Обеспечение судоходных условий на участке реки дноуглублением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Назначение габаритов судового хода

2. Проектирование прорезей

3. Оценка устойчивости прорези

3.1 Построение плана течений по способу плоских сечений

3.2 Расчет гидравлических элементов потока в расчетных струях

3.3 Расчет деформаций прорези

4. Определение объемов дноуглубительных работ

4.1 Составление схем обвеховання прорезей

4.2 Определение объемов выемки грунта

5. Определение расчетной 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 Пересчет характеристик насоса с воды на смесь

5.5 Пересчет с воды на смесь характеристики грунтопровода

5.5.1 Определение потерь напора в напорном трубопроводе при работе на воде

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

5.5.3 Пересчет с воды на смесь потерь напора по длине в напорном трубопроводе

5.5.4 Пересчет с воды на смесь суммы местных потерь и геодезического подъема в напорном трубопроводе

5.5.5 Пересчет характеристики всасывающего трубопровода с воды на смесь

5.5.6 Определение полных потерь энергии в грунтопроводе при движении смеси

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

5.7 Определение ограничений работы землесоса

5.8 Определение расчетной производительности землесоса по грунту

5.8.1 Выбор расчетной производительности землесоса по смеси и расчетного значения относительной плотности смеси

5.8.2 Определение расчетных значений действительной, расходной консистенции и консистенции пористого грунта

5.8.3 Вычисление расчетной производительности по грунту

6. Составление технологической карты работы землесоса

7. Составление баланса времени землесоса

8. Выбор многочерпакового снаряда и определение его расчетной 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 литературы

1.Назначение габаритов судового хода

Проект помогает получить практические навыки при проведении расчетов устойчивости прорези, определении расчетной производительности землесоса, составлении технологических карт землесоса и многочерпакового снаряда.

Проектирование прорези начинается с определения габаритов судового хода. В зависимости от класса судового хода, приведенного в задании, назначаются ширина и радиус закругления судового хода. Для 3-го класса и равны, соответственно, 75 и 600 м.

Гарантированная глубина судового хода определяется по формуле

Т_г = Т_с+ h = 1,5+0,10 = 1,6 м.

где Т_с - осадка расчетного судна, м;

h - навигационный запас под днищем судна, который устанавливается в зависимости от осадки судов и характера грунтов, м.

2.Проектирование прорезей

На план участка наносится проектная (т.е. отвечающая гарантированной глубине) изобата - 1,6 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

.

Отвал грунта для нижней прорези расположен на верхнем побочне. Отвал грунта для верхней прорези располагается вне участка.

Положение прорезей, отвалов грунта, судового хода показаны на плане участка реки.

3.Оценка устойчивости прорези

Расчет прорези на перекате с несвязным грунтом состоит из двух частей: построения плана течений и расчета деформаций дна. Сначала строится план течений для бытового состояния русла, затем для проектного. Расчет деформаций делается только для проектного состояния. Все расчеты выполняются при рабочем уровне дноуглубительных работ Н_раб = 1,8 м, которому отвечает расход воды, определяемый по кривой расхода для соответствующего гидрологического поста (Q = 950 м ³/с).

Глубина разработки прорези Т_пр от проектного уровня с учетом переуглубления при траншейной работе землесоса равна

,

где - величина технологического переуглубления.

3.1 Построение плана течений по способу плоских сечений

дноуглубление гидросмесь землесос шаланда

Приближенный способ построения плана течений, предложенный М.А. Великановым, основан на использовании формулы Шези.

Исходная зависимость для определения значений элементарного расхода воды на вертикалях записывается в следующем виде:

,

где - постоянная величина для данного поперечного сечения,

I - продольный уклон свободной поверхности;

n - коэффициент шероховатости русла, с/м ^1/3;

- средняя глубина потока в живом сечении

h - глубина потока на вертикали, м.

Полный расход Q, проходящий через поперечное сечение шириной В:

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

(*)

План течений на перекате строится при рабочем уровне дноуглубления Н_раб. Последовательность построения плана течений по способу плоских сечений:

1. На плане участка реки в характерных местах русла намечены 7 расчетных поперечных сечений. Поперечники ориентированы перпендикулярно к среднему направлению течения воды.

2. Далее вычерчены поперечные профили русла во всех сечениях для рабочего уровня воды.

3. Для каждого поперечного сечения на характерных вертикалях вычислены значения h^3/2, средние значения (h^3/2)_ср в отсеках, расположенных между смежными вертикалями, произведения (h^3/2)_срb, где b - ширина отсека (расстояние между смежными вертикалями).

