Обеспечение судоходных условий на участке реки дноуглублением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Назначение габаритов судового хода

2. Проектирование прорезей

3. Оценка устойчивости прорези

3.1 Построение плана течения по способу плоских сечений

3.2 Расчёт гидравлических элементов потока в расчётных струях

3.3 Расчёт деформаций прорези

4. Определение объёмов дноуглубительных работ

4.1 Составление схем обвехования прорезей

4.2 Определение объёмов выемки грунта

5. Определение расчётной производительности землесоса

5.1 Построение контрольных графиков по данным натуральных испытаний землесоса

5.2 Построение рабочей и кавитационной характеристик насоса на воде

5.3 Построение характеристик трубопровода на воде

5.4 Пересчёт характеристик насоса с воды на смесь

5.5 Пересчёт с воды на смесь характеристики грунтопровода

5.6 Определение потерь напора в напорном трубопроводе при работе на воде

5.7 Определение потерь напора по длине и суммы местных потерь в напорном трубопроводе работе на воде

5.8 Пересчёт с воды на смесь потерь напора по длине в напорном трубопроводе

5.9 Пересчёт с воды на смесь суммы местных потерь и геодезического подъёма в напорном трубопроводе

5.10 Пересчёт характеристики всасывающего трубопровода с воды на смесь

5.11 Определение полных потерь энергии в грунтопроводе при движении смеси

5.12 Построение характеристики насоса и трубопровода при работе землесоса на гидросмеси. Построение рабочей линии

5.13 Определение ограничений работы землесоса

5.14 Определение расчётной производительности землесоса по грунту

5.15 Определение расчётных значений действительной, расходной консистенции и консистенции пористого грунта

5.16 Вычисление расчётной производительности по грунту

6. Составление технологической карты работы землесоса

7. Составление баланса времени землесоса

8. Выбор многочерпакового снаряда и определение его расчётной производительности

9. Составление технологической карты работы многочерпакового снаряда

10. Определение количества шаланд

11. Определение стоимости извлечения грунта

11.1 Определение стоимости извлечения несвязного грунта

11.2 Определение стоимости извлечения связного грунта

Список использованной литературы



Введение

В данном курсовом проекте рассмотрен план участка реки, подлежащий дноуглублению для поддержания на нём судоходных условий. Он включает в себя расчёт устойчивости дноуглубительной прорези на несвязном грунте, определение расчётной производительности землесосов, составление технологических карт работы землесоса и многочерпакового снаряда.



1. Назначение габаритов судового хода

Проектирование прорези начинается с определения габаритов судового хода. В зависимости от класса водного пути, приведённого в задании, назначаются ширина и радиус закругления судового хода. Для I класса они выбираются в пределах 100-85 м (принимаем 90 м) и 1000-600 м (принимаем 600 м) соответственно. Гарантированная глубина судового хода определяется по формуле:

Tг = Tс + ?h = 4,0 + 0,2 = 4,2 м,

где

Tс - осадка расчётного судна, м;

?h - навигационный запас под днищем судна, который устанавливается в зависимости от осадки судов и характера грунтов, м. В нашем случае, поскольку Tс > 3,0 м, принимаем ?h = 0,2 м.



2. Проектирование прорезей

На план участка наносится проектная (то есть отвечающая гарантированной глубине) изобата - 4,2 м. Далее проектируется ось судового хода, проходящая по наибольшим глубинам. Когда ось судового хода нанесена, устанавливаются все места, где гарантированные глубина и ширина хода не выдерживаются.

В этих местах проектируются прорези. Ширина прорезей принимается равной:

Bпр = 1,1 · Bг = 1,1 + 90 = 99 м (принимаем Bпр = 100 м).

Отвал грунта для верхней прорези располагаем на нижнем побочне. Шаландовый отвал грунта, извлеченного из нижней прорези, укладываем за пределами плана участка. Положение прорезей, отвала грунта, судового хода показаны на плане участка реки (рис. 1).



3. Оценка устойчивости прорези

Расчёт прорези на перекате с несвязным грунтом состоит из двух частей: построения плана течений и расчёта деформаций дна. Вначале строится план течений для бытового, а затем - для проектного состояния русла. Расчёт деформаций делается только для проектного состояния. Все расчёты выполняются при рабочем уровне дноуглубительных работ Hраб = 1,5 м, которому отвечает расход воды, определяемый по кривой расхода для гидрологического поста, указанного в задании (Q = 2000 м³/с).

Примечание. Рабочий уровень дноуглубительных работ определён относительно проектного уровня как Hраб = 1,6 ? 0,1 = 1,5 м.

Глубина разработки прорези от проектного уровня с учётом переуглубления при траншейной работе землесоса равна:

Tпр = Tг + hпер = 4,2 + 0,7 = 4,9 м,

где hпер = 0,7 м - величина технологического переуглубления.

3.1 Построение плана течения по способу плоских сечений

Приближённый способ построения плана течения, предложенный М.А. Великановым, основан на использовании формулы Шези. Исходная зависимость для определения значений элементарного расхода воды на вертикалях записывается в следующем виде:

q = k · h3/2,

где

k = (vI / n) · H1/6 - постоянная величина для данного поперечного сечения (I - продольный уклон свободной поверхности; n - коэффициент шероховатости русла, с/м1/3; H - средняя глубина потока в живом сечении, м);

h - глубина потока на вертикали, м.

Полный расход Q, проходящий через поперечное сечение шириной B, определяется как:

Q ? k · ?(h3/2 · ?b).

Величина k определяется как отношение заданного расхода воды к величине интеграла:

k = Q / ?(h3/2 · ?b).

План течения на перекате строится при рабочем уровне дноуглубления Hраб.

Последовательность построения плана течения по способу плоских сечений следующая:

1) На плане участка реки в характерных местах русла намечаются 5 - 7 (в нашем случае - 7) расчётных поперечных сечений. Поперечники ориентированы перпендикулярно к среднему направлению течения воды.

2) Далее вычерчиваются поперечные профили русла во всех сечениях до рабочего уровня воды.

3) Для каждого поперечного сечения на характерных вертикалях вычисляются значения h3/2, средние значения (h3/2)ср в отсеках, расположенных между смежными вертикалями, произведения (h3/2)ср · ?b, где ?b - ширина отсека (расстояние между смежными вертикалями).

4) Последовательно суммируются значения вычисленных произведений (h3/2)ср · ?b для всего поперечного сечения шириной B.

5) Вычисляются значение коэффициента k для данного поперечного сечения при известном полном расходе воды Q.

6) Определяются значения ординат интегральной кривой распределения расхода воды по ширине русла путём умножения результатов последовательного суммирования величин (h3/2)ср · ?b на значение коэффициента k. При этом в конце поперечного сечения должен получиться полный расход воды:

Q ? k · ?((h3/2)ср · ?b).

По данным вычислений строится интегральная кривая распределения расхода воды в поперечном сечении русла.

7) Конечную ординату интегральной кривой, представляющую собой полный расход Q, делят на равные части для пяти струй:

Qстр = Q / N = 2000 / 5 = 400 м³/с.

8) Точки раздела ординаты сносятся горизонтально на интегральную кривую, а с последней - вертикально - на линию уровня воды, определяя, таким образом, границы равнорасходных струй.

9) Перенося точки, соответствующие границам струй, на план участка и, проведя через них плавные линии, получают план течения, который дает возможность установить направление течения и определить значения средних скоростей потока дня каждой расчётной струи. При этом сначала строится план течения для бытового состояния русла. Расчёт распределения расхода воды в этом случае выполняется по ширине каждого расчётного поперечника.

После этого переходят к построению плана течения для проектного состояния русла, то есть с учётом прорези и отвала. Для этого заново рассчитывают распределение расхода воды по ширине поперечников, которые пересекают прорезь и отвал. Планы течения (линии тока) для бытового и проектного состояний русла совмещаются и оформляются на отдельно вычерченном плане переката, на котором показаны только нулевая и проектная изобаты, а также положение дноуглубительной прорези и отвала грунта.

3.2 Расчёт гидравлических элементов потока в расчётных струях

Расчёт выполнен для проектного состояния русла для 3 и 4 струй.

Во всех расчётных сечениях для этих струй определяются гидравлические элементы потока: площадь струи ?стр, ширина струи bстр, средняя глубина

hстр = ?стр / bстр,

средняя скорость в сечении струи

Uстр = Qстр / ?стр,

значение неразмывающей Uнр и размывающей Uр скоростей течения. Значения неразмывающих скоростей вычисляются по формуле В.Н. Гончарова:

Uнр = 3,0 · (hстр · d50 / d90)0,2 · (d50 + 0,0014)0,3,

где d50 и d90 - диаметры частиц грунта, обеспеченные соответственно на 50 и 90 % по кривой гранулометрического состава (приведены в исходных данных).

Значения размывающих скоростей определяются по соотношению:

Uр = 1,3 · Uнр.



Результаты подсчёта указанных величин сведены в табл. 1.

Таблица 1. Гидравлические элементы потока и значения Uстр, Uнр и Uр в струях 3 и 4

По данным табл. 1 построены совмещённые графики изменения скоростей по длине струи (рис. 10 - 11). Для получения количественной оценки устойчивости прорези выполняется расчёт деформаций дна на основе уравнения баланса наносов.

3.3 Расчёт деформаций прорези

Уравнение деформации для выделенных струй записывается в следующем виде:

(1 / (1 ? ?)) · (?Qs / ?l) + (bстр)ср · (?zд / ?t) = 0,

где

?Qs - приращение расхода влекомых наносов, м³/с;

(bстр)ср - средняя на участке ширина струи, м;

?l - длина расчетного участка, м;

?t - расчётный интервал времени, сутки;

? - пористость грунта (для песка ? = 0,4);

?zд - приращение отметки дна, м.

Последовательность расчёта следующая:

1) Вычисляются значения расхода влекомых наносов в расчётных сечениях струй по формуле К.В. Гришанина:

Qs = 0,015 · (Uстр / Uнр)3 · d50 · (Uстр ? Uнр) · bстр.

2) Подсчитывается приращение величины расхода влекомых наносов:

?Qs = Qs,i + 1 ? Qs,i,

где i - номер расчетного сечения.

3) Вычисляется начальная скорость деформаций. При этом начальную скорость повышения или понижения высоты дна в пределах каждого расчетного участка находят по формуле:

?нач = ? ((86400 · ?Qs) / ((1 ? ?) · ?l · (bстр)ср)),

где

(bстр)ср = (bстр,i + bстр,i + 1) / 2;

?l - длина расчётного участка по оси струи, м.

4) Подсчитываются деформации дна за период времени ?t по соотношению:

?Zд = ?нач · ?t.

Интервал времени ?t принимается равным 5 суток.

Результаты подсчёта указанных величин сведены в табл. 2.



Таблица 2. Расход влекомых наносов и значения начальной скорости деформаций дна в пределах струй 3 и 4

По результатам расчётов строятся графики изменения скорости начальной деформации по длине струи снач.



