Земснаряд — судно технического флота, предназначенное  для производства дноуглубительных работ и добычи  нерудных строительных материалов.

Группы грунтов

Наименование и характеристика грунта                                              Средняя плотность, кг/см2

 

I группа грунта

Галька и гравий размером до 80 мм                                                                             1700 - 1800

Грунт растительного слоя без корней и с корнями                                                            1200

Лёсс естественной влажности рыхлый с примесью гравия и гальки                       1600 - 1750

Песок всех видов, в том числе с примесью щебня, гравия или гальки                    1600 - 1700

Солончак и солонец, мягкие                                                                                                1600

Суглинок легкий и лессовидный                                                                                          1700

Супесок всех видов, в том числе с примесью гравия, щебня или

строительного мусора                                                                                                     1600 - 1900

Торф без корней и с корнями толщиной до 30 мм                                                              600 

Чернозем и каштановые земли естественной влажности                                                 1300

Шлак котельный                                                                                                                     750

II группа грунта 

Галька и гравий размером более 80 мм с примесью булыг                                               1900

Глина жирная мягкая или насыпная, слежавшаяся с примесью

щебня или гравия до 10%                                                                                                      1800

Грунт растительного слоя с примесью гравия, щебня или

строительного мусора                                                                                                            1400

Мерзлые грунты песчаные, предварительно разрыхленные                                              1750

Суглинок с примесью гравия, щебня, булыг или строительного мусора                   1750 - 1950 

Строительный мусор рыхлый и слежавшийся 

Торф с корнями толщиной более 30 мм                                                                                600

Чернозем и каштановые земли отвердевшие                                                                      1200

Щебень всякий, а также с примесью булыг                                                                    1750 - 1950

Шлак металлургический выветрившийся                                                                             1600

III группа грунта

Глина жирная мягкая или насыпная, слежавшаяся с примесью щебня,

гравия или булыг более 10%                                                                                                 1950

Глина тяжелая ломовая                                                                                                         1900

Солончак и солонец, отвердевшие                                                                                       1800

Строительный мусор сцементированный                                                                             1800

Шлак металлургический невыветрившийся                                                                          1800

IV группа грунта

Гипс мягкий                                                                                                                               2200

Глина мореная с примесью до 30% валунов                                                                         1950

Глина сланцевая                                                                                                                      1950

Глина твердая                                                                                                                           2000 

Лёсс отвердевший                                                                                                                    1800 

Мел мягкий                                                                                                                                1550 

Мореные грунты с валунами                                                                                                   2100 

Опоки                                                                                                                                         1900

Скальные грунты предварительно разрыхленные                                                                1800

Скальные грунты, не требующие разрыхления                                                                     1750

Трепел слабый                                                                                                                          1500

V группа грунта

Мерзлые грунты глинистые и суглинистые                                                                             1850 

 

По способу забора и перемещения грунта земснаряды подразделяют на:

  1. Землесосный снаряд — извлекающие и перекачивающие грунт в виде пульпы с применением грунтового насоса, наиболее распространенный тип земснарядов применяемый на I—IV классах грунтов;

  2. Черпаковые — являющиеся разновидностью экскаваторов, поднимающие и перемещающие грунт посредством ковшей или черпаков. Используются на твердых грунтах V—VI класса, где эффективность Землесосных земснарядов не дает необходимой производительности. В свою очередь землечерпальные снаряды подразделяются на:

    1. Одночерпаковые штанговые, представляющие собой одноковшовый экскаватор, установленный на понтоне;

    2. Одночерпаковые грейферные, представляющие собой подъемный кран, оборудованный грейфером;

    3. Многочерпаковые, представляющие собой экскаватор непрерывного действия, с черпаками, закрепленными на бесконечной цепи, натянутой между двумя барабанами.

  3. Скалодробильные — предназначены для рыхления скальных грунтов различной крепости. Существует два типа снарядов:

    1. С падающим долотом — способен эффективно разрыхлять на глубину 0,4—0,6 м скальный грунт с коэффициентом крепости 6—12.

    2. С пневматическим (или гидравлическим) молотом — способны разрабатывать наиболее прочные скальные породы на глубину до 0,5—0,7 м.

По способу транспортировки грунта земснаряды подразделяются на:

  1. Рефулерный — транспортировка грунта осуществляется при помощи плавучего пульпопровода. Наиболее экономически эффективный метод транспортировки пульпы. При необходимости транспортировки на значительные расстояния применяются дополнительные Бустерные станции.

  2. Шаландовый — транспортировка грунта осуществляется шаландами — специальными судами, принимающими грунт в трюм и отвозящими его к месту размещения.