4. Последовательно суммируются значения вычисленных произведений(h^3/2)_срbдля всего поперечного сечения шириной В.

5. По формуле (*)вычисляют значение коэффициента k для данного поперечного сечения при известном полном расходе воды Q.

6. Определяем значения ординат интегральной кривой распределения расхода воды по ширине русла путем умножения результатов последовательного суммирования величин (h^3/2)_срb на значение коэффициента k. При этом в конце поперечного сечения должен получиться полный расход воды

.

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

7. Конечную ординату интегральной кривой, представляющую собой полный расход Q, делим на равные части для пяти струй Q_стр= Q/N = 950/5 = 190 мі/с.

8. Точки раздела ординаты сносим горизонтально на интегральную кривую, а с последней вертикально на линию уровня поды, определяя, таким образом, границы струй с равным расходом Q_стр.

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

После этого переходят к построению плана течений для проектного состояния русла, т.е. с учетом прорези и отвала. Для этого заново рассчитывают распределение расхода воды по ширине поперечников, которые пересекают прорезь и отвал.

Планы течений (линии тока) для бытового и проектного состояния 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 Расчет гидравлических элементов потока в расчетных струях

Расчет выполнен для проектного состояния русла (2-я и 3-я струи).

Во всех расчетных сечениях для этих струй определяют гидравлические элементы потока: площадь струи щ_стр, ширину струи b_стр, среднюю глубину h_стр = щ_стр/b_стр, среднюю скорость в сечении струи

U_стр = Q_стр/щ_стр,

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

U_нр = 3,0(h_стр d₅₀/d₉₀)^0,2(d₅₀ + 0,0014)^0,3

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

Значения размывающих скоростей определяются по соотношению U_р=1,3U_нр.

Результаты подсчета указанных величин сведены в табл.1.

Таблица 1. Гидравлические элементы потока и значения в струе 3 и 4

№ струи	№ поперечника	м 2	м	м	м 3/с	м/с	м/с	м/с
2	1	187	60	3,12	190	0,50	0,65	1,02
	2	280	102	2,75		0,49	0,63	0,68
	3	169	58	2,91		0,49	0,64	1,12
	4	152	45	3,38		0,51	0,66	1,25
	5	109	29	3,76		0,52	0,68	1,74
	6	230	65	3,54		0,51	0,67	0,83
	7	156	42	3,71		0,52	0,67	1,22
3	1	179	46	3,89	190	0,52	0,68	1,06
	2	208	58	3,59		0,51	0,67	0,91
	3	123	32	3,84		0,52	0,68	1,54
	4	158	42	3,76		0,52	0,68	1,20
	5	194	64	3,03		0,50	0,65	0,98
	6	138	40	3,45		0,51	0,66	1,38
	7	173	58	2,98		0,50	0,64	1,10

По данным таблицы 1 построены совмещенные графики изменения скоростей по длине струи.

Для получения количественной оценки устойчивости прорези выполняется расчет деформаций дна на основе уравнения баланса наносов.

3.3 Расчет деформаций прорези

Уравнение деформации для выделенных струй записывается в следующем виде:

+ (b_стр)_ср

z_д/t = 0,

где Q_s - приращение расхода влекомых наносов, м ³/ с;

(В_стр)_ср - средняя на участке ширина струи, м;

l - длина расчетного участка, м;

t - расчетный интервал времени, сутки;

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

z_д - приращение отметки дна, м.

Последовательность расчета:

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

Q_s = 0,015(U_стр/U_нр)³·d₅₀(U_стр-U_нр)b_стр

2. Подсчитывается приращение величины расхода влекомых наносов

Q_s = Q_s,i+1-Q_s,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:

, м/сут,

где (b_стр)_ср = (b_стр,i + b_стр,i+1)/2;

l - длина расчетного участка по оси струи, м.

Величина получает тот же знак, что и величина ДQ_s.

4. Подсчитываются деформации дна за период времени t по соотношению:

.

Интервал времени t принимается равным 5 суток. Расчеты деформаций дна сводятся в табл.2.

По результатам расчетов строят графики изменения скорости начальной деформации по длине струи.

Исходя из графика, можно утверждать, что по прошествии 5 суток будет происходить размыв дна прорези на участке струи 2 на промежутках 2-5 и 6-7, на промежутках 1-2,5-6 преобладает намыв, и на участках струи 3 на промежутках 2-3 и 5-6 будет происходить размыв, а на промежутках 1-2,3-5 и 6-7 будет происходить намыв. Вывод - прорезь не устойчива, потребуются повторные работы.

