отверстия, 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 предлагаемым изобретением задача - повышение производительности землесосного снаряда по грунту.
Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого устройства, - повышение консистенции засасываемой водогрунтовой смеси.
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 известное грунтозаборное устройство землесосного снаряда, включающее фрезу, всасывающий трубопровод с грунтоприемником, выполненным в виде нескольких всасывающих отверстий, согласно предлагаемому изобретению снабжено коническим насадком, установленным внутри фрезы, большее основание которого расположено у выходных кромок лопастей фрезы, при этом всасывающие отверстия расположены по периферии наружной поверхности насадка.
Возможны дополнительные варианты осуществления заявляемого устройства, в которых целесообразно, чтобы:
- конический насадок был снабжен струенаправляющими ребрами, установленными на его наружной поверхности с углом наклона, противоположным углу наклона лопастей фрезы;
- всасывающие отверстия были выполнены в виде отрезков колец;
- конический насадок и всасывающие отверстия были установлены на лобовом листе;
- всасывающие отверстия были снабжены ребрами;
- выходные кромки лопастей фрезы и ребра всасывающих отверстий были снабжены ножами;
- оно было снабжено экраном, охватывающим всасывающие отверстия;
- экран был снабжен струенаправляющими ребрами;
- ребра были установлены на внутренней стороне экрана с углом наклона, противоположным углу наклона лопастей фрезы.
Указанные преимущества, а также особенности предлагаемого изобретения поясняются вариантами его осуществления со ссылками на чертежи: на фиг.1 показан продольный разрез грунтозаборного устройства; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б1 на фиг.1; на фиг.4 - вид Б2 на фиг.1; на фиг.5 - вид В на фиг.1; на фиг.6 - элемент Г на фиг.1; на фиг.7 - сечение Д-Д на фиг.6.
Грунтозаборное устройство землесосного снаряда включает в себя фрезу 1 (например, с отвально-направляющими поверхностями), всасывающий трубопровод 2 с грунтоприемником, выполненным в виде нескольких всасывающих отверстий 3; конический насадок 4, установленный внутри фрезы. Всасывающие отверстия 3 расположены по периферии наружной поверхности насадка 4. Конический насадок 4 установлен таким образом, что большее основание его расположено у выходных кромок лопастей фрезы 1. Насадок 4 и всасывающие отверстия 3 могут быть установлены на лобовом листе 5. Всасывающие отверстия 3 могут быть снабжены ребрами 6. Выходные кромки лопастей фрезы 1 и ребра 6 всасывающих отверстий 3 могут быть снабжены ножами 7 и 8. Насадок 4 может быть снабжен струенаправляющими ребрами 9. Грунтозаборное устройство может быть снабжено экраном 10, охватывающим всасывающие отверстия 3. Экран 10 может быть снабжен струенаправляющими ребрами 11. Всасывающие отверстия 3 соединены с трубопроводом 2 каналами 12.
Грунтозаборное устройство землесосного снаряда работает следующим образом. При вращении фрезы 1 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. В результате 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 12 во всасывающий трубопровод 2. Конический насадок 4, установленный внутри фрезы 1, формирует и направляет потоки водогрунтовой смеси на периферию своей внешней поверхности, где установлены всасывающие отверстия 3. Благодаря этому увеличивается количество грунта, поступающего во всасывающие отверстия 3 и снижаются его потери в окружающее пространство (снижается «просор» грунта, т.е. достигается экологический результат). За счет этого достигается также технический результат - повышается консистенция засасываемой водогрунтовой смеси, так как большая часть грунта поступает в отверстия 3. Это обеспечивает повышение производительности землесосного снаряда.
Таким образом, в предлагаемой конструкции грунтозаборного устройства грунт поступает в зону всасывания отверстий 3 как за счет потока, формируемого лопастями фрезы 1, действующего на частицы грунта при вращении фрезы и перемещающего их в осевом и радиальном направлениях к всасывающим отверстиям, так и за счет формирования потока водогрунтовой смеси коническим насадком 4, который отжимает грунт из центра фрезы на периферию своей внешней поверхности, где установлены всасывающие отверстия 3. При этом большее основание конического насадка 4 расположено у выходных кромок лопастей фрезы 1, которая, работая как осевой насос, перемещает грунт вдоль оси к выходным кромкам. Таким образом, к выходным кромкам движется грунт при вращении фрезы как осевого насоса, а также отжимается из центра фрезы насадком 4 на периферию своей наружной поверхности. Так как всасывающие отверстия 3 расположены по периферии насадка 4, т.е. у выходных кромок лопастей фрезы 1, то это способствует увеличению количества засасываемого во всасывающие отверстия грунта и повышению производительности землесосного снаряда по грунту.