  3. Самоотвозный — грунт принимается земснарядом в собственный трюм и отвозится к месту свалки.

  4. С гидромониторным выбросом пульпы. Используется данный способ при работах на устьевых участках рек и на водохранилищах с частым волнением, наиболее широкое применение получил при гидронамыве в условиях морских вод.

  5. Лонгкулуарные (с фр. — «длинный коридор») — грунт перемещается по длинному лотку за кромку разрабатываемой прорези или на берег.

По методу рабочих перемещений:

  1. Самоходные — осуществляют рабочие перемещения с помощью судового движителя (оснащенные волочащимися пульпоприёмниками).

  2. Якорные — осуществляют рабочие перемещения на рабочих якорях.

  3. Свайно-якорные — с помощью якорей и закольных свай.

  4. Свайные — перемещаются только с помощью свай.

По способу работы делятся на:

  1. Работающие траншейным способом — земснаряд движется вдоль разрабатываемого участка (в основном землесосные).

  2. Работающие папильонажным способом — земснаряд движется поперёк разрабатываемого участка (многочерпаковые, землесосные с механическим разрыхлителем).

Грунтовые насосы

Грунтовые насосы представляют собой одноступенчатые центробежные насосы значительно усиленной конструкции для противодействия высокоабразивной гидросмеси и пропуска достаточно крупных включений.

Детали грунтовых насосов подвержены гидроабразивному, кавитационному и механическому изнашиванию.

Основной вид изнашивания пульпопроводящих элементов насоса (рабочих колес, корпуса, бронедисков, крышек насоса, всасывающего и нагнетательного патрубков) — гидроабразивный. Интенсивность гидроабразивного изнашивания зависит от ряда факторов, характеризующих пульпу и частицы добываемого материала, а также от износоустойчивости пульпопроводящих элементов земснаряда и гидроперегружателя.

Различают общее и местное гидроабразивное изнашивание насосов. Общее изнашивание проявляется в сравнительно равномерном уменьшении толщины деталей и наблюдается на поверхностях бронедисков, боковых облицовках и большей части радиальной облицовки корпуса (улитки), патрубках и др. Местное изнашивание возникает в местах образования вихрей и кавитации. Местное изнашивание значительно интенсивнее общего.

Кавитация является следствием нарушения режима работы насоса и вызывается, как правило, значительным увеличением вакуума во всасывающей линии. Местная кавитация возникает за различными препятствиями в проточных частях насоса (неровные стыки деталей, бугорки от электросварки и другие неровности поверхности, которые образуются при изнашивании деталей или их неправильном восстановлении при ремонте). От кавитации изнашиваются все детали насоса, включая приводной вал, опорные подшипники и фундамент. При ней резко нарастает вибрация насоса, что может привести к любым повреждениям деталей, а в предельном случае — к полному разрушению насоса. Из-за кавитации часто возникает срыв вакуума по всасывающей линии и прекращается работа насоса. Для уменьшения возможности возникновения кавитации в грунтозаборное устройство устанавливают эжекти-рующие насадки.

Механическое изнашивание насоса происходит в результате трения и ударов твердых тел гидросмеси по его деталям, что характерно при работе на гравийных грунтах.

Износ большинства деталей насоса ухудшает его характеристики и снижает подачу, что является показателем общего изнашивания насоса. Обычно насос ремонтируют при падении подачи до 20—30%. При этом детали насоса в результате изнашивания теряют до 30% первоначальной массы, что считается допустимым.

Типичная компоновка одного из грунтовых насосов приведена на рис. 1. Рама насоса отлита со стойками подшипника и задней крышкой корпуса. Вал с насаженным колесом 3 вращается в сферических роликовых подшипниках, один из которых радиально-упорный для восприятия осевой нагрузки от рабочего колеса.

Корпус (улитка) определяет долговечность насоса, для увеличения которой в нем устанавливают специальную защитную облицовку (рубашку), изготовляемую из листовой стали толщиной 18—25 мм. Грунтовые насосы гидроперегружателей допускается изготовлять без облицовки корпуса, в этом случае изнашивается сам корпус.

