Материал: Проектирование земснаряда для дноуглубительных и очистных работ

Проектирование земснаряда для дноуглубительных и очистных работ

Введение

В настоящее время актуальной проблемой является загрязнение окружающей среды. Качество воды, состояние рек и озер прямым образом сказывается на здоровье людей. Важность данной проблемы на сегодняшний день осознана обществом, властью, руководителями предприятий. Существуют люди желающие вложить деньги в улучшение экологической обстановки.

Темой моего дипломного проекта является разработка земснаряда, предназначенного для очищения и дноуглубительных работ со средней производительностью 125 м³/ч. Верхний слой осадочных отложений представляет собой сегодня смесь ила и песка содержащего нефтепродукты, органические компоненты, большое количество сероводорода, токсичные отложения.

На сегодняшний день существует очень мало разработок в данной области. Поэтому мне пришлось взять в качестве аналога земснаряд проекта 8597 для добычи сапропела кафедры судовых устройств и вспомогательных механизмов Волжской Государственной Академии Водного Транспорта, ГЦКБ Судоремонтного Завода " Память Парижской Коммуны "

Данный проект земснаряда предполагает его двойное назначение: очистка прудов, малых рек, каналов, отстойников, а также возведение дамб, насыпей, намыв пляжей, добыча инертных материалов и дноуглубление.

1. Основные данные

.1 Общие сведения

.1.1 Тип земснаряда

Тип земснаряда - дизель-электрический разборный фрезерный производительностью 125 м³/ч.

.1.2 Область применения

Земснаряд предназначен для дноуглубительных и очистных работ на прудах, малых реках, каналах, отстойниках и др., в том числе заросших водной растительностью.

Земснаряд так же может быть использован для возведения насыпей, дамб, намыва пляжей и площадок, для добычи инертных материалов (песка, песчано-гравийной смеси). Эксплуатация земснаряда допускается в интервале температур наружного воздуха от минус 5°С до плюс 35°С. Глубина воды в забое не менее 0,8 м.

.1.3 Архитектурно-конструктивный тип

Земснаряд выполнен разборным и условно состоит из двух функциональных частей. Кормовая часть - энергетический блок, включающий в себя центральный понтон с вставленным в него дизель - генератором и главным распределительным щитом и боковые поддерживающие понтона. На палубе центрального понтона установлена рубка управления земснарядом и лебёдками подъёма свай, на кормовом транце установлена одна свая в неподвижной направляющей, а также поворотный шарнир для присоединения плавучего грунтопровода с площадкой обслуживания.

Носовая часть - грунтозаборный блок, включающий в себя сдвоенный понтон с прорезью, в которой установлено грунтозаборное устройство. На понтонах также установлены папильонажные лебёдки и копер с лебёдкой подъёма грунтозаборного устройства. Внутри понтонов установлены насос гидрорыхлителя и промывочной воды, а также гидравлическая станция привода фрезы. Наружный открытый контур понтона и прорези имеют леерные ограждения высотой 1100 мм.

.1.4 Класс земснаряда

Основные эксплуатационные и прочностные характеристики соответствуют классу "Л" Российского Речного Регистра. По санитарным правилам и нормам СанПиН 2.5.2.-703-98 земснаряд относится к 3-ей группе, т.е. экипаж находится на земснаряде только во время работы, а проживает на берегу.

.2 Основные характеристики

Производительность по грунту 2й категории не менее, м³/ч 125

Максимальная дальность транспортировки пульпы при высоте подъема 5м над уровнем воды, м 600

Максимальная глубина грунтозабора, м не менее 5

Осадка средняя максимальная, м 0,6

Мощность энергетической установки, кВт 200

Автономность по топливу, ч 40

Доковая масса, т не более 40

Размеры габаритные, м не более:

Длина 22,0

Ширина 5,4

Высота 9,0

Высота без свай и молниеотвода 6,2 Размеры основных блоков по несъёмным частям, м