4. Определение объёмов дноуглубительных работ

4.1 Составление схем обвехования прорезей

Схемы обвехования прорезей приводятся на плане участка реки. Длина серий принимается равной 100 м.

4.2 Определение объёмов выемки грунта

Объём выемки грунта подсчитывается по сериям длиной 100 м, на которые разбивается прорезь. Для этого на основе исходного плана участка реки строятся продольные профили дна по кромкам и оси прорези.

При этом полезная толщина снимаемого слоя hп определяется от проектного уровня как разница между гарантированной глубиной и глубиной в данной точке соответствующего продольного створа:

hп = Tг ? h.

Далее в пределах каждой серии находятся площади срезаемого грунта fi и подсчитывается объём полезной выемки:

Vi = ((fiл + 2 · fiо + fiпр) / 4) · Bп,

Где i - номер серии;

fi - площадь срезаемого грунта на этой серии;

подстрочные индексы л, о, п - профили по левой кромке, по оси прорези и по правой кромке соответственно.

Объём переуглубления для прорези в несвязном грунте в пределах одной серии равен:



Vпер = 100 · Bп · hпер,

где hпер = 0,7 м - величина технологического переуглубления (при траншейной разработке прорези).

Для прорези в связном грунте объём переуглубления равен:

Vпер = 100 · Bп · hз,

где hз = 0,1 м - запас на неровность выработки.

Полный объём выемки на серии Vп.i получают, прибавляя к полезному объёму Vi объём переуглубления Vпер.i. Складывая объёмы выемки по всем сериям, получают полный объём работ на прорези.

Результаты расчета объёмов дноуглубительных работ сводятся в табл. 3.

Таблица 3. Объёмы дноуглубительных работ

В результате составляется сводная таблица объёмов дноуглубительных работ с указанием длины прорези Lпр, ее ширины Bп, а также площади выемки Sп, полного объема Vп и средней толщины снимаемого слоя hсн = Vп / Sп (табл. 4).

Таблица 4

Сводная таблица объёмов дноуглубительных работ



5. Определение расчётной производительности землесоса

Работа землесоса складывается из двух параллельно протекающих процессов: забора грунта со дна водоёма и его отвода к месту отвала. В связи с этим различают производительность по грунтоотводу Qг и производительность по грунтозабору Qз. Интенсивность грунтозабора определяется следующими факторами: родом грунта, заглублением приёмника всасывающей трубы в грунт и скоростью рабочих перемещений землесоса. Движение гидросмеси по грунтовому тракту испытывает влияние рода грунта, длин и диаметров всасывающего и напорного трубопроводов, конструкции грунтового насоса и частоты вращения его рабочего колеса. Расчётная (наибольшая возможная) производительность землесоса по грунтоотводу Qг устанавливается путём рассмотрения совместной работы насоса, напорного и всасывающего грунтопроводов.

5.1 Построение контрольных графиков по данным натуральных испытаний землесоса

При натуральных испытаниях землесосов, которые проводятся на воде, определяются следующие величины: эффективная мощность N и частота вращения вала двигателя n, подача насоса Q, напор, затрачиваемый в напорном трубопроводе Hн, а также напор, затрачиваемый во всасывающем трубопроводе Hвс. Испытания землесосов проводят обычно при 3 различных частотах вращения вала двигателя и при 3 длинах напорного трубопровода L.

По этим данным построены контрольные графики:

Q = f1(n), vH = f2(n), 3vN = f3(n),

где H = Hн + Hвс + hшк - полный напор, развиваемый насосом (hшк - превышение шкалы манометра над осью насоса, hшк = 6 м).

Для построения используются данные испытаний землесосов, которые представляются в табл. 5.

Таблица 5

Данные для построения контрольных графиков

5.2 Построение рабочей и кавитационной характеристик насоса на воде

Совокупность связей H = H(Q, n), N = N(Q, n), ? = ?(Q, n) называется рабочей характеристикой насоса. Здесь ? представляет собой к.п.д. насоса, определяемый по формуле:

? = (H · Q) / (270 · N).

Рабочая характеристика насоса строится для трёх значений частоты вращения рабочего колеса, но обязательно для расчётного n0 = 290 об/мин.

Построение характеристик насоса ведут при помощи контрольных графиков. Пара функций Q = f1(n) и vH = f2(n) позволяет построить семейство кривых H = H(Q, n), а пара функций Q = f1(n) и 3vN = f3(n) - семейство кривых N = N(Q, n).

Результаты расчётов сводятся в табл. 6.



Таблица 6

Данные для построения рабочей характеристики насоса

Кавитационная характеристика насоса Hвак.пр. = f(Q) строится по данным натуральных испытаний землесоса (табл. 7).

Таблица 7

Данные для построения кавитационной характеристики насоса на воде

При работе насоса на воде его рабочая и кавитационная характеристики дают все сведения, которые могут понадобиться при эксплуатации насоса в различных условиях. По данным табл. 6 и 7 строятся рабочая и кавитационная характеристики насоса.

5.3 Построение характеристик трубопровода на воде

Характеристика всего трубопровода H = H(Q, L) строится путем соединения на характеристике насоса H = H(Q, n) точек с одинаковыми значениями длины трубопровода L (рис. 17).

Характеристика всасывающего трубопровода при работе на воде Hвс = Hвс(Q) строится по данным натуральных испытаний землесоса (табл. 8).



