Введение к работе
І. . Актуальность темы. В условиях перехода России к экономике рыночного типа особенно остро встал вопрос о необходимости наиболее рационального использования материальных, энергетических и трудовых ресурсов во всех отраслях, в том числе и на речном транспорте.
В целом на внутренних водных путях Российской Федерации в настоящее время эксплуатируется около 50 тысяч судов, принадлежащих более 4,5 тысячам судовладельцев.
Все внутренние судоходные пути, а вместе с ними и задача обеспечения необходимых условий плавания судов, сегодня находятся под контролем Департамента речного транспорта Минтранса РФ и финансируются из Федерального бюджета. Основными наиболее эффективными техническими средствами для поддержания гарантированных глубин на реках и добычи лесчано-гравийной смеси для стройиндустрии служат землесосные снаряды с центробежными грунтовыми насосами, установленными в корпусе судна. Землесосы имеют длительный срок эксплуатации и находятся в рабочем ядре, как правило 25-30 лет. С учетом огромной протяженности обслуживаемых внутренних водных путей (около 100 тыс. км), землесосы в России строились большими сериями. Так, например, первые землесосы проекта №246 были построены в 1961 году. Сегодня их находится в эксплуатации около 40 единиц. Примерно такое же количество построено и работает до сих пор землесосов проектов №№324 и 324А.
В связи со сложившимися экономическими условиями следует ожидать в ближайшие годы значительных сокращений объема инвестиций на строительство нового дноуглубительного флота, поэтому основные типы действующих землесосов будут эксплуатироваться больше установленных сроков. Эффективность их использования во многом будет зависеть от дальнейшего совершенствования рабочих и специальных устройств.
При существующей в настоящее время технологии 65% извлекаемого из прорези грунта не оказывает быстрого положительного влияния на состояние судоходных габаритов. На переработку этого излишнего грунта неэффективно затрачивается энергия, увеличивается износ оборудования землесоса, а переуглубление отрицательно сказывается на состоянии глубин участка реки, расположенного выше разрабатываемого переката в связи с так называемой "просадкой" уровня.
Решение указанной проблемы можно было бы найти, применив щелевидные грунтоприемники с гидравлическими рыхлителями, имеющими ширину зева, равную ширине корпуса землесоса. Такие грунтоприемники, разработанные в Нижегородском институте инженеров водного транспорта, хорошо себя зарекомендовали на землесосах проектов 1-517-01, 1-517-03 и 480.
Однако для землесосов малой и средней производительности подобный грунтоприемник нельзя применить из-за ограничительного фактора (высоты зева), не позволяющего увеличить ширину грунтоприемника при определенной площади зева, обеспечивающей необходимую скорость всасывания. Уменьшение высоты зева приводит к частому его засорению.
Применение широких грунтоприемников возможно только при наличии гидравлического рыхлителя. Вместе с тем,энергетическая установка некоторых землесосов не может обеспечить его работу как из-за недостаточной мощности электростанции, так и невозможности ее повышения в существующих габаритах машинного отделения.
Таким образом, повышение эффективности работы землесосов при минимальных капитальных вложениях и без изменения массовых и габаритных характеристик - это комплексная и веема актуальная проблема, требующая теоретических исследований и новых относительно дешевых конструктивных решений.
Цель работы. Повышение технико-экономической
эффективности использования землесосов при разработке грунтов путем совершенствования процесса грунтозабора на основе создания конструкций комбинированного грунтово-рыхдительного насоса и секционного грунтоприемника. Поставленная цель предопределила следующие задачи диссертационной работы:
проведение исследований эффективности использования землесосов малой и средней производительности и технико-экономического обоснования целесообразности их модернизации;
поиск технических решений, позволяющих обеспечить работу гидравлического рыхлителя без существенных изменений энергетической установки и разработка методов расчета новых агрегатов и устройств;
разработка методики расчета технологических параметров для землесосов с новыми грунтозаборными устройствами;
- практическая реализация и проверка эффективности
предлагаемых мероприятий на землесосе.
Методы исследования. Исследования проведены с помощью теоретических и экспериментальных методов.
Теоретические исследования выполнены на основе теорий течения ньютоновской жидкости в каналах гидравлических машин и формирования откосов грунтов под водой при всасывании водогрунтовой смеси.
Экспериментальное исследование проведено на землесосе проекта №246Б в натурных условиях. Выполнено патентное исследование.
Научная новизна работы и личный вклад автора заключается в следующем:
теоретически обосновано, что имеется возможность повышения эффективности работы землесосов путем оборудования их грунтоприемником с гидравлическим рыхлителем и комбинированным грунтово-рыхлительным насосом;
методом математического моделирования выполнены исследования эффективности доноуглубления секционными грунтоприемниками, определены оптимальные параметры грунтоприемников;
разработаны методы расчета технологических параметров трех- и четырехсекционных грунтоприемников;
разработан метод расчета комбинированного грунтово-рыхлительного насоса;
разработан метод построения лопаток выправляющего аппарата рыхлительной секции насоса;
разработаны технические предложения и документация на изготовление секционного грунтоприемника и грунтово-рыхлительного насоса для землесосов проектов №246 и №82080. На новые технические решения получены авторские свидетельства №№910944, 1317071, 1435827.
Достоверность результатов исследований подтверждается адекватностью математических расчетов и конструкторских разработок результатам натурных испытаний.
Практическая ценность в внедрение результатов работы.
На основе проведенных теоретических исследований были разработаны технические предложения по совершенствованию системы грунтозабора для малых и средних землесосов, Созданы конструкции секционного грунтоприемника и комбинированного
грунтово-рыхлительного насоса. Разработаны методы расчета
рыхлительной секции насоса и технологических параметров землесосов. Даны предложения по модернизации энергетической установки землесоса проста JS6246 путем замены штатного двигателя двигателем с наддувом. Изготовлены и проверены в производственных условиях комбинированный грунтово-рыхлительный насос и гцелевидный секционный грунтоприемник. Эксплуатационные испытания показали, что новая конструкция насоса в совокупности с секционным грунтоприемником обеспечивают надежную и экономичную работу землесосов и рекомендованы к серийному их внедрению на дноуглубительном флоте. Технические решения приняты к реализации на землесосе проекта №82080.
Апробация работы н публикации. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались: в Чкаловском филиале НПО "Судоремонт" (1987г.), на заседании производственно-технического совета Волжского БУП (1988г.), на заседании секции технического флота научно-производственного Совета по проблеме VIII "Развитие и совершенствование водных путей, гдротехнических сооружений и судов технического флота" (1988г.), на международной научно-технической конференции "Совершенствование технологии дноуглубления, подводной добычи и утилизации извлеченного грунта"(1993г.). По обсуждаемым проблемам приняты положительные решения. Автором опубликовано семь печатных трудов, получено три авторских свидетельства на изобретения.