Энергоблок 6,5х3,25х2,95

Боковые понтоны 6,5х1,3х1,5

Носовые понтоны 9,25х2,8х2,0

Грунтозаборное устройство (без рыхлителя) 9,0х1,5х2,5

Свая 9,0х0,35х0,4

Диаметр корпусного грунтопровода, мм 250

Диаметр плавучего грунтопровода, мм 300

Длина плавучего грунтопровода, м 32

Диаметр берегового грунтопровода, мм 200-300

Длина берегового грунтопровода, м 100-500

.3 Комплектация и размещение экипажа

Во время работы земснаряд обслуживается двумя членами экипажа. Один человек - командир земснаряда (вахтенный начальник) располагается в рубке управления земснарядом, второй человек моторист-матрос (вспомогательный рабочий) выполняет вспомогательные операции по обслуживанию механизмов и устройств, завозке канатов и закреплению их на берегу.

Проектом предусмотрено нахождение экипажа на земснаряде только во время его работы или проведением ремонтных и профилактических работ без дополнительного проживания. Организация отдыха, питание и проживания экипажа, а так же сантехнические и бытовые помещения обеспечиваются владельцем земснаряда на берегу.

Для кратковременного отдыха на земснаряде предусмотрен блок-приставка к дежурным помещениям и туалетом (головной понтон плавучего грунтопровода). Кроме основного экипажа по карте намыва периодически привлекаются дополнительные рабочие и вспомогательная техника (краны, бульдозеры, трубоукладчики, автомобили т др.). Их количество и время работы от конкретных местных условий.

1.4 Транспортировка и хранение

Транспортирование металлоконструкций, узлов и устройств земснаряда заказчику осуществляется автомобильным транспортом с соблюдением действующих требований и правил.

Металлоконструкции земснаряда должны храниться на открытой выровненной площадке с установкой под них прокладок (брусьев). Группа условий хранения по СТ 15150-69-ОЖС (особо жесткая)

При длительном хранении изделий (более 8 месяцев) следует производить периодический осмотр консервации и при необходимости возобновить её.

.5 Корпус и корпусные конструкции

Конструкция, материалы и прочность корпусов понтонов, составляющих земснаряд, соответствует назначению и заданным условиям эксплуатации и удовлетворяют действующим правилам и нормам.

В качестве материала корпуса понтона, рамы, фундаментов принимается строительная сталь по ГОСТ 5521-93. Допускается замена на сталь на сталь углеродистую обыкновенного качества марки Ст 3 по ГОСТ 380-88. Корпуса понтонов выполняют цельносварными. Между собой понтоны соединяются крюками в днищевой части и болтами или пальцами-по палубе.

Корпуса понтонов набраны по поперечной системе. Шпация по всей длине корпусов-500 мм.

Наружняя корпусов и настил палуб имеет толщину 4 мм.

Набор из углеродистой неравнополочной стали по ГОСТ 8510-86, допускается замена равнополочными гнутыми и неравнополочными уголками. По периметру понтона Н.О. в плоскости наружных стенок устанавливаются стенки подстройки, на крыше которой на амортизаторах устанавливается рубка управления.

Стенки надстройки и рубки выполняются из гофрированного листа толщиной 2 мм. Крышка надстройки выполняется из листа толщиной 3 мм, крышка рубки-толщиной 2 мм.

Набор надстройки и рубки выполняется из уголка45х28х4 мм.

Для доступа в отсеки понтонов на палубах понтонов устанавливаются горловины 450х800 мм по ГОСТ 2021-90, а для отсеков носовых понтонов с механизмами-входные люки размером 600х9000 мм.

Доступ в понтон М.О.осуществляется оп вертикальному трапу шириной 400 мм через боковую водо-газонепроницаемую дверь размером 1400х600 мм.

Подъём на крышку надстройки для входа в рубку осуществляется по наклонному трапу шириной 600 мм.

