Подводное грунтозаборное устройство

 

Изобретение относится к устройствам для подводной разработки грунтов и может быть использовано при проведении гидротехнических работ земснарядами и другими подводными механизмами. Изобретение направлено на обеспечение послойной подачи снимаемого грунта при минимальной замутненности и высоком КПД разрыхления. Подводное грунтозаборное устройство содержит грунтозаборный механизм с рыхлительным устройством. Грунтозаборный механизм выполнен в виде щелевого сосуна волочащегося типа, установленного с возможностью вращения в горизонтальной плоскости и смонтированного посредством узла присоединения грунтозаборного механизма к грунтозаборной раме земснаряда. Под нижним листом сосуна расположен опорный лист. На верхнем листе сосуна расположено рыхлительное устройство послойно-подающего действия, выполненное в виде неподвижно установленных на валу вертикальных ножей, на которых смонтированы лопатки. Упомянутый вал установлен подвижно в опорах на нижнем листе сосуна и через систему рычагов соединен с приводом. Количество ножей и лопаток может быть разным или одинаковым. Лопатки рыхлительного устройства установлены непосредственно перед всасом так, что их края обращены к всасу. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для подводной разработки грунтов, и может быть использовано, например, в волочащихся грунтозаборных механизмах с сосунами щелевого типа при проведении гидротехнических работ земснарядами и другими подводными механизмами.

Известно грунтозаборное устройство землесосного снаряда (RU 2016174, 1991.06.06, Е 02 F 3/88). Оно предназначено для разработки сапропеля и состоит из шнека и разрыхлителя, установленных на одном валу, неподвижного направляющего аппарата и всасывающего наконечника. Устройство снабжено опорной рамой и рыхлительными балками. Рама жестко установлена на наконечнике в вертикальной плоскости устройства, охватывая разрыхлитель. Рыхлительные балки закреплены на раме перпендикулярно ей и снабжены соплами, соединенными с источником сжатого газа посредством трубопроводов. Шнек установлен в корпусе, соединенном с нагнетательным грунтопроводом.

Известно грунтозаборное устройство земснаряда (RU 2014401, 1991.03.05, Е 02 F 3/88). Оно содержит осевой грунтовой насос, выполненный в виде шнека, рыхлитель и неподвижный направляющий агрегат, камеру давления с кольцевым соплом и источник жидкости или газа, при этом камера давления с кольцевым соплом размещены между неподвижным направляющим аппаратом и шнеком, камера соединена с источником давления жидкости или газа, а кольцевое сопло - с межвитковым пространством шнека.

Известно грунтозаборное устройство земснаряда (RU 2019639, 1990.09.04, Е 02 F 3/90). Устройство содержит раму, на которой смонтирована всасывающая труба, соединенная с наконечником гофрированным рукавом и амортизаторами. Рыхлитель выполнен в виде гидровибратора, соединенного штоком с упомянутым выше наконечником, по периметру которого размещены зубья, предназначенные для рыхления грунта. Зубья соединены впускными патрубками с впускным коллектором, который соединен гибким трубопроводом с источником напорной воды, подаваемой по впускному трубопроводу. Выходные отверстия зубьев взаимосвязаны выпускными патрубками с выпускным коллектором, который в свою очередь соединен гибким трубопроводом с входом гидровибратора, установленного на раме.

К недостаткам известных устройств можно отнести то, что они не могут обеспечить снятие слоя грунта (порядка 100-400 мм), неравномерность концентрации пульпы, сложность конструкции, невозможность работы на больших глубинах (порядка 50 м).

Задачи, на решение которых направлено изобретение, заключаются в создании простой и надежной конструкции подводного грунтозаборного устройства (ПГУ), подсоединяемого к любому действующему земснаряду и позволяющего обеспечить послойную подачу снимаемого грунта, щадящий режим рыхления к различным конкрециям в грунте, минимальную замутненность и высокий КПД разрыхления, также позволяющий автоматизировать процесс забора грунта, постоянно держать пульпу с большим процентным содержанием грунта и обеспечить возможность работы на больших глубинах при ходе земснаряда “вперед” и “назад”.

Поставленные задачи решены следующим образом. Подводное грунтозаборное устройство содержит грунтозаборный механизм с рыхлителем (рыхлительным устройством) и отличается тем, что грунтозаборный механизм выполнен в виде щелевого сосуна волочащегося типа, установленного с возможностью вращения в горизонтальной плоскости и смонтированного посредством узла присоединения грунтозаборного механизма к грунтозаборной раме земснаряда, причем под нижним листом сосуна расположен опорный лист, на верхнем листе сосуна расположено рыхлительное устройство послойно-подающего действия, выполненное в виде неподвижно установленных на валу вертикальных ножей, на которых смонтированы лопатки, причем упомянутый вал установлен подвижно в опорах на нижнем листе сосуна и через систему рычагов соединен с приводом, а количество ножей и лопаток может быть разным или одинаковым, при этом лопатки рыхлительного устройства установлены непосредственно перед всасом так, что их края обращены к всасу. Узел присоединения грунтозаборного механизма выполнен в виде установленной на грунтозаборной раме щеки, на которой с помощью соединительного пальца смонтирована щека грунтозаборного механизма, причем на щеке грунтозаборной рамы выполнены ограничительные упоры для исключения опрокидывания грунтозаборного механизма.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 приведен вид сбоку ПГУ, на фиг.2 - вид в плане, на фиг.3 - конструкция рыхлительного устройства послойно-подающего действия.

На грунтозаборной раме 1 земснаряда установлен узел присоединения грунтозаборного механизма. Он включает щеки 2, на которых с помощью соединительных пальцев 3 смонтированы щеки 4 грунтозаборного механизма. На соединительный лист между щеками 4 посредством узла вращения 5 установлен щелевой сосун 6 волочащегося типа. На нижнем листе сосуна установлено рыхлительное устройство послойно-подающего действия 7 с приводом 8. Края лопаток рыхлителя обращены к всасу. Опорный лист 10 с помощью хомутов 9 смонтирован на сосуне 6. Для предотвращения возможности опрокидывания грунтозаборного устройства на щеках 2 с каждой стороны смонтированы верхний 11 и нижний 12 ограничительные упоры. Соединительный шланг 13 соединяет сосун 6 с грунтопроводом земснаряда.

Рыхлительное устройство послойно-подающего действия 7 (рыхлитель) состоит из горизонтально установленных лопаток 14, вертикальных ножей 15, ребер 16, вала 17, разрезных втулок 18 для крепления вертикальных ножей 15, подшипников 19, смонтированных неподвижно на нижнем листе сосуна 6, системы приводных рычагов 20, 21 привода 8. Возможен вариант конструкции рыхлителя (рыхлительного устройства), в котором горизонтальная лопатка 14 установлена с возможностью ограниченного поворота.

На фиг.3 приведена конструкция с двумя вертикальными ножами и лопатками. Количество ножей и лопаток определяется шириной всасывающего наконечника, которая может меняться от 1 до 10 м. В зависимости от особенностей грунта не все ножи могут быть снабжены лопатками, некоторые из них могут оставаться “холостыми”.

ПГУ опускают с добывающей установки и перемещают его по дну. Работа по разрыхлению и подаче грунта совершается за счет колебательных движений ножей с лопатками относительно вертикальной оси на 20-30.

Цикл разрыхления определяется двумя фазами: подготовительной и рабочей. При подготовительной фазе вертикальные ножи заглубляют лопатки на заданную величину, одновременно производя предварительное разрыхление грунта, а при рабочей фазе грунт приподнимается лопатками и подается к сосуну грунтозаборного механизма.

При подготовительной фазе возникает вертикальная реакция отрыва всаса от грунта, которая зависит от количества ножей с лопатками и категории грунта. Предусмотрены следующие конструктивные меры, которые в зависимости от ее величины могут применяться по отдельности, попарно или все сразу.

Первое - придание режущей кромке вертикальных ножей криволинейной формы, которая значительно сглаживает эту составляющую.

Второе - это работа половины лопаток в противофазе по отношению к другой, то есть, когда одни врезаются в грунт, вторые совершают рабочий ход и так как реакция рабочего хода больше, то в сумме получается сила, прижимающая постоянно сосун к грунту.

Третье - при снятии толстого слоя грунта порядка 0,4 м, когда ход лопаток значительный, можно установить поворотные лопатки, которые во время подготовительной фазы, занимая вертикальное положение, резко снижают вертикальную реакцию и в целом усилие врезания. При легких грунтах можно часть вертикальных ножей оставить “холостыми” т.е. без лопаток.