Таблица 2. Расход влекомых наносов и значения начальной скорости деформаций дна в пределах струй №2 и 3

4. Определение объемов дноуглубительных работ

4.1 Составление схем обвеховання прорезей

Схемы обвехования прорезей выполнены на плане участка реки. Длина серии принята равной 100 м.

4.2 Определение объемов выемки грунта

Объем выемки грунта подсчитывается по сериям длиной 100 м, на которые разбивается прорезь. Для этого на основе исходного плана участка реки построены продольные профили дна по кромкам и оси прорези . При этом полезная толщина снимаемого слоя h_п определяется от проектного уровня как разница между гарантированной глубиной и глубиной в данной точке соответствующего продольного створа:

h_п = Т_г-h.

Далее в пределах каждой серии находятся площади срезаемого грунта f_i и подсчитывается объем полезной выемки:

V_i = (f_iл+2f_iо+f_iпр)·В_п/4,

где i - номер серии; f_i площадь срезаемого грунта на этой серии, а подстрочные индексы л, о, пр - обозначают соответственно профили по левой кромке, по оси прорези и по правой кромке.

Объем переуглубления для прорези в несвязном грунте в пределах одной серии

V_пер=100В_перh_пер,

где величина технологического переуглубления h_пер = 0,7 - (при траншейной разработке прорези), а для прорези в связном грунте V_пер=100В_перh_з, (где h_з=0,1м - запас на неровность выработки).

Полный объем выемки на серии V_пi получают, прибавляя к полезному объему V_i объем переуглубления V_перi. Складывая объемы выемки по всем сериям, получаем полный объем работ на прорези. Результаты расчета объемов дноуглубительных работ сводятся в табл. 3.

Таблица 3

В результате составлена сводная таблица объемов дноуглубительных работ с указанием длины прорези L_пр, ее ширины В_п, а также площади выемки S_п, полного объемаV_п и средней толщины снимаемого слоя

h_сн = V_п/ S_п (табл. 4).

Таблица 4. Сводная таблица объемов дноуглубительных работ

Наименование прорези	, м	, м	, мІ	, тыс.мі	, м
Верхняя прорезь	364	82,5	83597,3	114,1	1,36
Нижняя прорезь	1172		27744,8	14,11	0,51

5. Определение расчетной производительности землесоса

Работа землесоса складывается из двух параллельно протекающих процессов: забора грунта со дна водоема и отвода грунта к месту его отвала. В связи с этим различают производительность по грунтоотводу Q_г и производительность в грунтозаборе Q_з. Интенсивность грунтозабора определяется следующими факторами: родом грунта, заглублением приемника 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.

Расчетная (наибольшая возможная) производительность землесоса по грунтоотводу Q_г устанавливается путем 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 Н_н, и напор, затрачиваемый во всасывающем трубопроводе Н_вс.

Испытания землесосов проводят обычно при 3-4 различных частотах вращения вала двигателя и при 3-4 длинах напорного трубопровода L.

По этим данным построены контрольные графики:

Q=f₁(n),=f₂(n),=f₃,

где H = H_н + H_вс + h_{шк -} полный напор, развиваемый насосом (h_{шк -} превышение шкалы манометра над осью насоса h_шк = 6м).

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

Таблица 5. Данные для построения контрольных графиков

L, м	n, 1/мин	Q, мі/ч	H, м	, мЅ	N, л.с.	, (л.с.)?
490	325	8300	22,0	4,69	820	9,36
	310	7900	20,1	4,48	710	8,92
	300	7650	18,8	4,34	650	8,66
	290	7400	17,6	4,20	590	8,39
310	325	9150	19,8	4,45	860	9,51
	310	8700	18,0	4,24	740	9,05
	300	8350	16,9	4,11	670	8,75
	290	8100	16,0	4,00	610	8,48
170	325	9900	17,0	4,12	900	9,65
	310	9400	15,6	3,95	780	9,21
	300	9050	14,6	3,82	705	8,90
	290	8750	13,7	3,70	640	8,62

5.2 Построение рабочей и кавитационной характеристик насоса на воде

Совокупность связей , , называется рабочей характеристикой насоса. Здесь з представляет к.п.д. насоса, определяемого по формуле:

Рабочая характеристика насоса строится для трех значений частоты вращения рабочего колеса, но обязательно для расчетного з_о, указанного в задании.

Построение характеристик насоса ведут при помощи контрольных графиков. Пара функций и позволяет построить семейство кривых и пара функций и - семейство кривых. Результаты расчетов сведены в табл. 6.