По периметру земснаряда устанавливается четырёхпрутковое леерное ограждение, высотой 1100 мм со съёмными стойками и цепными леерами.

Для замены оборудования в М.О. на крыше предусмотрен съёмный лист в районе 3-11 шп. Размером 1450х3100 мм с открывающимися световыми фонарями освещения, в дневное время на боковых стенках М.О. круглые иллюминаторы.

Испытание корпусов на непроницаемость осуществляется по ОСТ 5.1180-87

.6 Устройства технологические

Устройство рабочих помещений

Устройство рабочих помещений включает в себя свайное устройство, две папильонажные лебёдки, канаты и направляющие блоки, блоки в обоимах. Свайное устройство представляет собой сваю расположенную на кормовом понтоне в неподвижной разъёмной направляющей. Подъём сваи осуществляется лебёдкой ЛШ1.

Технические характеристики лебёдки подъёма свай ЛШ 1

Тяговое усилие, кН 16

Нормальная скорость движения каната, м/мин

При спуске сваи 36-60

При подъёме электродвигателем 10-16

При подъёме вручную 0,3

Усилие на рукоятке ручного привода, кН 0,09

Канатоёмкость барабана, м 40

Диаметр каната, мм 11,5

Мощность электродвигателя, кВт 2,2

В качестве папильонажных приняты лебёдки ЛЯЭ 0,5/0,7

Техническая характеристика лебёдки ЛЯЭ 0,5/0,7

Максимальное тяговое усилие, кН 12

Скорость движения каната, м/мин 11,5/5,4

Канатоёмкость барабана, м 125

Диаметр каната, мм 11,5

Мощность электродвигателя, кВт 1,3/0,8

Свободный ход барабана имеется

Устройство грунтозаборное

Устройство грунтозаборное включает насос ГрАТ 1400/40

Электродвигатель А 0102-6 м, валопровод, грунтопровод, смонтированное на общей раме, установленной на общих шарнирных опорах на корпусе земснаряда. К раме на болтах крепится рыхлительная головка с фрезой и соплами для одновременного размыва грунта. Привод фрезы осуществляется гидромотором 3102.112 через соосный планетарный редуктор, который обеспечивает частоту вращения фрезы ~ 30, 40 и 60 об/мин.

Техническая характеристика грунтового насоса ГрАТ 1400/40

Подача, м³/ч 1400

Напор, м 40

Потребляемая мощность, кВт 113,9

Мощность электродвигателя, кВт 125

Частота вращения, об/мин 965

КПД, % 67

Размер проходного сечения, мм 90

Подъём грунтозаборного устройства осуществляется лебёдкой ЛШ1, установленной на копре, через четырёхкратный полиспаст. Техническая характеристика лебёдки приведена выше. В систему контроля входят приборы контролирующие работу грунтозаборного устройства: манувакууметр во всасывающей линии грунтового насоса, манометр в системе гидрорыхления и промывочной воды, манометр на нагнетательной линии грунтового насоса. Для подачи масла к гидроприводу фрезы в отсеке носового понтона Л.Б. устанавливается насосная станция с электродвигателем от дизель-генератора.

Масляный насос 3102-112.00 , подача 112 см³/об, давление 35 мПа Max.

Электродвигатель А 02-92-8/6/4 У3 мощностью 36/40/50 кВт, частотой вращения 1000/1500 об/мин, 380 В

Объём масляного бака - 160 л.

2. Расчет высоты надводного борта и валовой вместимости

Расчёт высоты надводного борта.

Главные размеры и основные характеристики.

Тип судна - несамоходный разборный фрезерный земснаряд.

Длина судна по КВД, L ква, м 15,28

Ширина по KB Л, Вквл, м 5,30

Высота борта, Нвп, м 1,00

Осадка по КВЛ, Тквл, м 0,60

Водоизмещение в исходом положении с 100%

запасом, т 40,84

при этом осадка, Тср, м 0,60

Класс судна по Российскому Речному Регистру "Л"

Настоящий расчет высоты надводного борта выполнен в соответствии с "Правилами Российского Речного Регистра" том 1 часть 4 " устойчивость, непотопляемость и надводный борт" изд. 1995 г, далее " Правил…"

Наименьший надводный борт.

