ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ИНТЕНСИВНОСТЬ И ХАРАКТЕР ВСАСЫВАНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ГРУНТА СНАРЯДАМИ
Следует различать процессы всасывания и грунтозабора, поскольку применительно к гидротранспортирующим машинам, работающим по добыче песка, гравия и других материалов или по углублению рек и очистке каналов, интересующим производственников является не процесс всасывания как таковой, а то количество грунтовой массы, которое способна данная машина (землесос, гидроэлеватор) забрать и транспортировать в единицу времени.
Естественно стремление к тому, чтобы количество забираемого грунта было наибольшим, а удельный расход энергии на грунтозабор и гидротранспорт был наименьшим. Для этого разработаны различные приемы и приспособления для разрушения всасываемого грунта и подачи его к устью всасывающей трубы.
В этом аспекте процесс всасывания является составной частью процесса грунтозабора. В интенсификации грунтозабора большую роль играет явление обрушения забоя в области действия грунтозаборного устройства.
Необходимо отметить факторы, влияющие на интенсивность всасывания грунта.
1. Расход жидкости Q определяет скорость ее движения в зоне всаса. Чем больше расход, тем интенсивнее всасывание по трубе данного диаметра. Это явление объясняется тем, что размывающие скорости распространяются на большей поверхности забоя, а эффект эрозии при больших скоростях будет более глубоким, чем при меньших. Однако следует иметь в виду, что при большом расходе значительное количество воды будет устремляться во всасывающую трубу из верхних слоев водоема, а количество увлекаемого грунта может отставать, в результате чего насыщенность потока твердыми частицами будет уменьшаться. Таким образом, очевидно, что для данного снаряда, имеющего определенную по размерам и конструкции всасывающую трубу, при соответствующих условиях залегания разрабатываемого грунта существует некоторый расход Q, при котором удельное насыщение будет наибольшим.
2. Диаметр всасывающей трубы непосредственно не влияет на скорость движения в зоне всасывания, но является лимитирующим фактором, так как при данном расходе Q определяется скорость в трубе; если эта скорость небольшая, то может оказаться, что наиболее крупные частицы не смогут подняться восходящим потоком, однако обычно скорость жидкости во всасывающей трубе значительно больше гидравлической крупности частиц. Кроме того, при увеличении диаметра трубы увеличивается плотность гидросмеси во всасывающей трубе вследствие большего отставания твердых частиц от жидкости; с другой стороны, при большем диаметре всасывающей трубы уменьшаются сопротивления в трубе, что способствует увеличению интенсивности всасывания, поэтому диаметр всасывающей трубы должен определяться гидравлическим расчетом.
Для уменьшения сопротивления протекающей в трубе жидкости следует везде, где можно, стремиться к сокращению длины всасывающей линии и упрощению ее конструкции. Также необходимо стремиться к уменьшению геометрической высоты всасывания.
3. Связность грунта также влияет на интенсивность всасывания: чем плотнее грунт и больше его связность, тем менее эффективно всасывание. Несвязный грунт хорошо всасывается без рыхления; связный грунт целесообразно рыхлить тем или иным способом. При разработке грунтов землесосными снаря- вающей трубы в области всаса, разрушая связность грунта и подталкивая грунт к устью всасывающей трубы.
4. Положение всаса по отношению к плоскости грунта и форма всасывающего наконечника также играют значительную роль в процессе всасывания. Исследования показали, что наилучшими являются всасывающие наконечники эллиптической формы с горизонтальной большой осью, с округлыми краями, поставленные под углом а=10—45° к горизонту (рис. 34). Такая форма обусловливает наименьшее сопротивление входу потока гидросмеси во всасывающую трубу. Чем ближе расположено устье всасывающей трубы к поверхности разрабатываемого грунта, тем интенсивнее всасывание.
Для повышения консистенции гидросмеси целесообразно заглублять всас в рыхлый грунт. В трубу начинает поступать насыщенная водой (плывунная) масса песка, разжижаемая струями воды, прорывающимися вдоль внешней поверхности трубы. Вакуум на всасывающей стороне землесоса (или другого сосущего аппарата) сильно возрастает.
При дальнейшем заглублении всаса консистенция гидросмеси возрастает еще больше, повышается сопротивление всасывающей линии, вакуум во всасывающей трубе увеличивается и при некотором критическом значении может произойти срыв работы землесоса .
Размещение всасывающего устройства у входа во всасывающую трубу обеспечивает при заглублении всаса получение гидросмеси высокой консистенции за счет большой разности давлений в области всаса.
Применение эжекторного устройства в устье всасывающей линии при значительном заглублении всаса трубы в рыхлый грунт дает высокую производительность землесоса по грунту, стабилизирует консистенцию гидросмеси и полностью выводит землесос из режима кавитации, так как любое эжекторное устройство, правильно спроектированное по производительности, инжектируя гидросмесь во всас землесоса, способно с избытком напора предолеть сопротивление всасывающей трубы.
Такие устройства также целесообразно применять на очень длинных всасывающих линиях, сопротивление которых способно вызвать кавитацию в области рабочего колеса землесоса.
Монтаж эжектора следует произвести так, чтобы эжекторно-инжекторный землесосный снаряд в период его устойчивого режима работал без эжекции, а при заглублении всаса землесоса в грунт или при добыче крупного материала (гравий, галька), особенно с больших глубин, можно было бы подключить эжектор для устранения возможности возникновения кавитации. Эжектор может подключаться автоматически, причем параметром, определяющим подключение или отключение эжектора, может служить значение вакуума на всасывающей стороне землесоса.
Имеются данные испытаний, показывающие, чтк) применение эжектора на всасывающей линии землесоса увеличивает производительность его по грунту до 40% при снижении расхода энергии на единицу добытого грунта. Благодаря соответствующей организации грунтозабора можно обеспечить высокую плотность гидросмеси (порядка 1,5—1,6 т/м3). В этой области известны исследования X. Ш. Мустафина.