Изношенные более чем на 30% первоначальной толщины облицовки заменяют, а корпуса восстанавливают путем электронаплавки качественными электродами, последние 2 слоя обычно наплавляют износоустойчивыми электродами (13 КН/ЛИВТ). Износ корпусов (облицовок) на большей части поверхности равномерный. Наблюдается интенсивный местный износ (допускается до 60% первоначальной толщины) в зоне.наибольших скоростей у нагнетательного патрубка (рис. 2). На стыке спиральной части корпуса/и выходного патрубка 3 на многих насосах предусмотрены вставные отсекатели 2 («грунтоотбойные углы»), изготавливаемые

из углеродистой стали с закаленной рабочей поверхностью. Изношенные отсекатели восстанавливают путем электронаплавки с обязательным скруглением наплавленной поверхности наждаком. Более целесообразно для замены иметь запасные отсекатели, так как обеспечить наплавкой правильную форму их рабочей поверхности сложно. При восстановлении отсекателей наплавка металла с запасом на изнашивание не допускается из-за усиленной кавитации в зоне за отсека-телем.

При ремонте корпусов и крышек насосов в навигационный период (в период ТО-2 ПТМ) гЛубокие каверны заполняют бетоном или мастиками на эпоксидной основе, что существенно увеличивает срок службы этих деталей.

Рабочие колеса (крылатка) насосов литые или сварные закрытого типа с тремя-четырьмя лопастями. Среди деталей грунтового насоса колеса изнашиваются наиболее быстро, причем в первую очередь лопасти и торцовые диски. Изнашивание лопастей по длине и ширине неравномерное’ и ухудшает не только гидравлические характеристики, но и нарушает балансировку колеса. Появившаяся вибрация нарушает центровку валовой линии и расшатывает фундамент, способствует изнашиванию подшипников.

Места износа рабочего колеса существенно зависят от состава гидросмеси: при песке изнашиваются рабочие поверхности лопастей и заднего бронедиска, при наличии крупных твердых включений — входные кромки лопастей.

Характерные места износа рабочих колес грунтовых насосов изображены на рис. 3. По сравнению с гидроперегружателями земснаряды работают со значительно более коротким нагнетательным пульпопроводом. Это принципиально меняет режим работы грунтового насоса, связанный прежде всего с уменьшением давления, так как повышается вихреобразование при течении пульпы через его проходные части, что приводит к интенсивному неравномерному местному износу насоса.

При режимах работы насоса с низким давлением усиленно изнашиваются в основном области вблизи наружного обода колеса, где скорость изнашивания возрастает в 4—6 раз.

Так, через 200—250 ч работы насоса с низким давлением на дисках и выходных кромках лопастей появляются сквозные выработки — «кратеры». После этого начинают усиленно изнашиваться не только колеса, но и другие проточные части (корпус, бронедиски, всасывающая горловина и др.), так как при изношенных дисках колеса абразивные частицы имеют свободный доступ в пазухи насоса. Детали проточной части насоса при работе на мелких песках полностью изнашиваются через 400—500 ч.

Грунтовые насосы добывающих земснарядов снабжаются рабочими колесами разного диаметра для работы при различных давлениях, соответствующими конкретным условиям (работа с сортировочными и обогатительно-обезвоживающими устройствами или без них, погрузка непосредственно в суда или транспортировка на берег по трубопроводу различной длины).

Общий износ лопастей и дисков рабочего колеса допускается до 40% первоначальной толщины, местный — до 60%.

Изношенные колеса восстанавливают путем электронаплавки. Хорошие результаты от наплавки порошковой проволокой ПП-70Х20РЗ-0 (износоустойчивость на 70% выше, чем электродами Т-590), но в связи с высоким содержанием борида хрома стоимость ее существенно выше других износостойких наплавочных материалов,

При наплавке торцевых поверхностей дисков колеса применяют специальное приспособление для подформовки жидкого металла. Приспособление состоит из двух медных пластин, прижимаемых к дискам колеса струбцинами. Металл наплавляется на торцевую поверхность диска между пластинами, которые обеспечивают достаточно точную толщину наплавляемого слоя и гладкие боковые поверхности. Приспособления такого типа применяют для наплавки и других поверхностей колеса.

При ремонте колес особое внимание необходимо уделять их балансировке. Неуравновешенность не должна превышать 50 г на внешнем диаметре. Статическую балансировку колеса проводят после наплавки и механической обработки на специальном стенде на закаленных призмах. Небаланс устраняют путем вырубки или наплавки нерабочих (нижних) поверхностей лопастей с последующей зачисткой для сохранения их профиля.

Бронедиски изнашиваются из-за попадания абразивных частиц в щелевой зазор между рабочим колесом и бронедиском (пазухи насоса). По мере изнашивания этих деталей зазор увеличивается и износ прогрессирует. Поэтому зазор (допустимое значение — 10 мм) необходимо периодически регулировать подвижкой бронедисков болтами. Износившиеся бронедиски, как правило, заменяют. Общий износ бронедисков допускается до 40% первоначальной толщины, местный — до 60%.

Для восстановления бронедисков технология наплавки должна исключать их коробление.