Таблица 6. Данные для построения рабочей характеристики насоса

n, 1/мин	L, м	Q, мі/ч	vH, мЅ	H, м	іvN, (л.с.)?	N, л.с.	з
350	490	8930	5,05	25,50	10,08	1024	0,824
	310	9789	4,80	23,04	10,23	1071	0,780
	170	10616	4,40	19,36	10,39	1122	0,679
310	490	7900	4,47	18,90	8,92	710	0,779
	310	8700	4,25	18,10	9,05	741	0,787
	170	9400	3,98	16,30	9,21	781	0,726
270	490	6889	3,90	15,21	7,80	475	0,818
	310	7564	3,70	13,69	7,91	495	0,775
	170	8189	3,43	11,76	8,01	514	0,694

Кавитационная характеристика насоса строится по данным натуральных испытаний землесоса (табл. 7).

Таблица 7. Данные для построения кавитационной характеристики насоса на воде

Q, мі/ч	7000	8000	9000	10000
H вак.пр., м	7,90	7,20	6,40	5,50

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 строится путем соединения на характеристике насоса точек с одинаковыми значениями длины трубопровода L.

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

Таблица 8. Данные для построения характеристики всасывающего трубопровода на воде

Q, мі/ч	7400	7650	7900	8300	8700	9050	9400	9900
H вс, м	2,75	2,80	2,90	3,20	3,50	3,80	4,10	4,60

5.4 Пересчет характеристик насоса с воды на смесь

Рабочая характеристика насоса, работающего на гидросмеси, строится для расчетной частоты вращения n = 310 и представляет собой два семейства кривых:

; .

Пересчет к.п.д. не делается. Кавитационная характеристика выражается семейством кривых

.

Пересчет делается при трех значениях относительной плотности смеси: =1.1; 1.2; 1.3.



Формулы пересчета:

;

;

где Н, N, - значения напора, развиваемого насосом, эффективной мощности и предельного вакуума, которые снятые с характеристики насоса при работе на воде.

Пересчет характеристик насоса производится для трех выбранных круглых значений подачи на смеси Q_см = 7500, 8500, 9500 мі/ч.

Результаты расчетов сводятся в табл. 9.

Таблица 9. Данные для построения характеристики насоса при работе на воде

Qсм, мі/ч	ссм/с	Hсм, м	Nсм, л.с.	H вак.пред.см, м
7500	1,0	18,98	694,00	7,56
	1,1	19,93	749,52	7,32
	1,2	20,88	805,04	7,07
	1,3	21,83	860,56	6,83
8500	1,0	18,40	733,00	6,82
	1,1	19,32	791,64	6,50
	1,2	20,24	850,28	6,18
	1,3	21,16	908,92	5,87
9500	1,0	15,95	787,00	5,96
	1,1	16,75	849,96	5,56
	1,2	17,55	912,92	5,15
	1,3	18,34	975,88	4,75

5.5 Пересчет с воды на смесь характеристики грунтопровода

Характеристика грунтопровода с воды на смесь пересчитывается при расчетной длине его плавучей части L = 409 м. При этом пересчет с воды на смесь производится раздельно для характеристики напорного и всасывающего трубопроводов.

5.5.1 Определение потерь напора в напорном трубопроводе при работе на воде

Суммарные затраты энергии в напорном трубопроводе Н_н находятся вычитанием потерь во всасывающем трубопроводе Н_вс из полных потерь напора Н при расчетной длине 409 м.

Значения суммарных затрат энергии в грунтопроводе Н снимаются с характеристики трубопровода для трех выбранных значений подачи Q_см.

Расчеты сведены в табл. 10.

Таблица 10. Значение потерь напора в напорном трубопроводе

Qсм, мі/ч	H, м	Hвс, м	Hн, м
6900	15,23	2,61	12,62
7900	18,9	2,91	15,99
8900	25,26	3,62	21,64

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

Потери по длине и сумма местных потерь и геодезического подъема определяются по следующим соотношениям:

;

Расчеты сводятся в табл. 11.

Таблица 11. Значение и в напорном трубопроводе при работе на воде

Qсм, мі/ч	Hн, м	hд м	(Уhм+hк) м
6900	12,62	6,94	5,68
7900	15,99	8,79	7,20
8900	21,64	11,90	9,74

5.5.3 Пересчет с воды на смесь потерь напора по длине в напорном трубопроводе

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

(**)

где V_кр - критическая скорость смеси;

V_см - средняя скорость смеси в сечении трубопровода;

D_н - диаметр напорного трубопровода (указан в задании);

h_д - потери напора по длине при работе на воде.

Для определения предварительно выполняются следующие операции:

а) вычисляем для трех значений относительной плотности смеси = 1,1; 1,2; 1,3 значения критической скорости гидросмеси

(***)

где S - значения действительной консистенции, смеси;

w_о - гидравлическая крупность;

d - средний диаметр частиц грунта;

- высота выступов шероховатости;

Значения параметра и относительной шероховатости трубопровода .