Установка струенаправляющих ребер 9 на наружной поверхности насадка 4 снижает закрутку потока, вызванную вращением фрезы 1, и уменьшает выброс грунта центробежными силами из зоны всасывания, что увеличивает консистенцию засасываемой водогрунтовой смеси. Выполнение ребер 9 с углом наклона, противоположным углу наклона лопастей фрезы (фиг.5), не только снижает закрутку потока, но и способствует преобразованию энергии вращения потока в потенциальную энергию на входе во всасывающие отверстия 3, что увеличивает зону активного всасывания и повышает консистенцию засасываемой водогрунтовой смеси.
Отверстия 3 и насадок 4 могут быть установлены на лобовом листе 5. Это обеспечивает формирование зоны активного всасывания перед отверстиями 3 в зоне вращения фрезы и уменьшает подсос чистой воды с тыльной стороны наконечника. Кроме того, лист 5 также отражает поступающий на него осевой поток водогрунтовой смеси, создаваемый насадком 4 и фрезой 1, в зону всасывания, что также снижает просор грунта и повышает консистенцию засасываемой водогрунтовой смеси.
Для формирования развитой зоны активного всасывания на периферии наружной поверхности насадка 4 при разработке крупнофракционных грунтов всасывающие отверстия 3 могут быть выполнены в виде отрезков колец (см. фиг.3). При этом большая часть отверстий 3 располагается в нижней части наружной поверхности насадка 4, меньшая часть - в верхней. Это связано с гравитационным движением грунта вниз.
Для исключения засасывания кусков грунта или инородных включений размерами, превышающими проходные сечения грунтового насоса, всасывающие отверстия 3 могут быть снабжены ребрами 6. Ребра 6 снижают закрутку потока на входе в отверстия 3, что способствует повышению всасывающей способности и консистенции водогрунтовой смеси.
Для разработки грунтов с растительностью ребра 6 и выходные кромки фрезы 1 могут быть снабжены ножами 7 и 8 (см. фиг.6 и 7), которые перерубают растительность на мелкие куски, предназначенные для засасывания, что увеличивает консистенцию засасываемой водогрунтовой смеси.
Для снижения уноса грунта, особенно при разработке илистых и мелкофракционных грунтов, грунтозаборное устройство может быть снабжено экраном 10, охватывающим всасывающие отверстия 3. Экран 10 препятствует уносу грунта центробежными силами потока.
Для снижения закрутки потока (следовательно, уноса грунта) экран 10 может быть снабжен струенаправляющими ребрами 11, установленными на его внутренней поверхности.
Для преобразования скорости закрутки потока в потенциальную энергию водогрунтовой смеси ребра 11 могут быть установлены на внутренней стороне экрана 10 с углом наклона, противоположным углу наклона лопастей фрезы (фиг.2), что увеличивает зону активного всасывания и повышает консистенцию засасываемой водогрунтовой смеси.
1. Грунтозаборное устройство землесосного снаряда, включающее фрезу, всасывающий трубопровод с грунтоприемником, выполненным в виде нескольких всасывающих отверстий, отличающееся тем, что устройство снабжено коническим насадком, установленным внутри фрезы, большее основание которого расположено у выходных кромок лопастей фрезы, при этом всасывающие отверстия грунтоприемника расположены по периферии наружной поверхности конического насадка.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конический насадок снабжен струенаправляющими ребрами, установленными на его наружной поверхности с углом наклона, противоположным углу наклона лопастей фрезы.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что всасывающие отверстия выполнены в виде отрезков колец.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конический насадок и всасывающие отверстия установлены на лобовом листе.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что всасывающие отверстия снабжены ребрами.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что выходные кромки лопастей фрезы и ребра всасывающих отверстий снабжены ножами.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено экраном, охватывающим всасывающие отверстия.
8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что экран снабжен струенаправляющими ребрами.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что ребра установлены на внутренней стороне экрана с углом наклона, противоположным углу наклона лопастей фрезы.
