Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О ПРОЦЕССЕ ВСАСЫВАНИЯ

Процесс всасывания естественно несвязных или искусственно разрыхленных грунтов является в общем случае землесосной разработки грунта составной частью комплексного процесса, именуемого грунтозабором.

Грунтозабор как комплексный процесс включает в себя разрыхление грунтового массива в области всасывания, сам процесс увлечения твердых частиц со всасываемой жидкостью к устью всасывающей трубы, вход образовавшейся гидросмеси во всасывающую тРУбу и следование гидросмеси по трубе до рабочего колеса грунтового насоса.



Движение гидросмеси по всасывающей линии землесоса представляет собой частный случай напорного гидротранспорта, изучению которого посвящены гл. XI—XIV раздела III настоящего учебника.

Основными способами рыхления грунта в области всасывания являются механический (вращающимися фрезами), гидравлический (водяными струями) и вибрационный (специально созданными для воздействия на грунт механическими вибраторами). (Приведенная классификация методов рыхления является условной, поскольку все эти методы рыхления являются, по существу, механическими.)

Производится ли всасывание землесосом, гидроэлеватором или эрлифтовым устройством, определяющими этот процесс являются: величина разности между давлением у входа во всасывающую трубу и давлением во всасывающей трубе; положение устья всасывающей трубы по отношению к разрабатываемому забою; форма всасывающего наконечника; степень связности разрабатываемого грунта и крупность вовлекаемых во всас частиц.

Если бы гидротранспортирующая машина могла создать абсолютный вакуум и если эту область (абсолютного вакуума) максимально приблизить к устью всасывающей трубы, то разность напоров, обусловливающая интенсивность всасывания в результате атмосферного давления, равнялась бы 10 м вод. ст. Пренебрегая потерями на вход жидкости во всасывающую трубу, скорость воды в торцовом сечении всасывающей трубы была бы примерно равна:


При обычной конструкции землесосных и эжекторных установок действующая машина обычно находится на достаточно большом расстоянии от устья всасывающей трубы. Реально создаваемый вакуум поэтому обычно не превосходит 7 м вод. ст., вследствие чего скорость всасывания будет меньше теоретически найденного значения.


При создании вакуума в начале всасывающей трубы и при глубине погружения всаса под свободную поверхность, равной скорость всасывания будет равна:

Эта формула показывает, что скорость всасывания может быть увеличена за счет напора воды, окружающей всасывающую трубу, который в условиях разработки затопленных карьеров может достигать значительных размеров. По мере отдаления от всасывающей трубы скорость всасываемой жидкости уменьшается.

Таким образом, сущность процесса всасывания жидкости заключается в поступлении жидкости во всасывающую трубу вследствие разности давлений вне и внутри всасывающей трубы. Сущность процесса вовлечения твердых частиц во всасывающую трубу в процессе всасывания заключается в том, что во внешней зоне устья создаются радиальные скорости, которые при значении, превышающем размывающую скорость, увлекают частицы с потоком жидкости, поступающей во всасывающую трубу. Чем больше величина скорости, тем интенсивнее процесс эрозионного размыва; следовательно, чем ближе твердые частицы расположены к трубе, тем больше вероятность вовлечения их во всасываемый поток. При неподвижном сосуне воронка размыва имеет наибольшую глубину; вблизи трубы образуется конус размыва с углом откоса, равным углу трения (углы естественного откоса) грунта под водой. Чем больше грубина воронки размыва, тем меньше грунта будет увлекаться потоком, и при некоторой глубине, т. е. через некоторое время после начала работы, всасывающая машина или устройство будет засасывать чистую воду.

Данное обстоятельство обусловило создание подвижных снарядов. При значительной скорости движения снаряда всас трубы будет погружаться в рыхлый разрабатываемый материал, а характер процесса всасывания будет несколько иной. Такой режим всасывания называют фильтрационным, так как значительную роль при этом играют проявляющиеся при этом фильтрационные силы и сам поток воды, фильтрующийся из разрабатываемого массива и способствующий отрыву частиц и поступлению их во всасывающую трубу.

Генезис воронки всасывания представляет скорее научный интерес, поскольку в практике работы землесосных снарядов созданием таких воронок не занимаются, а интенсивность образования и размеры образующейся воронки при данной характеристике грунта могут служить только косвенной характеристикой действующей машины и ее грунтозаборного устройства.

Как показали исследования Д. В. Рощупкина, Б. Е. Романенко, А. И. Харина и др., при расположении устья вертикальной всасывающей трубы на каком-то расстоянии от горизонтальной поверхности несвязного грунта в течение некоторого времени песчинки (рис. 32) будут увлекаться во всасывающую трубу (/), причем радиус влияния всасывающей трубы (до определенного момента) будет увеличиваться (II, III). Вокруг трубы будет создаваться углубление (IV), по образующим внутренней поверхности которого зерна будут увлекаться струями по дну в зону вертикального вихря (V, VI), который возникает при засасывании только мелкозернистых материалов.

Засасываемый грунт поднимается в центральной части восходящего потока и поступает в центральную область устья всасывающей трубы. Эта картина аналогична для произвольного положения оси трубы к поверхности грунта. Вертикальный вихрь отклоняется в разные стороны, опираясь на различные площадки дна, выравнивая его и расширяя воронку всасывания (VII, VIII). При засасывании твердых частиц со дна глубина воронки увеличивается, а в результате скатывания твердых частиц с боков увеличивается диаметр воронки. При достижении некоторых размеров, соответствующих данному расходу, диаметр, глубина и форма воронки стабилизируются.


Необходимо отметить, что форма и предельные размеры воронки всасывания зависят от характера скоростного поля частиц жидкости, поступающей в воронку. Различными приспособлениями можно значительно повлиять на форму и размеры воронки. В практике применяется, в частности, струенаправляющее кольцо, представляющее собой экран, который препятствует поступлению во всас чистой воды из верхних слоев водоема (предложение В. А. Раздольного).

Поле скоростей можно построить различными методами: применением гидродинамических трубок, методом визуализации потока с последующим фотографированием и кине- матографированием. Расположение линий токов и линий равного давления в воронке размыва (всаса) показано на рис. 33 (по материалам исследований Д. В. Рощупкина).

Воронка размыва формируется при одновременном воздействии на частицы грунта влекущей силы придонных струй и гидродинамического фильтрационного давления, неминуемо возникающего в слое грунта некоторой толщины, который находится на боковой и донной поверхностях воронки всасывания.


Гидромеханизация. Учебное пособие для вузов. А. П. Юфин. Изд. 2-е, перераб и доп М., Стройиздат, 1974, 223 с.

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики