ФОРМЫ И ПАРАМЕТРЫ ВСАСЫВАЮЩИХ НАКОНЕЧНИКОВ
Свободный конец подвижной части всасывающей трубы, как правило, оборудуют всасывающий наконечником, который служит, во-первых, для повышения производительности насоса по грунту путем создания такого потока всасываемой жидкости по форме, гидродинамическим характеристикам и его положению по отношению к поверхности разрабатываемого грунта, чтобы обеспечивалось наиболее активное взаимодействие всей массы засасываемой жидкости с разрабатываемым грунтом. Кроме того, всасывающая линия является такой частью гидротранспортной системы, где приходится учитывать и ценить каждый метр располагаемого напора, так как именно в начале всасывающей трубы определяется эффективность работы любой грунтонасосной установки. Поэтому, во-вторых, всасывающий наконечник используют для обеспечения наименьших потерь напора при входе образующейся в области всаса гидросмеси во всасывающую трубу.
Если землесосный снарйд предназначается для разработки грунтов, засоренных валунами, корневищами растений и пр., которые могут перекрывать каналы рабочего колеса насоса, то выбирают соответствующую конструкцию всасывающего наконечника, устраняющую возможность попадания крупных включений во всасывающую трубу грунтового насоса.
Конструкцию всасывающего наконечника выбирают применительно к геотехническим и производственным условиям разрабатываемого грунтового массива. При этом учитывают толщину разрабатываемого подводного слоя, высоту и состав надводной части забоя, возможность папильонирования, производительность землесосного снаряда и другие факторы, определяющие условия работы всасывающего наконечника.
Применяемые наконечники условно можно подразделить на следующие три группы применительно к способам землесосной разработки грунтов: для траншейной разработки, для папильонажной и наконечники для разработки грунта способом воронок.
Способ разработки грунта (а следовательно, и соответствующие всасывающие наконечники) рекомендуется выбирать в зависимости от толщины слоя грунта в следующих пределах: папильонажный способ 1,5 м; способ воронок — при больших толщинах, когда не требуется частая перестановка снаряда и тщательная зачистка отработанного забоя.
Входное отверстие (зев) наконечников для траншейной разработки имеет очертание по коробовой кривой (обычно их называют эллиптическими) с отношением большего размера к меньшему от 1 : 2 до 1 : 5.
В дноуглубительной практике применяют наконечники со щелевым входным отверстием с еще большим отношением размеров плоскости входа жидкости в наконечник.
При траншейной разработке могут применяться и другие наконечники, в том числе цилиндрические или конические с зевом круглой формы. В случае применения наконечников с зевом удлиненной формы рекомендуется большую ось (размер) отверстия входного сечения располагать параллельно плоскости разрабатываемого грунта, что обеспечивает большую производительность землесосного снаряда по грунту, так как приближает область больших скоростей засасываемого потока к поверхности эрозируемого грунта. Процесс всасывания грунта активизируют различными способами, в частности воздействием на грунт гидравлических струй, которые рыхлят грунт и подгоняют разрыхленный грунт к приемному отверстию всасывающего наконечника. Так появились наконечник со струенаправляющими кольцами В. А. Раздольного (рис. 35) и щелевой наконечник улучшенной конструкции А. С. Старикова.
При папильонажном способе разработки грунта рекомендуется применять конические наконечники круглого сечения, которые не меняют относительного расположения плоскости зева к поверхности разрабатываемого грунта при папильонировании. Особенно неудобны в применении при папильонировании длинные щелевые наконечники. При разработке грунта способом воронок хорошо зарекомендовали себя наконечники грушевидной формы, предложенные и внедренные в производство Д. В Рощупкиным.
Естественно, что наличие струенаправляющего устройства способно устранить возможность временного скопления грунта у устья
Средняя скорость движения гидросмеси во всасывающей трубе обычно принимается в пределах 2—5 м/с. Установлено, что всасывание грунта происходит тем интенсивнее, чем больше площадь устья всаса. Однако имеется некоторый предел, когда увеличение площади тельности наконечника. Следует отметить, что если организованы рыхление и подгон грунта во всасывающее устройство, то существующие ныне типы наконечников работают примерно с одинаковой эффективностью, обеспечивая высокую плотность гидросмеси — порядка 1,5— 1,8 т/м3. Об этом свидетельствуют многочисленные исследования во ВНИИНеруде (г. Тольятти) В. И. Роздольного, В. П. Лохтина, X. Ш. Мустафина и В. И. Михайлова. Известно, что плотность песчаного грунта равна ~2,65 т/м3; этот грунт в естественном залегании при заполнении пор водой имеет плотность 2,10 т/м3; достигнутое предельное значение плотности грунтовой (песчаной) массы при ее засасывании, равное 1,8 т/м3, соответствует плотности насыщенной водой песчаной массы в стадии делатации, отвечающей первой стадии развития кипящего слоя. Очевидно, это значение следует считать предельным для условий подводной разработки песчаных грунтов. Возникает другой вопрос, можно ли такую грунтовую массу транспортировать грунтовым насосом по всасывающему и напорному тракту гидротранспортной системы. Названные сотрудники ВНИИНеруда доказали возможность засасывания и транспорта такой плывунной массы по трубам. В Ленинградском институте инженеров водного транспорта освоен транспорт густой водопесчаной смеси по трубам.
Что касается коэффициента местных потерь самого всасывающего наконечника, то, по исследованиям В. В. Сочилова, этот коэффициент оказался сравнительно небольшим, порядка 0,5 для эллиптического наконечника с отогнутыми краями. Но этот коэффициент характеризует свободное всасывание без каких-либо устройств для рыхления или сгона грунта в области всасывания. В общем случае оценки потерь напора на вход в наконечник их следует принимать порядка 3—5 м вод.ст., как это рекомендует С. П. Огородников.
Вопрос о потерях напора во всасывающей трубе рассматривается еще раз с общих позиций при расчете всасывающей трубы в гл. IX.
Известно, что применение вибрации в водонасыщенных мелких песках вызывает их разжижение и текучесть. Это явление использовано сотрудниками ВНИИНеруда для создания грунтозаборного устройства с гидровибрационным приспособлением. Испытания такого устройства дали хорошие результаты.
Эффективность всасывания грунта при использовании различных наконечников может быть увеличена путем экранирования тех сторон области всасывания, с которых поступает большое количество чистой воды, мало воздействующей на грунт (обычно это сторона, противоположная плоскости разрабатываемого забоя).
Наиболее эффективная форма экранирования применение металлического щита (при траншейной разработке), закрепленного подвижно на кромке сосуна со стороны снаряда. Опущенный на грунт щит направляет воду по узкой щели под щитом, при этом вода вымывает грунт из-под щита, но приток ее с этой стороны незначительный.
Интересным устройством того же назначения является наконечник конструкции Б. М. Шкундина (рис. 36), названный автором «лопатой». Эта лопата автоматически закрывает свободную сторону всасывающего наконечника, чем повышает консистенцию гидросмеси.