На изнашивание рабочего колеса и бронедисков существенно влияет состояние уплотнения всасывающего патрубка.

Уплотнительное кольцо обеспечивает необходимую плотность подвижного соединения рабочего колеса с всасывающим патрубком и изолирует нагнетательную область грунтового насоса от всасывающей. Зазор между уплотнительным кольцом и рабочим колесом должен быть в пределах 0,1—0,4 мм

в зависимости от диаметра всасывающего патрубка. Зазор контролируют щупом через всасывающий патрубок и регулируют прокладками между кольцом и облицовкой всасывающего патрубка. При общем износе более 20% первоначальной толщины уплотнительное кольцо заменяют.

Сальник и лабиринтное уплотнение изолируют нагнетательную сторону насоса от внешней среды. Лабиринтное уплотнение предназначено в основном для предохранения сальника от попадания абразивных частиц, при износе его заменяют. При увеличении утечки промывочной воды сальник поджимают нажимной втулкой так, чтобы вода просачивалась через него частыми каплями или текла тонкой струйкой. Если вода совсем не проходит, сальник греется и быстро выходит из строя. Если перемещения нажимной втулки недостаточно для устранения чрезмерной течи воды, сальник пополняют. При нормальной работе грунтового насоса сальник заменяют через 400—500 ч.

Защитная втулка предохраняет ступицу рабочего колеса от изнашивания. Втулка изнашивается под сальником попавшими в него абразивными частицами, которые прорезают на поверхности втулки характерные борозды. При глубине борозд 0,5—1 мм втулку заменяют.

При ежесменном техническом обслуживании грунтового насоса сальник подтягивают, проверяют его состояние и температуру насоса. Проверку и регулировку зазоров между рабочим колесом и бронедисками, между уплотнительным кольцом и горловиной рабочего колеса проводят еженедельно.

При периодическом техническом обслуживании гидроперегружателя грунтовой насос полностью разбирают и дефектуют все детали.

Капитальный ремонт грунтового насоса проводят через наработку, равную двум периодичностям технического обслуживания гидроперегружателя, т. е. при каждом втором ТО-2.

Проблему повышения долговечности грунтовых насосов решают двумя путями: применяют более износостойкие материалы для изготовления и ремонта деталей и разрабатывают более совершенные геометрические формы деталей проточного тракта насоса.

Из таблицы видна эффективность применения рабочих колес из чугуна марки ИЧХ16МТ- для гидросмесей с небольшим содержанием гравия. Детали грунтовых насосов для перекачивания песчано-гравийных смесей с крупными включениями практически не изготавливают из чугуна, так как они плохо противостоят ударным нагрузкам. Есть сведения, что добавки титана снимают эти ограничения.

Из сталей для рабочих колес наиболее эффективна сталь марки ЗОХНМЛ, особенно для гравиедобывающих земснарядов.

Перспективно также гуммирование (обрезинивание) деталей грунтовых насосов. Испытания таких насосов, проведенные вЛИВТ и других организациях, дали удовлетворительные результаты.

Коэффициент абразивности частиц

Кварц 8,65  

Гранит 8,5 

Песчаник на карбонатном цементе 4,62  

Песчаник на глинистом цементе, песчано-гравийная смесь 4,26 

Алевролит, пески крупнозернистые 3,7  

Супеси (тяжелые), пески среднезернистые 3,3  

Известняк 1,09  

Мрамор 0,87  

Аргиллит 0,4  

Суглинки 0,1

Коэффициент износостойкости материала пульпопровода

Сталь: Ст. 3 (эталон)

Сталь 5:  1

Сталь 10: 1,1 - 1,15

Сталь 20: 1,15

Сталь 35: 1 - 1,15

Сталь 40: 1,25

Сталь 45: 1,3

Сталь 40Х: 1,35

Сталь 25Г2: 1,35

Сталь 09Г2С: 1,35

Сталь 3X13: 1,65

Сталь 30ХГС: 1,3

Сталь 30ХГСА: 1,5

Сталь 4X13: 1,5

Сталь Х12: 1,5 - 2

Сталь Х18: 1,5 - 2,5

Наплавки: 1,5 - 2,5

Т-590: 3,1

«Сормаит 1»: 3,2 - 5,3

Полиэтилен: 0,45 - 0,7

Поливинилхлорид: 0,8 - 0,9

Полиуретан на основе СКУ: 1,5 - 3

Хромистый чугун Н2Х28Н2: 4

                               Россия

     г. Тверь, ул. 1-я Силикатная д. 3 а

                     glaz-69@yandex.ru

                    тел. +7 910 648 1518