Оборудование для гидромеханизации, водоотлива и водопонижения.

Гидромеханизация – это способ производства земляных работ с применением гидравлических и гидромеханических машин, при котором разработка, транспортирование и укладка грунта в тело сооружения осуществляются за счет энергии потока или струи воды. Этим способом в гидротехническом строительстве используется для возводения плотин и дамб, насыпей, разработке котлованов, при дноуглубительных работах на каналах, реках, водоемах, очистке регулирующей сети от наносов и растительности, добыче инертных материалов и полезных ископаемых, при вскрышных работах на карьерах и др.

Успешное использование средств гидромеханизации возможно при наличии источника воды, электроэнергии, места для размещения дамб обвалования, а также грунтов и пород, обладающих способностью размываться.

Существуют следующие способы работ при гидромеханизации: гидромониторная разработка грунтов, гидротранспорт грунта и разработка грунта земснарядами.

Основными средствами гидромеханизации служат гидромониторы, грунтовые насосы, гидроэлеваторы и плавучие землесосные установки.

Основные достоинства средств гидромеханизации:

Ø высокие технико-экономические показатели;

Ø более низкая стоимость земляных работ (более чем на 20...25 %);

Ø небольшая масса и простота изготовления оборудования;

Ø высокая плотность укладки пород при намыве;

Ø высокая выработка на каждого рабочего.

К недостаткам способа производства земляных работ средствами гидромеханизации относятся:

Ø значительные затраты воды и электроэнергии;

Ø зависимость эффективности средств гидромеханизации от характера разрабатываемой породы;

Ø потребность в больших площадях для размещения отвалов;

Ø снижение эффективности работ при отрицательной температуре, а в ряде случаев и прекращение работ.

При разработке грунта гидравлическим методом образуется механическая смесь воды с частицами грунта, которая называется пульпой. Количество воды, необходимое для размыва и транспортирования 1 м³ грунта, называется удельным расходом воды.

Гидромониторы относятся к основному оборудованию гидромеханизации. Они служат для создания плотных, компактных напорных струй воды, которые разрушают и смывают грунты, горные породы и другие материалы.

Назначение гидромонитора – направлять поступающую по трубопроводу воду в различные точки забоя в виде струи с максимальной скоростью движения и соответствующим давлением, необходимым для размыва данного грунта. Конструкция гидромонитора должна иметь минимальную массу, быть простой в управлении и надежной в работе, давать компактную мощную струю.

Современные гидромониторы классифицируют по следующим основным признакам:

Ø по способу управления – ручные и с дистанционным управлением;

Ø по способу передвижения – самоходные и несамоходные;

Ø по давлению – низкого (до 0, 5 МПа), среднего (0, 5…1, 2 МПа) и высокого (более
1, 2 МПа) давления;

Ø по расположению к забою – ближнего и дальнего боя.

Каждый гидромонитор снабжается комплектом сменных насадков для получения требуемой скорости струи при разработке грунтов различной прочности: при диаметре входного отверстия 100 мм – диаметр насадков 17…25 мм, при 250 мм – 51…125 мм.

При сохранении требуемого расчетного расхода воды разрушающая скорость струи должна быть не менее 10…12 м/с для песка, 18…25 м/с для супесей и суглинков,
30…35 м/с для глин.

Современные гидромониторы имеют расход до 4500 м³/ч, и, кроме гидравлического, могут иметь ручное и дефлекторное управление.

Грунтовые насосы (землесосы) – разновидность центробежных насосов с односторонним всасыванием – предназначены для перекачки пульпы. Землесосы отличаются от обычных водяных центробежных насосов тем, что корпус и рабочее колесо (3…6 лопастей) рассчитаны на пропуск воды с грунтом, имеющим крупные каменистые включения, и изготавливаются из износостойких материалов.

Размыв начинается около стенок наконечника и быстро увеличивается вглубь, образуя воронку всасывания. Грунт в вихревых потоках засасывается в трубу.

Для всасывания частиц грунта необходимо преодолеть сопротивление сил тяжести частиц грунта и сопротивление сил зажатия частиц грунта соседними частицами. Свободно всасывающие наконечники могут разрабатывать только несвязные грунты.

На твердых связных грунтах для облегчения его размыва применяют рыхлительные устройства, образующие со всасывающим наконечником земснаряда грунтоприемник. В качестве рыхлителей используют гидромониторы, фрезерные, фрезерно-гидравлические, роторно-ковшовые, ротационные, винтовые, черпаковые, гидравлические, гидроэжекторные и др.

Поступательное и поперечное перемещение земснаряда в процессе разработки забоя называется папильонированием. В начале работы земснаряд имеет поперечное перемещение в одном направлении, потом осуществляется подача вперед, после чего земснаряд изменяет направление поперечного перемещения.

Для рабочего перемещения по забою земснаряды оборудованы папильонажными лебедками и свайным ходом. Свайный ход современных земснарядов бывает двух типов: простой и роторно-напорный.

В некоторых конструкциях земснарядов применяют тросовое папильонирование по траншейной, параллельной, багермейстерской, крестовой и другим схемам.

Современные земснаряды различаются также по часовой производительности по грунту (м³/ч):

Ø особо малые (до 50);

Ø малые (50...200);

Ø средние (200...500);

Ø крупные (500…1000);

Ø и особо крупные (более 1000).

В мелиоративном строительстве при производстве эксплуатационных работ способом гидромеханизации планируется применять преимущественно земснаряды с дизелем мощностью до 1000 кВт и производительностью до 400 м³/ч; при строительстве крупных каналов и дамб, перекрытии рек и намыве плотин – электрические земснаряды мощностью до 10 000 кВт и производительностью до 1000 м³/ч.

Гидроэлеваторы используют для транспортирования пульпы при небольшом противодавлении в стесненных условиях; работают они по принципу водоструйного насоса – непосредственная передача энергии от одного потока (с большим ее запасом) к другому (с меньшим запасом).

Достоинства гидроэлеваторов:

простота конструкции и надежность в работе;

быстрота монтажа, демонтажа и переноски на новое место работы;

легкость запуска и остановки;

отсутствие вращающихся и подвижных частей.

Недостаток – низкий КПД, который уменьшается с повышением высоты подъема.

Гидроэлеватор состоит из следующих основных узлов: всасывающей трубы для подвода транспортируемого потока, приемной камеры для приемки транспортируемого потока и передачи энергии от рабочего потока к засасываемому, насадка для подачи рабочей жидкости и преобразования ее потенциальной энергии в кинетическую, смесительной камеры для полного смешивания двух потоков и создания единого потока с определенной энергией, диффузор 3…6 конически расходящейся трубы для преобразования кинетической энергии потока в потенциальную. Вода к гидроэлеватору подается по водоводу через задвижку.

Оборудование для водоотлива применяют с целью откачки загрязненной воды при отрывке котлованов, траншей, колодцев в водоносных грунтах и при высоком уровне грунтовых вод. Это оборудование используют также для откачки дождевых и талых вод.

Производительность эжекторных иглофильтровальных установок находится в пределах 150…540 м³/ч.