Согласно таблице 5.2.1. "Правил..." наименьшая высота надводного борта закрытых судов класса "Л" длиной менее 30 м должна быть не менее hmin=200 мм =0,2 м Поправки к величине надводного борта.

Согласно табл. 5.3.2 " Правил…" для всех судов класса " Л "стандартная седловатость не требуется. В соответствии с п 5.4.4 " Правил…" на палубе установлены крышки с комингсом 110 мм-высотой, поэтому поправка на устройство комингсов не вводится.

Действительный надводный борт

Величина действительного надводного борта, мм

д=Hвп - Тср

Где Нвп - высота борта, м

Тср- осадка судна в походном положении 100 % запаса, м

д=1,00-0,60=0,40 м

Вывод.

Произведённый расчёт показал, что требование " Правил Российского Речного Регистра" к величине надводного борта удовлетворяется, т.к. действительный надводный борт Нд=0,4 м больше минимального необходимого Нmin=0,20 м.

Расчет валовой вместимости.

Согласно "Правил..." том 1, часть 1. "Общие положения" изд. 1995г. валовая вместимость - полный объем всех помещений судна, м³. Определяется путем обмера судна или по формуле. Методом обмера получим объем корпуса, м³= 97 м³

Валовая вместимость в регистровых тоннах, реч. - т.

3. Расчёт грунтонасосной установки землесоса

.1 Общие указания

Целью расчетов выполняемых в данной работе является определение диаметра грунтопроводов, технических показателей грунтового насоса, определение частоты его вращения, выбор главного двигателя, оценка производительности землесоса при полном использовании мощности выбранного двигателя.

.2 Расчет диаметра грунтопровода

Исходные данные для расчета:

Производительность землесоса по грунту - Qrp =125 м³/ч

Максимальная глубина разработки - Нi =5,0 м

Возвышение выкидного патрубка - Нсб=5,0 м

Общая длина грунтопровода - L = 600 м

Коэффициент зависящий от крупности твердых частиц - VCxcp = 2,0

Внутренний диаметр нагнетательного грунтопровода является важнейшим параметром грунтонасосной установки. Его значение можно определить по формуле, м

где Qcm - подача грунтового насоса по смеси, м³/с;- скорость движения, м/с;

где qгр -производительность по грунту, м³/с,

р - плотность гидросмеси, кг/м³

рв - плотность воды, кг/м³

Для землесосов с гидравлическим рыхлителем примем равным p=1200 кг/м³

=2,2кр=2,2 (3)

Из (1), (2) и (3) следует:

 (4)

Полученный в результате расчета диаметр грунтопровода округляем до стандартного в соответствии с ГОСТ 5466-75 - D=250 мм. Скорость движения смеси в грунтопроводе принятого диаметра, м/с:

Для уменьшения скорости движения в плавучем грунтопроводе, его диаметр увеличен до Dпл г.п=300 мм

.3 Расчет характеристик грунтопровода

Под характеристикой грунтопровода понимают зависимость потерь напора в грунтопроводе от скорости движения смеси или подачи грунтового насоса. С использованием характеристики грунтопровода при известной мощности главного двигателя можно определить технические показатели грунтового насоса, необходимые для его проектирования или выбора из числа имеющихся. С помощью характеристики грунтопровода решаются и эксплуатационные задачи, определяются производительность землесоса по грунту и режим работы главного двигателя для заданных условий эксплуатации. Суммарные потери в нагнетательном и всасывающем грунтопроводах можно определить, не принимая во внимание разность их диаметров, так как потери трения и в местных сопротивлениях всасывающего грунтопровода, которые зависят от диаметра, относительно невелики. Потому неточность в их расчете заметной роли не играет.