Таблица 8

Данные для построения характеристики всасывающего трубопровода на воде

5.4 Пересчёт характеристик насоса с воды на смесь

Рабочая характеристика насоса, работающего на гидросмеси, строится для расчётной частоты вращения n = 290 об/мин и представляет собой два семейства кривых:

Hсм = f1(Qсм, ?см / ?), Nсм = f2(Qсм, ?см / ?).

Пересчёт к.п.д. не делается. Кавитационная характеристика выражается семейством кривых:

Hвак.пр.см = f3(Qсм, ?см / ?).

Пересчёт делается при трёх значениях относительной плотности смеси:

?см / ? = 1,1; 1,2; 1,3.

Формулы для пересчёта:

Hсм = 0,5 · (1 + ?см / ?) · H;

Nсм = (0,2 + 0,8 · ?см / ?) · N;

Hвак.пр.см = (?см / ?) · Hвак.пр. ? 10 · (?см / ? ? 1),

где H, N, Hвак.пр. - значения напора, развиваемого насосом, эффективной мощности и предельного вакуума, которые снимаются с характеристики насоса при работе на воде.

Пересчёт характеристик насоса производится для трёх выбранных круглых значений подачи на смеси Qсм = 2900, 3400, 3900 м3/с. Результаты расчётов сводятся в табл. 9.

Таблица 9

Данные для построения характеристики насоса при работе на гидросмеси

5.5 Пересчёт с воды на смесь характеристики грунтопровода

Характеристика грунтопровода с воды на смесь пересчитывается при расчётной длине его плавучей части L = 350 м. При этом пересчёт с воды на смесь производится раздельно для характеристики напорного и всасывающего трубопроводов.

5.6 Определение потерь напора в напорном трубопроводе при работе на воде

Суммарные затраты энергии в напорном трубопроводе Hн находятся вычитанием потерь во всасывающем трубопроводе Hвс из полных потерь напора H при расчётной длине L = 350 м:



Hн = H ? Hвс.

Значения суммарных затрат энергии в грунтопроводе H снимаются с характеристики трубопровода для трёх выбранных значений подачи Qсм.

Расчёты сводятся в табл. 10.

Таблица 10

Значения потерь напора в напорном трубопроводе

5.7 Определение потерь напора по длине и суммы местных потерь в напорном трубопроводе при работе на воде

Потери по длине hд и сумма местных потерь и геодезического подъёма ?hм + hк определяются по следующим соотношениям:

hд ? 0,55 · Hн;

?hм + hк ? 0,45 · Hн.

Расчёты сводятся в табл. 11.

Таблица 11

Значения hд и ?hм + hк в напорном трубопроводе при работе на воде



5.8 Пересчёт с воды на смесь потерь напора по длине в напорном трубопроводе

Для определения потерь напора по длине при движении гидросмеси hд.см используется формула Института гидромеханики АН УССР:

hд.см = (1 + 0,13 · (vкр2 / (vсм · v(g · Dн)))3) · hд = ? · hд,

где

vкр - критическая скорость смеси;

vсм - средняя скорость смеси в сечении трубопровода;

Dн - диаметр напорного трубопровода (указан в задании);

hд - потери напора по длине при работе на воде.

Для определения hд.см предварительно выполняются следующие операции:

а) Вычисляются значения критической скорости гидросмеси для трёх значений относительной плотности смеси ?см / ? = 1,1; 1,2; 1,3:

vкр = 16 · 6v(S · (w0 / v(g · d)) · (? / Dн)) · v(g · Dн),

где

S - значения действительной консистенции смеси;

w - гидравлическая крупность;

d = 0,5 мм - средний диаметр частиц грунта;

? - высота выступов шероховатости.

Значения параметра w0 / v(g · d) и относительной шероховатости трубопровода ? / Dн зависят соответственно от среднего диаметра частиц грунта и диаметра напорного трубопровода и принимаются равными:



w0 / v(g · d) = 0,8;

? / Dн = 4 · 10?5.

Значения действительной консистенции смеси находятся из выражения:

S = 0,61 · (?см / ? ? 1).

Вычисления vкр сводятся в табл. 12.

Таблица 12

Значения критической скорости гидросмеси

б) Вычисляются значения скорости гидросмеси по формуле:

vсм = Qсм / (900 · ? · Dн2).

Вычисления vсм сводятся в табл. 13.

Таблица 13

Значения средней скорости гидросмеси

После вычислений значений vкр и vсм определяются значения потерь напора по длине при движении гидросмеси hд.см по соответствующей формуле. Расчёты сводятся в табл. 14.



Таблица 14

Значения потерь напора по длине hд.см

5.9 Пересчёт с воды на смесь суммы местных потерь и геодезического подъёма в напорном трубопроводе

Для пересчёта суммы местных ?hм потерь и геодезического подъема hк используется выражение:

(?hм + hк)см ? (?см / ?) · (?hм + hк).

Расчёты сводятся в табл. 15.

Таблица 15

Значения местных потерь в напорном трубопроводе



5.10 Пересчёт характеристики всасывающего трубопровода с воды на смесь

Для пересчёта характеристики всасывающего трубопровода с воды на смесь используется формула:

Hвс.см = (?см / ?) · Hвс + (?см / ? ? 1) · Tс + hщ,

где

Tс - глубина опускания всасывающего наконечника;

hщ - потери в щели всасывания.

При выборе расчётной производительности землесоса пользуются средним значением:

Tс = Tг + 3,0 = 4,2 + 3 = 7,2 м.

Потери в щели всасывания равны hщ = 1,25 м.