Значения действительной консистенции смеси находятся из выражения

.

Вычисление сведено в табл. 12.

Таблица 12. Значение критической скорости гидросмеси

Параметр	ссм/с = 1,1	ссм/с =1,2	ссм/с =1,3
S	0,061	0,122	0,183
vкр, м/с	4,44	4,98	5,33

б) вычисляются значения скорости гидросмеси по формуле:

.

Вычисления сводятся в табл. 13.

Таблица 13. Значения средней скорости гидросмеси

Qсм, мі/ч	6900	7900	8900
Vсм, м/с	4,98	5,71	6,43

После вычислений значений и определяются значения потерь напора по длине при движении гидросмсси по формуле (**).

Расчеты сводятся в табл. 14.

Таблица 14Значения потерь напора по длине

ссм/с	Qсм, мі/ч	Vсм, м/с	Vкр, м/с	в	hд, м	hд.см., м
1,1	6900	4,98	4,44	1,74	6,94	12,08
	7900	5,71		1,49	8,79	13,14
	8900	6,43		1,35	11,90	16,01
1,2	6900	4,98	4,98	2,48	6,94	17,18
	7900	5,71		1,98	8,79	17,44
	8900	6,43		1,69	11,90	20,09
1,3	6900	4,98	5,33	3,22	6,94	22,33
	7900	5,71		2,48	8,79	21,79
	8900	6,43		2,03	11,90	24,20

5.5.4 Пересчет с воды на смесь суммы местных потерь и геодезического подъема в напорном трубопроводе

Для пересчета суммы местных потерь и геодезического подъема используем выражение:

Расчет сводятся в табл. 15.

Таблица 15. Значение местных потерь в напорном трубопроводе

ссм/с	1,1	1,2	1,3
Qсм, мі/ч	6900	7900	8900	6900	7900	8900	6900	7900	8900
(?hм + hк), м	5,68	7,20	9,74	5,68	7,20	9,74	5,68	7,20	9,74
(?hм + hк)см, м	6,25	7,92	10,71	6,81	8,63	11,69	7,38	9,35	12,66

5.5.5 Пересчет характеристики всасывающего трубопровода с воды на смесь

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

где Т_с - глубина опускания всасывающего наконечника;

- потери в щели всасывания.

При выборе расчетной производительности землесоса пользуются средним значением Т_с = Т_г + 3,0 = 1,60 + 3,00 = 4,60 м.

Потери в щели всасывания равны = 1,3 м.

Расчет сведен в табл. 16.

Таблица 16. Значение потерь напора во всасывающем трубопроводе при движении смеси

Qсм, мі/ч	ссм/с	(ссм/с)Hвс, м	(ссм/с-1)	(ссм/с-1)Тс, м	hщ, м	H вс.см, м
6900	1	2,61	0	0	0	2,61
	1,1	2,87	0,1	0,46	1,3 1,3 1,3	4,63
	1,2	3,13	0,2	0,92		5,35
	1,3	3,39	0,3	1,38		6,07
7900	1	2,91	0	0	0	2,91
	1,1	3,20	0,1	0,46	1,3 1,3 1,3	4,96
	1,2	3,49	0,2	0,92		5,71
	1,3	3,78	0,3	1,38		6,46
8900	1	3,62	0	0	0	3,62
	1,1	3,98	0,1	0,46	1,3 1,3 1,3	5,74
	1,2	4,34	0,2	0,92		6,56
	1,3	4,71	0,3	1,38		7,39

5.5.6 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

Результаты расчетов сводятся в табл. 17.

Таблица 17. Значение полного расходуемого напора в грунтопроводе при движении смеси

Qсм, мі/ч	ссм/с	hд.см., м	(?hм + hк)см, м	H вс.см, м	H см, м
6900	1	6,94	5,68	2,61	15,23
	1,1	12,08	6,25	4,63	22,96
	1,2	17,18	6,81	5,35	29,35
	1,3	22,33	7,38	6,07	35,79
7900	1	8,79	7,20	2,91	18,90
	1,1	13,14	7,92	4,96	26,01
	1,2	17,44	8,63	5,71	31,79
	1,3	21,79	9,35	6,46	37,61
8900	1	11,90	9,74	3,62	25,26
	1,1	16,01	10,71	5,74	32,47
	1,2	20,09	11,69	6,56	38,33
	1,3	24,20	12,66	7,39	44,25

5.6 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)

;

;

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

;

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

;

4) семейство кривых характеристики грунтопровода (по данным табл. 17)

.

