Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Исходные данные

1. Расчет основного оборудования землесоса

1.1 Устройство землесоса

1.2 Определение диаметров напорного и всасывающего трубопроводов

1.3 Определение напора, развиваемого насосом

1.4 Описание устройства насоса

1.5 Определение основных размеров грунтового насоса

1.6 Определение мощности главного двигателя землесоса

2. Расчет основного оборудования многочерпакового снаряда

2.1 Устройств многочерпакового земснаряда

2.2 Определение основных размеров черпака

2.3 Определение элементов черпаковой цепи и ее длины

2.4 Определение мощности черпакового двигателя

Список использованной литературы



Исходные данные

Производительность землесоса по грунту

Длина плавучей части напорного грунтопровода

Для расчета основного оборудования многочерпакового снаряда

Производительность снаряда по грунту

Наибольшая глубина черпания

Способ отвода грунта от снаряда:

Тип грунта:



1. Расчет основного оборудования землесоса

1.1 Описание устройство землесоса

Основой речного землесоса служит корпус. Он имеет вырез (прорезь) для размещения в нем всасывающей трубы с охватывающей ее рамой. Главным рабочим органом землесоса является грунтовый насос центробежного типа, обеспечивающий всасывание водогрунтовой смеси и ее перемещение по грунтопроводам. Насос приводится в действие главным двигателем землесоса.

Входная часть насоса соединена с всасывающим трубопроводом, а выходная - с напорным трубопроводом. Основную часть всасывающего трубопровода составляет наклонная всасывающая труба, поворачивающаяся в вертикальной плоскости. Она через гибкое соединение сообщается с корпусным всасывающим трубопроводом, присоединенным к грунтовому насосу. На конце всасывающей трубы расположен всасывающий наконечник. Подъем и опускание осуществляется при помощи рамоподъемного устройства.

Напорный грунтопровод состоит из корпусной и плавучей части. К насосу присоединяется вертикально расположенный патрубок, за которым находится имеющее большой радиус кривизны колено, направляющее водогрунтовую смесь (гидросмесь) в горизонтально расположенный участок корпусного грунтопровода. Этот участок размещается на крыше верхней надстройки землесоса.

В кормовой части снаряда гидросмесь через два колена и наклонно расположенный патрубок спускается вниз, к месту присоединения плавучего грунтопровода. С напорным корпусным грунтопроводом плавучий трубопровод соединен при помощи шаровых соединений.

Плавучий грунтопровод (рефулер) расположен на понтонах и его отдельные звенья (трубы) соединяются между собой при помощи гибких соединений. Понтон представляет собой два жестко соединенных вместе поплавка. Последний понтон рефулера, называемый концевым, оборудован двумя якорями, тросами и лебедками. Якоря и тросы служат для удержания понтона на месте отвала грунта, для спуска понтона по течению, а также для перемещения понтона в сторону от оси отвала.

1.2 Определение диаметров напорного и всасывающего трубопроводов

Диаметр напорного грунтопровода

Необходимая площадь поперечного сечения напорного трубопровода (м²) находится из уравнения неразрывности

, (1)

где производительность землесоса по гидросмеси;

средняя скорость движения гидросмеси в напорном трубопроводе.

Производительность землесоса по гидросмеси Q_СМ связана с производительностью земснаряда по пористому грунту Q_Г (м³/ч) зависимостью

(2)

где Р - консистенция пористого грунта (при проектировании землесосов консистенция пористого грунта принимается 15%).

Отсюда

При определении диаметра напорного трубопровода исходят из условия равенства скорости движения гидросмеси критической скорости гидротранспорта V_КР, т.е. средней скорости движения смеси, при которой начинается выпадение частиц грунта из потока гидросмеси. Ориентировочное значение критической скорости V_КР (м/с) при консистенции P=15% определяется по эмпирической формуле

=, (3)

Тогда диаметр напорного трубопровода определяется по формуле

С учетом округления диаметра согласно ГОСТ принимаем .

Диаметр всасывающего трубопровода принимается обычно на 10% больше диаметра напорного трубопровода

(4)

Увеличением диаметра всасывающего трубопровода достигается уменьшение скорости гидросмеси во всасывающем трубопроводе с целью предотвращения развития кавитации в насосе и снижения потерь энергии на трение в самом трубопроводе.

1.3 Определение напора, развиваемого насосом

Полный напор, развиваемый грунтовым насосом при работе на гидросмеси воды H_СМ, м, или, что при установившемся режиме работы то же самое, полный напор, расходуемый в трубопроводах землесоса, определяется равенством

(5)

где суммарные затраты энергии (потери напора) в напорном трубопроводе при работе на смеси;

суммарные затраты энергии во всасывающем трубопроводе.