Расчёты сводятся в табл. 16.

Таблица 16

Значения потерь напора во всасывающем трубопроводе при движении смеси



5.11 Определение полных потерь энергии в грунтопроводе при движении смеси

Полный напор, расходуемый на перемещение гидросмеси по грунтовому тракту, получается суммированием затрат напора в напорном и всасывающем трубопроводах.

Полный расходуемый напор определяется выражением:

Hсм = hд.см + (?hм + hк)см + Hвс.см.

Результаты расчётов Hсм сводятся в табл. 17.

Таблица 17

Значения полного расходуемого напора в грунтопроводе при движении смеси

5.12 Построение характеристики насоса и трубопровода при работе землесоса на гидросмеси. Построение рабочей линии

На основании рассчитанных значений строятся:

1) Семейства кривых характеристики насоса (по данным табл. 9):



Hсм = f1(Qсм, ?см / ?);

Nсм = f2(Qсм, ?см / ?).

2) Семейство кривых кавитационной характеристики насоса (по данным табл. 9):

Hвак.пр.см = f3(Qсм, ?см / ?).

3) Семейство кривых характеристики всасывающего трубопровода (по данным табл. 16):

Hвс.см = f4(Qсм, ?см / ?).

4) Семейство кривых характеристики грунтопровода (по данным табл. 17):

Hсм = f5(Qсм, ?см / ?).

Совокупность графических построений, необходимых для выбора расчетной производительности землесоса представлена на рис. 18.

Рабочая линия р - р (рис. 18) образуется пересечением семейства кривых характеристик насоса Hсм = f1(Qсм, ?см / ?) при n = 290 об/мин с семейством кривых характеристик грунтопровода Hсм = f5(Qсм, ?см / ?) при L = 350 м.

5.13 Определение ограничений работы землесоса

Производительность землесоса по грунту с повышением консистенции увеличивается. Следовательно, желательно, чтобы землесос работал с большим насыщением смеси.

Однако существует три ограничения работы землесоса:

1) По кавитации (линия к - к, рис. 18). Пересечение линий кавитационной характеристики насоса Hвак.пр.см = f3(Qсм, ?см / ?) с линиями характеристики всасывающего трубопровода Hвс.см = f4(Qсм, ?см / ?) даст границу области кавитации. Линия к - к переносится на характеристику насоса Hсм = f1(Qсм, ?см / ?).

2) По заилению (линия з - з, рис. 18). Линия з - з соединяет точки характеристик грунтопровода Hсм = f5(Qсм, ?см / ?), в которых при данном отношении ?см / ? расход смеси имеет критическое значение:

Qсм.кр = 900 · ? · Dн2 · vкр.

Для построения ограничительной линии по заилению подсчитываются по ранее полученным значениям критической скорости значения критического расхода (табл. 18).

Таблица 18

Значение критического расхода Qсм.кр

3) По мощности двигателя (линия м - м, рис. 18). Линия м - м ограничений по мощности двигателя получается путем совмещения характеристики Nсм = f2(Qсм, ?см / ?) с линией максимальной мощности двигателя Nmax = 1,05 N0 = 1,05 380 = 399 л.с., где N0 - номинальная мощность двигателя. Эта линия переносится на характеристику насоса Hсм = f1(Qсм, ?см / ?).



5.14 Определение расчётной производительности землесоса по грунту

Выбор расчётной производительности землесоса по смеси и расчётного значения относительной плотности смеси

Из графика характеристик на смеси (рис. 18) видно, что работа землесоса ограничивается заилением. Поэтому расчётная производительность землесоса Qсм.расч = 2629 м³/ч и относительная плотность смеси (?см / ?)расч = 1,3 определяются в точке пересечения рабочей линии с линией ограничения по заилению (во избежание большого значения рабочего времени примем (?см / ?)расч = 1,3).

5.15 Определение расчётных значений действительной, расходной консистенции и консистенции пористого грунта

По значению действительной плотности смеси (?см / ?)расч = 1,3 можно найти значение действительной консистенции по формуле:

S = 0,61 · ((?см / ?)расч ? 1) = 0,61 · (1,3 ? 1) = 0,183,

и вычислить критическую скорость vкр по формуле:

vкр = 16 · 6v(S · (w0 / v(g · d)) · (? / Dн)) · v(g · Dн) = 16 · 6v(0,183 · 0,8 · 0,00004 · v(9,81 · 0,5) = 4,76 м/с,

а также определить скорость гидросмеси в напорном трубопроводе:

vсм = Qсм.расч / (900 · ? · Dн2) = 2629 / (900 · 3,14 · 0,52) = 3,72 м/с.

После этого значение расходной консистенции вычисляется по формуле:

Sр = S ? 0,03 · (vкр / vсм) = 0,183 ? 0,03 · (4,76 / 3,72) = 0,145.

Консистенция пористого грунта P, %:

P = (Sр / (1 ? ?)) · 100 = 150 · Sр = 150 · 0,145 = 21,7%.

5.16 Вычисление расчётной производительности по грунту

Расчётная производительность землесоса по грунту Qг определяется по формуле:

Qг = (P / 100) · Qсм.расч = (21,7 / 100) · 2629 = 570,4 м³/ч.

Значения полного напора Hсм = 20,37 м, эффективной мощности Nсм = 294 л.с. и вакуума во всасывающем трубопроводе Hвс.см = 5,71 м приняты для расчётного расхода.



6. Составление технологической карты работы землесоса

Для правильного выбора соотношений между технологическими элементами с целью достижения максимальной производительности землесоса разрабатываются технологические карты.