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

Рабочая линия р-р образуется пересечением семейства кривых характеристик насоса и n = n₀ = 310 с семейством кривых характеристик грунтопровода и L = L₀ = 490 м.

5.7 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.

Пересечение линий кавитационной характеристики насоса с линиями характеристики всасывающего трубопровода даст границу области кавитации. Линия к-к переносится на характеристику насоса .

2. По заилению.

Линия з-з соединяет точки характеристик грунтопровода, в которых при данном отношении расход смеси имеет критическое значение:

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

Таблица 18. Значение критического расхода

Vкр, м/с	4,44	4,98	5,33
Qсм.кр., мі/ч	6148	6896	7381

3. По мощности двигателя.

Линия м-м ограничений по мощности двигателя получается путем совмещения характеристики с линией максимальной мощности двигателя , где N_о - номинальная мощность двигателя. Эта линия переносится на характеристику насоса .

5.8 Определение расчетной производительности землесоса по грунту

5.8.1 Выбор расчетной производительности землесоса по смеси и расчетного значения относительной плотности смеси

Из графика характеристик на смеси видно, что рабочая линия пересекает линию ограничения по заилению, поэтому значения расчетной производительности и относительной плотности смеси определяем в точке пересечения

; .

5.8.2 Определение расчетных значений действительной, расходной консистенции и консистенции пористого грунта

По значению действительной плотности смеси можно найти значение действительной консистенции по формуле:

и вычислить критическую скорость по формуле:

и определить скорость гидросмеси в напорном трубопроводе:

После этого значение расходной консистенции вычисляется по формуле:

Консистенция пористого грунта Р, %.

5.8.3 Вычисление расчетной производительности по грунту

Расчетная производительность землесоса по грунту Q_г определяется по формуле:

(4)

Значения полного напора Н_см м, эффективной мощности N_см л.с. и вакуума во всасывающем трубопроводе H_вс.см. м приняты для расчетного 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 приемника всасывающей трубы в грунт Н_с и скорость рабочих перемещений землесоса вдоль траншей , который может обеспечить наибольшую производительность по грунту Q_г.

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

где =1 - коэффициент неустановившегося откоса;

= 3 - коэффициент установившегося откоса;

- ширина отверстия приемника (D_вс - диаметр всасывающего трубопровода);

- ширина траншеи, которая принимается равной ширине корпуса снаряд.

- полезная толщина снимаемого слоя грунта.

Производительность землесоса в грунтозаборе определяется выражением:

,

где - площадь сечения траншеи;

- скорость перемещения снаряда вдоль траншеи.

Согласно основному условию технологии работы землесосов, производительность в грунтозаборе Q_з должна быть равна производительности в грунтоотводе Q_г, определяемая по выражению (4). Тогда формула для определения скорости движения землесоса по траншее записывается в виде

, м/мин

Площадь F_т для первой траншей определяется по формуле:

а для второй и последующих траншей по формуле

Элементы грунтозабора подсчитываются для значений полезной толщины снимаемого слоя от 0,2 до 1,2 м через интервалы 0,2 м. Результаты подсчетов сведены в табл. 19. По данным этой таблицы построены графики зависимости H_c, , от полезной толщины снимаемого слоя.



Таблица 19. Значения заглубления приемника в грунт и скорости движения землесоса по траншее

hп., м	H с, м	FTI, мІ	vTI, м/мин	FTII, мІ	vTII, м/мин
0,2	2,21	9,01	0,51	8,89	0,52
0,4	2,54	11,21	0,41	10,73	0,43
0,6	2,87	13,65	0,34	12,57	0,37
0,8	3,21	16,33	0,28	14,41	0,32
1	3,55	19,25	0,24	16,25	0,28
1,2	3,89	22,41	0,21	18,09	0,25

Пользуясь технологической картой (графиком), можно назначать режим работы землесоса по грунтозабору - заглубление всасывающего наконечника в грунт Н_с и соответствующую глубину опускания всасывающего наконечника от поверхности воды

Т_с = Н_с + h_o

(где h_о - глубина потока до разработки прорези), а также скорость перемещения землесоса по траншее в зависимости от полезной толщины снимаемого слоя фунта h_п.

7. Составление баланса времени землесоса

Баланс времени составлен для прорези, разрабатываемой в несвязном грунте.

Определены следующие элементы баланса: рабочее время земснаряда t_р, вид и количество производственных остановок n, время, затрачиваемое на производственные остановки t_пр, время, затрачиваемое на периодическиt остановки t_пер, валовое время t_вал и коэффициент использования землесоса по времени К_вр.