Суммарные затраты энергии в напорном трубопроводе при работе на смеси складываются из трех частей: потерь энергии на трение по длине, потерь энергии в местных сопротивлениях и работы по подъему смеси от оси насоса до центра выходного отверстия грунтопровода

(6)

где ³;

плотность воды, кг/м³;

потери энергии по длине при работе на воде;

местные потери при работе на воде;

возвышение центра выходного отверстия трубопровода над осью насоса (значения ), возрастая с диаметром напорного трубопровода.

Потери энергии по длине при работе на воде определяются по формуле Дарси:

(7)

где средняя скорость движения смеси в напорном трубопроводе;

коэффициент гидравлического трения;

длина напорного трубопровода представляет собой сумму длин его корпусной L_К и плавучей L_ПЛ частей;

длина корпусной части напорного трубопровода принимается равной 30 м

Средняя скорость движения смеси в напорном трубопроводе определяются из уравнения неразрывности

(8)

Коэффициент гидравлического трения находится по формуле

(9)

где число Рейнольдса (где кинематический коэффициент вязкости воды при температуре воды 10?C)

Число Рейнольдса равно

1451721

а коэффициент гидравлического трения

Потери энергии по длине при работе на воде определяются по формуле

Местные потери в грунтопроводе

(10)

где сумма коэффициентов местных сопротивлений в корпусной части трубопровода,;

число шаровых соединений плавучей части грунтопровода;

коэффициент одного шарового соединения;

коэффициент сопротивления на выходе потока из трубопровода.

Число шаровых соединений зависит от длины плавучей части грунтопровода L_ПЛ, длины звена трубопровода l_С и определяется по формуле

(11)

Длина звена l_С (м) плавучей части напорного грунтопровода определяется по эмпирическому соотношению

(12)

Тогда число шаровых соединений составит

Местные потери в грунтопроводе

При проектировании землесоса значение относительной плотности смеси

которое соответствует наибольшей встречающейся в практике расходной консистенции пористого грунта 25% .

При значении относительной плотности смеси равной =1.3,суммарные энергии в напорном трубопроводе при работе на смеси составят

Суммарные затраты энергии во всасывающем трубопроводе при работе на смеси определяются по формуле

(13)

где возвышение оси насоса над уровнем воды;

глубина опускания всасывающей трубы ();

потери в щели всасывания ().

Во всасывающем трубопроводе для определения потерь по длине при работе на воде используются те же зависимости гидравлики

(14)

где длина всасывающего грунтопровода, которую принимают равной длине корпусной части напорного трубопровода L_К=18м;

- средняя скорость движения смеси во всасывающем трубопроводе.

Средняя скорость движения смеси во всасывающем трубопроводе и коэффициент гидравлического трения определяются по формулам

=1319747

Тогда потери энергии по длине во всасывающем трубопроводе при работе на воде равны

Местные потери при работе на воде определяются по формуле

(15)

где коэффициент сопротивления на входе потока в зев приемника () принимаемй 0.6

коэффициент сопротивления шарового соединения;

(16)

Суммарные потери энергии во всасывающем грунтопроводе при работе на смеси при значениисоставляют:

(17)

Полный теряемый напор в напорном и всасывающем трубопроводах равен

1.4 Описание устройства насоса

Грунтовыми насосами называют центробежные насосы, предназначенные для перекачивание гидросмеси. Они снабжены рабочими колесами закрытого типа. На рис. 2 представлена схема грунтового насоса закрытого типа. Насос состоит из корпуса и рабочего колеса. Корпус насоса имеет улиткообразную часть, создающую отливной канал, и две крышки: переднюю со всасывающим приемным патрубком и заднюю с отверстием для вала, на который посажено рабочее колесо. По отливному каналу гидросмесь направляется к напорному патрубку и далее в напорный грунтопровод. Напорный патрубок выполнен в виде диффузора для преображения кинетической энергии в энергию давления. Из-за сильного износа внутренних поверхностей корпуса на внутренних сторонах крышек и улиткообразной части крепятся сменные защитные облицовки из износостойких материалов.

Рабочее колесо насоса представляет собой стальную отливку, имеющую ступицу, два диска, рабочие лопасти. Лопасти колеса расположены между дисками.

В переднем диске имеется отверстие, перед которым находится патрубок всасывающего трубопровода. Задний диск имеет ступицу, в которую входит вал насоса, вращаемый двигателем. Между неподвижной горловиной корпуса насоса и вращающейся в ней ступицей предусматривается сальниковое уплотнение, исключающее появление протечек.