В технологических картах для работы землесосов устанавливают такой режим грунтозабора (заглубление приёмника всасывающей трубы в грунт Hс и скорость рабочих перемещений землесоса вдоль траншеи vт), который может обеспечить наибольшую производительность по грунту Qг.

Значения заглубления приемника в грунт в функции полезной толщины снимаемого слоя подсчитываются по формуле:

Hс = (v(bс2 + 4 · m · m0 · (hп + bт / (2 · m))2) ? bс) / (2 · m0),

где

m0 = 1 - коэффициент неустановившегося откоса;

m = 3 - коэффициент установившегося откоса;

bс = 2,5 · Dвс = 1,25 м - ширина отверстия приёмника (Dвс - диаметр всасывающего трубопровода);

bт = 9,0 м - ширина траншеи, которая принимается равной ширине корпуса снаряда;

hп - полезная толщина снимаемого слоя грунта.

Производительность землесоса в грунтозаборе определяется выражением:

Qз = 60 · Fт · vт,

где

Fт - площадь сечения траншеи;

vт - скорость перемещения снаряда вдоль траншеи.

Согласно основному условию технологии работы землесосов, производительность в грунтозаборе Qз должна быть равна производительности в грунтоотводе Qг, определённой ранее. Тогда формула для определения скорости движения землесоса по траншее записывается в виде:

vт = Qг / (60 · Fт).

Площадь Fт для первой траншеи определяется по формуле:

Fт1 = m · (hп + bт / (2 · m))2,

а для второй и последующих траншей - по формуле:

Fт2 = bт · (hп + bт / (4 · m)).

Элементы грунтозабора подсчитываются для значений полезной толщины снимаемого слоя от 0,2 до 1,2 м через интервалы 0,2 м. Результаты подсчётов сводятся в табл. 19.

Таблица 19

Значения заглубления приёмника в грунт и скорости движения землесоса по траншее

По данным этой таблицы построены графики зависимости Hс, vт1, vт2 от полезной толщины снимаемого слоя.

Пользуясь технологической картой (графиком), можно назначить режим работы землесоса по грунтозабору - заглубление всасывающего наконечника в грунт Hс и соответствующую глубину опускания всасывающего наконечника от поверхности воды Tс = Hс + hб (где hб - глубина потока до разработки прорези), а также скорость перемещения землесоса по траншее vт в зависимости от полезной толщины снимаемого слоя грунта hп.



7. Составление баланса времени землесоса

Баланс времени составляется для прорези, разрабатываемой в несвязном грунте. Определяются следующие элементы баланса: рабочее время земснаряда tр, вид и количество производственных остановок n, время, затрачиваемое на производственные остановки tпр, время, затрачиваемое на периодические остановки tпер, валовое время tвал и коэффициент использования землесоса по времени Kвр.

Рабочее время земснаряда определяется по формуле:

tр = Vп / Qг = 110277 / 570,4 = 193,33 ч.

К вспомогательным операциям, требующим временного прекращения работы земснаряда, относятся: установка земснаряда на месте работы и сборка каравана после окончания разработки прорези, переход землесоса с траншеи на траншею, перекладка станового и боковых якорей, переводы плавучего грунтопровода (рефулера).

К периодическим операциям, также требующим остановки работы земснаряда, относят смену грунтозаборных и разрыхляющих устройств и других деталей, а также мелкий профилактический ремонт, очистку грунтовых путей при разработке засоренных грунтов, приём топлива и пропуск транспортных судов.

Количество перекладок станового якоря зависит от длины станового троса и конфигурации прорези и находится по формуле:

nс.я = 1,5 · (Lп / lт) ? 1 = 1,5 · (666,3 / 500) ? 1 = 0,999 = 1,

где

Lп - длина прорези, м;

lт - длина станового троса, м (1т = 500 м).

Количество переходов с траншеи на траншею nт.т определяется по выражению:

nт.т = (nт ? 1) · nс = (100 / 9 ? 1) · 7 = 71,

где

nт = bп / bт - число траншей;

nс - количество серий.

Количество перекладок боковых якорей определяется по формуле:

nб.я = 2 · nс ? 2 = 2 · 7 ? 2 = 12.

Так как осадка земснаряда (1,3 м) меньше глубины над местом разработки прорези, то дноуглубление можно вести сериями по течению, не переводя рефулер.

Время, затрачиваемое на производственные остановки, определяется как сумма произведений количества производственных остановок данного вида ni на норму времени ti на каждую остановку:

tпр = ?(ni · ti) = nуст · tуст + nс · tс + nс.я · tс.я + nб.я · tб.я + nт · tт = 1 · 80 + 1 · 80 + 1 · 40 + 12 · 15 + 71 · 5) / 60 = 12,25 ч.

Периодические остановки - время на очистку грунтовых путей - 3% от рабочего времени и время на пропуск судов и плотов - 5% от рабочего времени, то есть:

tпер = (0,03 + 0,05) · tр = (0,03 + 0,05) · 193,33 = 15,47 ч.

Валовое время определяется из выражения:



tвал = tр + tпр + tпер = 193,33 + 12,25 + 15,47 = 221,05 ч,

а коэффициент использования землесоса по времени:

Kвр = tр / tвал = 193,33 / 221,05 = 0,87.



8. Выбор многочерпакового снаряда и определение его расчётной производительности

Исходя из объема дноуглубительных работ на прорези в связном грунте Vп и приняв коэффициент эксплуатации многочерпакового снаряда Kэ = 0,6, можно найти производительность снаряда, для разработки прорези за 10 суток:

Qг = Vп / (Kэ · t) = 47045 / (0,6 · 10 · 24) = 327 м3/ч.