Приводом рыхлителя могут быть известные пневмо, гидро или электромеханизмы, совершающие возвратно-поступательное движение с частотой и амплитудой, изменяющейся в зависимости от характеристики грунта, глубины разрыхляемого слоя и скорости движения.

Сосуны волочащегося типа в основном применяют на самоотвозных земснарядах морского исполнения. В основном они используются для очистки судового хода в дельтах рек при выходе фарватера в прибрежную зону. Передвижение такого земснаряда осуществляют посредством судовых движителей, когда отсутствует возможность установить необходимую стабильно заданную скорость для оптимальной работы сосуна. Из-за ветровых нагрузок, течений и т.п. нет возможности планомерно производить очистку заданных прямоугольных участков. В результате на дне получается картина некой “вспашки” в виде борозд. При применении рыхлителя с сосунами волочащегося типа можно избежать вышеназванных недостатков.

Для этого необходимо в первую очередь задать равномерно постоянную скорость передвижения земснаряда. Это достигается с помощью тросового передвижения. Во-вторых, чтобы избежать холостых пробегов земснаряда конструкция всаса должна быть такой, при которой он бы работал при ходе и вперед, и назад. Этим условиям отвечает предлагаемая конструкция. Узел присоединения ПГУ к грунтозаборной раме позволяет сосуну с рыхлителем вращаться в вертикальной плоскости и лежать на грунте во время передвижения земснаряда. Во время подъема рамы конструкция узла за счет упоров не дает грунотозаборному устройству опрокинуться. Узел имеет разъем на пальцах, что позволяет его легко монтировать и разбирать. Узел вращения позволяет сосуну вращаться в горизонтальной плоскости и производить реверс при изменении хода земснаряда. Предусмотрена фиксация положения подшипника. Опорный лист имеет жесткую конструкцию, невысокие борта и опоры крепления щелевого сосуна. Спереди лист плавно отогнут вверх для уменьшения сопротивления при волочении по грунту. Для повышения износостойкости днище опорного листа можно покрыть пластиком. Габариты сосуна щелевого типа определяются производительностью грунтового насоса. Привод рыхлителя установлен на сосуне и связан с приводными рычагами ножей рыхлителя. Количество приводов зависит от ширины щелевого сосуна. Исполнительный механизм рыхлителя, т.е. ножи и рычаги, крепят к валу, установленному на нижнем листе сосуна непосредственно перед всасом. Количество ножей и их конструкция зависят от ширины сосуна, категории грунта и производительности грунтового насоса. Соединение данного ПГУ с грунтопроводной трубой рамы производится посредством гибкого шланга.

Во время работы ПГУ наличие опорного листа позволяет стабилизировать по высоте положение щелевого сосуна относительно разрабатываемого грунта в каждый момент времени.

ПГУ позволяет решить задачу по автоматизации процесса рыхления и забора грунта путем согласования скорости передвижения, производительности грунтового насоса, размеров щелевого сосуна и параметров работы рыхлителя.

Предлагаемая конструкция ПГУ позволяет снимать слои грунта заданной толщины, способна работать на глубинах до 50 м, может быть широкозахватной и обладать высокой производительностью по грунту, производит рыхление грунта в щадящем режиме, что позволяет наиболее полно сохранить первородную форму, например, находящихся в грунте полезных ископаемых.

Формула изобретения

1. Подводное грунтозаборное устройство, содержащее грунтозаборный механизм с рыхлительным устройством, отличающееся тем, что грунтозаборный механизм выполнен в виде щелевого сосуна волочащегося типа, установленного с возможностью вращения в горизонтальной плоскости и смонтированного посредством узла присоединения грунтозаборного механизма к грунтозаборной раме земснаряда, причем под нижним листом сосуна расположен опорный лист, на верхнем листе сосуна расположено рыхлительное устройство послойно-подающего действия, выполненное в виде неподвижно установленных на валу вертикальных ножей, на которых смонтированы лопатки, причем упомянутый вал установлен подвижно в опорах на нижнем листе сосуна и через систему рычагов соединен с приводом, а количество ножей и лопаток может быть разным или одинаковым, при этом лопатки рыхлительного устройства установлены непосредственно перед всасом так, что их края обращены к всасу.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел присоединения выполнен в виде установленной на грунтозаборной раме щеки, на которой с помощью соединительного пальца смонтирована щека грунтозаборного механизма, причем на щеке грунтозаборной рамы выполнены ограничительные упоры для исключения опрокидывания грунтозаборного механизма.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3