1.5 Определение основных размеров грунтового насоса

Число лопастей рабочего колеса определяем по эмпирическому соотношению с округлением результата до ближайшего целого числа,

(18)

Частота вращения рабочего колеса n_K (об/мин) рабочего колеса определяется, исходя из опыта эксплуатации существующих землесосов. Для землесосов производительностью более 350частота вращения рабочего колеса принимается равной .

Диамер входного отверстия D₁ обычно принимается равным диаметру D_ВС всасывающего грунтопровода

Расстояние между лопастями по дуге окружности входного отверстия определяется по выражению:

(19)

где - коэффициент, характеризующий стеснение входа толщинами ₁ лопастей ();

Ширина лопастей (расстояние между дисками) принимается по условию проходимости камней округлой формы такой же, как расстояние между лопастями, т.е.

Внешний диаметр рабочего колеса D₂ находится из экспериментально установленной связи между отношением и коэффициентом быстроходности n_S

Коэффициент быстроходности n_S определяется по формуле

(20)

где расход смеси, пропускаемый рабочим колесом (м³/с);

Расход Q_K (м³/с) смеси, определяется по формуле

(21)

где объемный к.п.д. насоса ().

При значении расход смеси, пропускаемый рабочим колесом составит

а, коэффициент быстроходности

По зависимостипри получаем

Тогда внешний диаметр D₂ ,будет равен трубопровод землесос черпаковый земснаряд

1.6 Определение мощности главного двигателя землесоса

Мощность главного двигателя землесоса определяется по формуле

(22)

где плотность воды;

общий к.п.д. насоса.

Общий к.п.д находится по формуле

(23)

где гидравлический к.п.д.;

механический к.п.д. (значения находятся в пределах от 0,8 до 0,9).

Гидравлический _Г к.п.д. учитывает потери энергии при движении гидросмеси в каналах рабочего колеса и отливном канале корпуса. Его значение устанавливается по эмпирической формуле

(24)

При значении механического к.п.д. общий к.п.д. равен

Тогда потребляемая мощность составляет

По рассчитанному значению мощности выбираем типовой двигатель грунтового насоса.



2. Расчет основного оборудования многочерпакового снаряда

2.1 Устройство многочерпакового снаряда

Многочерпаковые снаряды являются снарядами с механическим способом отделения и подъема грунта. Отделение грунта от дна и его подъем у этих земснарядов осуществляется бесконечной черпаковой цепью, состоящей из соединенных между собой черпаков. Грунт у большинства снарядов транспортируется к отвалу шаландами. Многочерпаковый шаландовый снаряд состоит из корпуса, рабочего органа, энергетической установки и вспомогательных судовых устройств. Основным рабочим органом снаряда является черпаковая цепь, которая размещается в передней части корпуса в его рамной прорези. Черпаковая цепь огибает два барабана -верхний и нижний. Верхний барабан является ведущим, а нижний направляющим. Черпаковая цепь приводится в движение верхним барабаном, при этом нижний барабан вращается вхолостую и служит для направления движения, черпаковой цепи. Верхний барабан приводится в движение электродвигателем при помощи черпакового привода, который представляет собой комплекс зубчатых передач. Вращение верхнему барабану от электродвигателя через редуктор передается посредством больших зубчатых колес, посаженных на площадке черпаковой башни. Нижний барабан укреплен на нижнем конце черпаковой рамы. Для размещения барабана конец рамы выполнен в виде развилки, подкрепленной для прочности листами(схема черпакового снаряда показана на рис.3).

2.2 Определение основных размеров черпака

Геометрическая емкость черпака определяется, исходя из заданной часовой производительности снаряда по грунту Q_Г(м3/ч), по формуле:

(25)

где коэффициент разрыхления равный 1.25;

коэффициент наполнения черпаков, который равен 0.80

n_Ч - число черпаков, опоражнивающихся на верхнем барабане в минуту.

Расчетное число черпаков определяется с округлением до целого по эмпирической формуле

(26)

где число граней на ведущем (верхнем) барабане.

Для снарядов производительностью Qг свыше 350 принимается равным 5.