Для разработки прорези в связном грунте выбирается многочерпаковый снаряд МШС-О-350.

Расчётная производительность снаряда находится путем умножения его технической производительности на расчётный коэффициент снижения производительности Kр:

Qр = Kр · Qт.

В качестве расчётного коэффициента берётся наименьший из двух: либо коэффициент снижения производительности по роду грунта Kг, либо коэффициент снижения производительности по толщине снимаемого слоя Kсл. Коэффициент Kг = 0,7. Коэффициент Kсл определяется, исходя из средней толщины снимаемого слоя на прорези hсн = 0,63 м (табл. 4) по соотношению:

Kсл = (2 · hсн) / a.

a = 1,04 · 3vwч = 1,04 · 3v0,5 = 0,825;

hсн / a = 0,63 / 0,825 = 0,76 > 0,50 > Kсл = 1.



Тогда расчётная производительность снаряда будет равна:

Qр = Kр · Qт = 0,7 · 350 = 245 м3/ч.

Определив расчётную производительность серийного снаряда, находят рабочее время:

tр = Vп / Qр = 47045 / 245 = 192,02 ч,

и валовое время

tвал = tр / kвр = 192,02 / 0,85 = 225,9 ч,

где kвр - коэффициент использования снаряда по времени, равный 0,85.



9. Составление технологической карты работы многочерпакового снаряда

Производительность многочерпакового снаряда находится в прямой зависимости от значения подачи земснаряда вперёд по становому тросу lс, скорости папильонирования vп и толщины снимаемого (срезаемого) слоя hсн, а также от скорости движения черпаковой цепи nч, вместимости черпака wч и степени его использования.

Так как скорость черпаковой цепи на каждом объекте работы подбирают опытным путём, стремясь достичь наибольшего ее значения, то режимом работы земснаряда и его производительностью управляют, регулируя скорость папильонирования vп, которая определяется по формуле:

река судоходный дноуглубительный землесос

vп = Qр / (60 · ? · Fл),

где

Fл - площадь стружки папильонажной ленты грунта, м2;

? = 0,95 - коэффициент неполноты объёма снимаемой стружки из-за криволинейности очертаний зева черпака.

При определении расчётной производительности Qр = Kр · Qт на толщинах снимаемого слоя hсн < 0,5 · a расчётный коэффициент снижения Kр выбирается путём сравнения коэффициентов Kг и Kсл. На больших толщинах (hсн > 0,5 · a) учитывается только коэффициент Kг (расчётная производительность снаряда постоянна).

Площадь стружки папильонажной ленты определяется по формуле:

Fл = hсн · lс.

Значение подачи lс зависит от того, тонкие или толстые слои разрабатываются земснарядом. При работе папильонированием на толстых слоях связного грунта подачу вперёд ограничивают значением радиального вылета черпака aр = 0,9 · a и назначают равной:

lс = 0,9 · aр.

Подача снаряда на тонких слоях назначается, исходя из длины шлейфа черпаковой цепи S:

lс = 0,75 · S.

Значения длины шлейфа снимаются с графика зависимости длины шлейфа от глубины черпания S = S(Hч). Данные для построения графика S = S(Hч) представлены в табл. 20.

Таблица 20

Значения длины шлейфа S при шаге цепи tр = 1,44 м

В целях предупреждения смятия грунта боковыми поверхностями черпаков и обеспечения заданной глубины разработки (чистоты разработки) необходимо, чтобы следы, оставляемые отдельными черпаками, перекрывались на величину не менее 0,4-0,5 ширины черпака. Поэтому максимальная скорость папильонирования ограничивается её предельным значением, определяемым по формуле:

vп.пред = 0,6 · bч · nч = 0,6 · 1,01 · 20 = 12,12 м/мин,



где

bч = 1,22 · a = 1,22 · 0,825 = 1,01 м - ширина зева черпака;

nч = 20 ч/мин - число черпаков, проходящих через верхний барабан за минуту (скорость черпаковой цепи).

Скорости папильонирования должны проверяться на соблюдение неравенства vп < vп.пред.

Технологическая карта (табл. 21) составляется для двух глубин черпания H = 4 и 7 м.

Таблица 21

Технологическая карта для многочерпакового снаряда МШС-О-350 технической производительностью Qт = 350 м³/ч при скорости черпаковой цепи nч = 20 ч/мин



10. Определение количества шаланд

Для обеспечения работы многочерпакового земснаряда без простоев в ожидании шаланд продолжительность погрузки их не должна превышать времени, затрачиваемого на транспортировку грунта к месту отвала и возвращение шаланды к земснаряду.

Необходимое число шаланд для выполнения этих условий при расчётной производительности земснаряда Qр и расчётной вместимости шаланды wш определяется по формуле:

nш = (l1 / v1 + l2 / v2 + ?tо) · Qр / wш + 1,

где

l1 и l2 - расстояние от земснаряда соответственно до места отвала и обратно;

v1 и v2 - скорость хода шаланд, соответственно, гружёных до места отвала грунта и порожних - обратно к земснаряду;

?tо - суммарное время, затрачиваемое на опорожнение шаланд и на манёвры при отходе от снаряда и швартовке к нему.

При выполнении расчёта условно принимается длина пути до отвала l1 = 4 км, обратного пути l2 = 3,5 км.