Рабочее время земснаряда определяется формулой:

К вспомогательным операциям, требующим временного прекращения работы земснаряда, относится: 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, прием топлива и пропуск транспортных судов.

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

,

принимаем 3 перекладки якоря.

Здесь L_п - длина прорези, м

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

Количество переходов с траншеи на траншею определяется по выражению:

,

принимаем 85 переходов.

В формуле - число траншей;

- количество серий.

Количество перекладок боковых якорей определяется по формуле:

Т.к. осадка земснаряда (1,4 м) меньше глубины над местом разработки прорези, то дноуглубление нужно вести сериями по течению.

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

В формуле - время на установку; - время на сборку каравана; - на перекладку станового якоря; - на перекладку бокового якоря; - переход с траншеи на траншею. Периодические остановки - время на очистку грунтовых путей - 3% от рабочего времени и время на пропуск судов и плотов - 5% от рабочего времени, т.е.



Валовое время определяется из выражения:

а коэффициент использования землесоса по времени:

8. Выбор многочерпакового снаряда и определение его расчетной производительности

Исходя из объема дноуглубительных работ на прорези в связном грунте V_п и приняв коэффициент эксплуатации многочерпакового снаряда К_э = 0,6, можно найти производительность снаряда, для разработки прорези за 5 суток (t = 120 ч).

Для нижней прорези: = 0,014 ·14110 = 197,5мі/ч; подойдет снаряд МШС - О - 250.

Расчетная производительность снаряда находится путем умножения его технической производительности на расчетный коэффициент снижения производительности К_р:

В качестве расчетного коэффициента берется наименьший из двух:

или коэффициент снижения производительности по роду грунта К_г, или коэффициент снижения производительности по толщине снимаемого слоя К_сл. Коэффициент К_г = 0,7. Коэффициент К_сл определяется исходя из средней толщины снимаемого слоя на прорези h_сн (табл. 4) по соотношению

,

где а - вылет черпака.

Вылет черпака находится по емкости черпака Wч:



Определив расчетную производительность серийного снаряда, находят рабочее время

и валовое время

,

где - коэффициент использования снаряда по времени, равный 0,82.

9. Составление технологической карты работы многочерпакового снаряда

Производительность многочерпакового снаряда находится в прямой зависимости от значения подачи земснаряда вперед по становому тросу 1_с, скорости папильонировання и толщины снимаемого (срезаемого) слоя h_сн, а также от скорости движения черпаковой цепи , вместимости черпака и степени его использования.

Так как скорость черпаковой цепи на каждом объекте работы подбирают опытным путем, стремясь достичь наибольшего ее значения, то режимом работы земснаряда и его производительностью управляют, регулируя скорость папильоиирования .

Скорость папильонирования определяется по формуле:

, м/мин,

где - площадь стружки палильонажной ленты грунта, м 2,

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

При определении расчетной производительности на толщинах снимаемого слоя h_сн<0,5а расчетный коэффициент снижения К_р выбирается путем сравнения коэффициентов К_г и К_сл. На больших толщинах (h_сн>0,5а) учитывается только коэффициент К_г (расчетная производительность снаряда постоянна).

Площадь стружки папильонажной ленты определяется по формуле:

.



Значение подачи 1_с зависит от того, тонкие или толстые слои разрабатываются земснарядом. При работе папильонированием на толстых слоях связного грунта подачу вперед ограничивается значением радиального вылета черпака , и назначают равной:

.

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

.

Значения длины шлейфа снимаются с графика зависимости длины шлейфа от глубины черпания S = S(Н_ч). Данные для построения графика S = S(Н_ч) представлены в табл. 21.

Таблица 21. Значения длины шлейфа S при шаге цепи

№	Глубина черпания Hч	Длина шлейфа S
		значение		значение
1	Hч = hс	1,4	S = 3,5 tц	5,04
2	Hч = hч.опт.	4	S = 1,5 tц	2,16
3	Hч = Hч.max.	10	S = 0,5 tц	0,72

График приведен на рис. 21. В целях предупреждения смятия грунта боковыми поверхностями черпаков и обеспечения заданной глубины разработки (чистоты разработки дна) необходимо, чтобы следы, оставляемые отдельными черпаками, перекрывались на величину не менее 0,4-0,5 ширины черпака. Поэтому максимальная скорость папильонирования ограничивается ее предельным значением, определяемым по формуле:



где ширина зева черпака b_ч = 1,22·а=0,9 м, а число черпаков, проходящих через верхний барабан за минуту (скорость черпаковой цепи) = 15. Скорости папильонирования должны проверяться на соблюдение неравенства .

Технологическая карта (табл. 22) составляется для двух глубин черпания Н_ч = 2 и 5 м.