Число черпаков, опоражнивающихся на верхнем барабане в минуту равно

а геометрическая емкость черпака

Вылет черпака определяется с учетом рода разрабатываемого грунта по следующей формуле

(27)

где коэффициент полноты формы черпака, (для липких грунтов принимается равным 1.17);

Остальные линейные размеры и углы, характеризующие форму черпака выбираются с учетом опытных данных:

· Ширина черпака

· Ширина каретки

· Длина спинки

· Глубина донышка

· Координаты центра тяжести черпака

· Угол характеризующий наклон режущей

кромки к спинке черпака

· Угол наклона основания сферического

донышка к спинке

· Угол резания грунта

· Угол характеризующий конусность черпака

2.3 Определение элементов черпаковой цепи и ее длины

Шаг звена цепи с учетом конструктивности черпака равен

(28)

Шаг черпаковой цепи при условии чередования черпаков и межчерпаковых планок (майонов) составит

(29)

Возвшение осей отверстий полозках каретки и в межчерпаковых планках над опорными плоскостями равно

(30)

Высота межчерпаковых планок составит

(31)

Центральный угол приходящийся на одну грань барабана определяется по формуле

ц= (32)

Расстояние от оси верхнего барабана до оси звена определяется из геометрических условий

Длина грани барабана равна

Высота центра тяжести черпака, находящегося на верхнем барабане, над уровнем воды Н_ц.т.ч.(рис.6), вычисляется по формуле

, (33)

где y₁ - высота оси перекидного клапана над уровнем воды;

y₂ - возвышение оси ведущего барабана над осью перекидного клапана;

y₃ - высота цента тяжести грунта в полости черпака.

Высота оси перекидного клапана находится по зависимости

(34)

где угол наклона лотка (значениянаходятся в пределах от;

высота кромки лотка над уровнем воды;

х₀ - расстояние от диаметральной плоскости снаряда до конечной кромки лотка.

Для шаландового способа отвода грунта исходные данные у многих построенных типов снарядов предусмотрены в пределах:

При значении угла наклона значение высоты оси перекидного клапана над уровнем воды составит

находится по сооношению

(35)

где коэффициент, принимаемый при шаландовом отводе в пределах

.

Возвышение оси ведущего барабана над осью перекидного клапана равно

Высота центра тяжести грунта в полости черпака составляет

(36)

Таким образом, высота центра тяжести черпака равна

Если положение верхнего барабана над уровнем воды характеризуется высотой (y₁+y₂), то при наибольшей глубине черпания H_Ч погружение оси нижнего барабана (см. рис. 3) определится разницей

(37)

где y₅ - расстояние от оси нижнего барабана до козырька черпака, вошедшего на нижний барабан.

Величина y₅ представляет собой величину, аналогичную ранее рассмотренному параметру y₃ и определяется формулой

(38)

где - расстояние от оси нижнего барабана до оси звена

- центральный угол, приходящийся на одну грань нижнего барабана;

Z₂- число граней нижнего барабана).

Расстояние от оси нижнего барабана до козырька черпака, вошедшего на нижний барабан составит

а погружение оси нижнего барабана при наибольшей глубине черпания

9,2 м.

Расчетное расстояние между осями барабанов находим по зависимости:

(43)

где наибольший угол наклона черпаковой рамы к горизонту, соответствующий максимальной глубине черпания.

Длина бухты S черпаковой цепи (от верхней до нижней точки подвеса бухты цепи) определяется по формуле

(44)

где =(S-S₀)/S₀коэффициент ослабления бухты цепи, отвечающий ее относительно тугому натяжению (значения

При =0,10 длина бухты составит

Общее число черпаков в замкнутой цепи составляет

(45)

где число черпаков на верхнем барабане;

число черпаков на нижнем барабане;

число черпаков между осями барабанов;

число черпаков в бухте черпаковой цепи;

Число черпаков между осями барабанов n₃ находим по соотношению

Число черпаков в бухте черпаковой цепи n₄ находим по зависимости

Тогда общее число черпаков буде равно

, а общая длина черпаковой цепи составит

(46)

2.4 Определение мощности черпакового двигателя

Эффективная мощность черпакового двигателя

(47)

где число черпаков, опорожняющихся на верхнем барабане в минуту, равное 15;

плотность грунта ();

плотность воды, равна ;

к.п.д. черпакового устройства, учитывающий потери на трение в соединениях цепи, катках, барабанах ()принимается равным ;

к.п.д. черпакового устройства, учитывающий потери на трение в механизмах привода ()принимается равным ;

к.п.д. двигателя, учитывающий потери на трение в самом черпаковом двигателе, равен .

На основе расчетной мощности и с учетом соответствующих требований к черпаковому двигателю выбираем типовой двигатель.



Список использованной литературы

1. Технический флот. Учебно-методическое пособие по выполнению курсовой работы.

М.В. Журавлев, СПб 2012 г

Размещено на Allbest.ru