Скорости хода берутся: для гружёных шаланд v1 = 10 км/ч, для порожних - v2 = 15 км/ч. Вместимость самоходной шаланды принимается равной Qш = 150 м³, а суммарное время на опорожнение шаланд и на её манёвры ?tо = 10 мин.

Расчётная вместимость шаланды wш определяется делением геометрической ёмкости Qш на коэффициент разрыхления грунта Kрых = 1,2:



wш = Qш / Kрых = 150 / 1,2 = 125 м³;

nш = (l1 / v1 + l2 / v2 + ?tо) · Qр / wш + 1 = (4 / 10 + 3,5 / 15 + 0,17) · 245 / 125 + 1 = 2,575.

Принимаем 3 шаланды.



11. Определение стоимости извлечения грунта

При определении стоимости извлечения грунта используются полученные ранее объёмы дноуглубительных работ Vп, рабочее tр и валовое tвал время.

Стоимость 1 м³ извлеченного грунта определяется как частное от деления суммы эксплуатационных расходов ?Э по содержанию дноуглубительного состава в сутки на соответствующий объём работ Vп:

С = ?Э / Vп.

11.1 Определение стоимости извлечения несвязного грунта

Полные эксплуатационные расходы по содержанию дноуглубительного состава включают:

а) Эксплуатационные расходы на содержание землесоса:

Эз = Эр · tр + Эс · tс,

где

Эр и Эс - соответственно, стоимость содержания землесоса в сутки при его работе и на стоянке;

tс = tвал ? tр - время в сутках на производственные и периодические остановки.

tр = 193,33 ч = 8,1 сут;

tс = tвал ? tр = 221,05 ? 193,33 = 27,72 ч = 1,16 сут;

Эз = Эр · tр + Эс · tс = 450 · 8,1 + 400 · 1,16 = 4109 у.е.



б) Эксплуатационные расходы на содержание брандвахты при Qт > 250 м³/ч не учитываются.

в) Прочие распределяемые затраты (по содержанию топливных судов, изыскательских партий, административно-управленческого аппарата):

Эпр = 0,152 · Эз = 0,152 · 4109 = 624,57 у.е.

Полные эксплуатационные расходы по содержанию дноуглубительного состава определяются по выражению:

?Эз = Эз + Эпр = 4109 + 624,57 = 4733,57 у.е.

После нахождения полных эксплуатационных расходов определяется стоимость извлечения землесосом 1 м³ несвязного грунта:

С = ?Эз / Vп = 4733,57 / 110277 = 0,043 у.е./м³.

11.2 Определение стоимости извлечения связного грунта

Полные эксплуатационные расходы по содержанию каравана многочерпакового земснаряда включают в себя:

а) Эксплуатационные расходы на содержание многочерпакового земснаряда:

Эм = Эр · tр + Эс · tс,

где

Эр и Эс - соответственно, стоимость содержания землесоса в сутки при его работе и на стоянке;

tс = tвал ? tр - время в сутках на производственные и периодические остановки.

tр = 192,02 ч = 8 сут;

tс = tвал ? tр = 225,9 ? 192,02 = 33,88 ч = 1,41 сут;

Эм = Эр · tр + Эс · tс = 298 · 8 + 272 · 1,41 = 2767,52 у.е.

б) Эксплуатационные расходы на содержание брандвахты при Qт > 250 м³/ч не учитываются.

в) Эксплуатационные расходы на содержание шаланд:

Эш = (Эр · tр + Эс · tс) · nш,

где

Эр и Эс - стоимость содержания шаланды в сутки при работе на ходу и на стоянках;

tр и tс - соответственно, суммарное время работы на ходу порожнем и в грузу и время стоянок под погрузкой, выгрузкой и ожидания погрузки в моменты остановок земснаряда.

Время tр определяется по формуле:

tр = (tр? · n) / 24 = (0,63 · 126) / 24 = 3,31 сут,

где

tр? = l1 / v1 + l2 / v2 = 4 / 10 + 3,5 / 15 = 0,63 ч - время движения одной шаланды в порожнем состоянии и в грузу;

n = (Vп · Kрых) / (Qш · nш) = (47045 · 1,2) / (150 · 3) = 126 - количество рейсов одной шаланды на данной работе.

Время tс определяется как разность валового времени многочерпакового снаряда и суммарного времени работы шаланды на ходу порожнем и в грузу:

tс = tвал ? tр = 9,41 ? 3,31 = 6,1 сут;

Эш = (Эр · tр + Эс · tс) · nш = (82 · 3,31 + 72 · 6,1) · 3 = 2131,86 у.е.

г) Прочие распределяемые затраты:

Эпр = 0,152 · (Эм + Эш) = 0,152 · (2767,52 + 2131,86) = 744,71 у.е.

Полные эксплуатационные расходы на содержание каравана многочерпакового земснаряда подсчитываются по выражению:

?Эм = Эм + Эш + Эпр = 2767,52 + 2131,86 + 744,71 = 5644,09 у.е.

После нахождения полных эксплуатационных расходов определяется стоимость извлечения многочерпаковым снарядом 1 м³ связного грунта:

С = ?Эз / Vп = 5644,09 / 47045 = 0,12 у.е./м³.



Список использованной литературы

1. Гришанин К.В., Дегтярев В.В., Селезнёв В.М.: Водные пути - М.: Транспорт, 1986. - 400 с.

2. Журавлев М.В.: Обеспечение судоходных условий на участке реки дноуглублением: Методические указания по выполнению курсового проекта - СПб.: СПГУВК, 2002. - 57 с.

Размещено на Allbest.ru