Таблица 22. Технологическая карта для многочерпакового снаряда МШС-О-250 технической производительности Q_г = 250 мі/с при скорости черпаковой цепи = 15 1/мин

Hч/S, м	hсн	Значение коэф. производительности	а, м	ар, м	lc, м	FЛ, мІ	Qp, мі/с	vп, м/мин
		Кг	Kсл	Kp
2/3,57	0,2	0,7	0,52	0,52	0,765	0,689	2,68	0,54	182	5,96
	0,4		1,05	0,7			2,68	1,07	245	4,01
	0,6		1,00	0,7			2,68	1,61	245	2,68
	0,8		1,00	0,7			2,68	2,14	245	2,01
	1		1,00	0,7			0,60	0,60	245	7,18
	1,2		1,00	0,7			0,60	0,72	245	5,98
5/1,82	0,2	0,7	0,52	0,52	0,765	0,689	1,37	0,27	182	8,17
	0,4		1,05	0,7			1,37	0,55	245	7,87
	0,6		1,00	0,7			1,37	0,82	245	5,25
	0,8		1,00	0,7			1,37	1,09	245	3,94
	1		1,00	0,7			0,60	0,60	245	7,18
	1,2		1,00	0,7			0,60	0,72	245	5,98

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 расчетной производительности земснаряда Q_р и расчетной вместимости шаланды определяется по формуле:

3.

где и - расстояние от земснаряда соответственно до места отвала и обратно,

и - скорость хода шаланд, соответственно, груженых до места отвала грунта и порожних, обратно к земснаряду,

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

При выполнении расчета условно принимается длина пути до отвала = 4 км, обратного пути = 3,5 км. Скорости хода берутся: для груженых шаланд = 10 км/ч, порожних = 15 км/ч. Вместимость самоходной шаланды принимается равной , суммарное время на опорожнение - и маневры = 10 мин. Расчетная вместимость шаландыопределяется делением геометрической емкости на коэффициент разрыхления грунта К_рых=1,2.

Принимаем 3 шаланды.

11. Определение стоимости извлечения грунта

При определении стоимости 1 м 3 извлеченного грунта использованы значения объемов дноуглубительных работ V_п, рабочее и валовое время . Стоимость 1м 3 извлеченного грунта определяется как частное от деления суммы эксплуатационных расходов по содержанию дноуглубительного состава в сутки на соответствующий объем работ Vп:

у.е./мі

11.1 Определение стоимости извлечения несвязного грунта

Полные эксплуатационные расходы по содержанию дноуглубительного состава включают в себя:

а) эксплуатационные расходы на содержание землесоса

где для снаряда ЗРН-О-1000 Э_р=708 у.е./сут и Э_с=518у.е./сут - соответственно, стоимость содержания землесоса в сутки при его работе и на стоянке;

сут.

- время в сутках на производственные и периодические остановки,

у.е.



б) эксплуатационные расходы на содержание брандвахты.

(где 43 у.е./сут - стоимость содержания брандвахты в сутки);

у.е.

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

у.е.

Полные эксплуатационные расходы по содержанию дноуглубительного состава определяются по выражению:

Затем определяется стоимость 1м 3 извлеченного землесосом несвязного грунта.

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

,

где для снаряда МШС-О-№250 Э_р=189 у.е./сут и Э_с=168 у.е./сут _- соответственно, стоимость содержания многочерпакового земснаряда в сутки при его работе и на стоянках;

сут.

- время в сутках на производственные и периодические остановки,

у.е.

б) эксплуатационные расходы на содержание брандвахты: (где 43 у.е./сут - стоимость содержания брандвахты в сутки);

у.е.

в) эксплуатационные расходы на содержание шаланд

,

где Э_р = 82 у.е./сут и Э_с = 72 у.е./сут - стоимость содержания шаланды в сутки при работе на ходу и на стоянках; и - соответственно, суммарное время работы на ходу порожнем и в грузу и время стоянок под погрузкой, выгрузкой и ожидания погрузки в моменты остановок земснаряда. Время определяется по формуле:

,

где - время движения одной шаланды порожнем и в грузу;

- количество рейсов одной шаланды на данной работе.

;

ч;

.

у.е.

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

сут.

г) прочие распределяемые затраты:

у.е.

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

у.е.

Стоимость 1м 3 извлеченного связного грунта:

Список литературы

1. Гришанин К.В., Дегтярев В.В., Селезнев В.М. "Водные пути" М., 1986 г.

2. Журавлев М.В. Методические указания "Обеспечение судоходных условий на участке реки дноуглублением" 2002 г.

Размещено на Allbest.ru