Ґрунтозабірний пристрій

Ґрунтозабірний пристрій, що містить напірну камеру, вхід якої через напірний патрубок сполучений з напірним трубопроводом, а вихід сполучений з конічною змішувальною камерою кільцевим зазором, та всмоктувальну камеру, встановлену всередині змішувальної камери співвісно останній та кільцевому зазору, який відрізняється тим, що в кільцевому зазорі встановлені двокамерні струменеві аератори, перша камера кожного з яких сполучена з напірною камерою, а друга з додатковою повітряною камерою, сполученою через повітропровід з атмосферою. (19) (21) a200508762 (22) 14.09.2005 (24) 15.05.2006 (46) 15.05.2006, Бюл. № 5, 2006 р. (72) Булгаков Борис Борисович, Булгаков Олексій Борисович, Гурвич Георгій Олексійович (73) Булгаков Борис Борисович, Булгаков Олексій Борисович (56) SU 101368, кл. F04F5/52, 1955. US 4487553, кл. F04F5/42, F04F5/46, 1984. SU 384996, кл. E02F3/88, E02D17/16, 1973. SU 1447994, кл. E02F3/88, 1988. 3 75856 4 Такий гідроелеватор описаний в [патенті УкраЗа прототип винаходу прийнятий ґрунтозабірїни №46197 (MПК7: E02F3/92, 3/88, опубл. в Бюл. ний пристрій, що містить напірну камеру, вхід якої №11, 2003p.]. Ґрунтозабірний пристрій цього гідчерез напірний патрубок з'єднаний з напірним труроелеватора оснащений спеціальною головкою з бопроводом, а вихід з'єднаний з конічною змішупідпушувальними форсунками, по яким подається вальною камерою кільцевим зазором, та всмоктупотужний струмінь води, який забезпечує ерозійне вальну камеру, встановлену всередині розмивання ґрунту. Пульпа, що утворюється в змішувальної камери співвісно останній та кільцерезультаті впливу на ґрунт струменів води, всмоквому зазору [а.с. №101368, MПК7: E02F5/32, тується через ґрунтозбирач. опубл. в 1952p.). Опис цього ґрунтозабірного приЗа таким же принципом функціонує гідроелестрою викладений також в книзі ["Подводноваторний пристрій, який має кільцеподібне гідротехнические работы в строительстве», Кисак Л.А., розрихлювальне сопло, направлене в бік розробЗабэл К.А., изд. «Будівельник", с.28-29, 1970p.]. люваного ґрунту, по якому під тиском подається Прийнятий за прототип об'єкт по суті являє розмиваючий струмінь води [а.с. №2015257, MПК7: собою ґрунтозабірний пристрій гідроелеватора, E02F3/88, опубл. в Бюл. №12, 1994p.]. який працює за принципом створення вакууму і Недоліком описаних гідроелеваторів (як, до втягування за рахунок нього ґрунту в трубопровід. речі, і всіх інших, відомих з рівня техніки) є різке Основним недоліком відомого пристрою є те, зниження продуктивності роботи зі збільшенням що зі збільшенням глибини розробки ґрунту зниглибини розробки ґрунту. Причиною цього є те, що жується продуктивність його роботи. Ця обставина по мірі заглиблення пристрою над ним зростає значно звужує сферу застосування пристрою. висота стовпа води, а значить, і величина тиску, В основу винаходу поставлена задача розшиякий потрібно долати гідроелеватору для створенрення функціональних можливостей ґрунтозабірня вакууму у всмоктувальній трубі. Чим більшою ного пристрою шляхом удосконалення його консбуде ця глибина, тим більше енергії витрачається труктивного виконання, зокрема, оснащення на засмоктування ґрунту. Через це використання пристрою двокамерними струменевими аераторагідроелеваторів виправдане на глибинах, що не ми, в результаті чого через нерівність величин перевищують 8 метрів. щільності водно-повітряної емульсії в основному Більш раціональними з позиції забезпечення трубопроводі та щільності води за межами трубовисокої продуктивності при відсмоктуванні ґрунтів проводу в останньому формується ерліфтний пона значних глибинах (більше 8 метрів) є ерліфтні тік, який ефективно затягує за собою пульпу зміустановки (ерліфти). їх робота заснована на тому, шувальної камери як на малих, так і на великих що стиснене повітря у вигляді окремих бульбашок глибинах без необхідності попереднього розпушуподається до всмоктувальної труби і утворює з вання ґрунту. водою водо-повітряну емульсію, питома вага Поставлена задача досягається за рахунок то(щільність) якої менша питомої ваги води за мего, що в ґрунтозабірному пристрої, що містить нажами труби. пірну камеру, вхід якої через напірний патрубок Так, відома ерліфтна установка, ґрунтозабірна з'єднаний з напірним трубопроводом, а вихід з'єдтруба якої включає всмоктувальний трубопровід з наний з конічною змішувальною камерою кільценаконечником, ерліфтну камеру, з'єднану з джеревим зазором, та всмоктувальну камеру, встановлом стисненого повітря, та пристрій для перемілену всередині змішувальної камери співвісно шування водоґрунтового та повітряного потоків останній та кільцевому зазору, згідно з винаходом, [а.с. №1465502, MПК7: E02F3/88, опубл. в Бюл. в кільцевому зазорі встановлені двокамерні стру№10, 1989р.]. В процесі роботи установки в ерлітменеві аератори, перша камера кожного з яких ну камеру подають стиснене повітря, яке надхоз'єднана з напірною камерою, а друга - з додаткодить в порожнину трубопроводу. Потоком води, вою повітряною камерою, сполученою через повіякий витікає з наконечника, здійснюється розмитропровід з атмосферою. вання ґрунту і виведення його через трубопровід. Розміщення двокамерних аераторів в зоні кіНедоліки цієї ерліфтної установки є типовими льцевого зазору є ознакою, яка відрізняє запроподля всього ряду установок цього типу: це, поновану конструкцію від подібного гідротехнічного перше, можливість розробки тільки попередньо обладнання, описаного згідно відомого рівня техрозпушених або слабких ґрунтів, по-друге - необніки. Ця ознака обумовлює досягнення вищевкахідність застосування повітряних компресорів зназаного технічного результату. чної потужності, і по-третє - застосування устаноПри подачі в напірну камеру води під високим вок на малих глибинах є вкрай неефективним тиском в змішувальну камеру надходять струмені через їх конструктивні особливості, які зумовлюводно-повітряної емульсії з виходу двокамерних ють максимально продуктивну роботу на глибині струменевих аераторів. Утворення цієї емульсії не менше 3-х метрів. Це пов'язано з тим, що почаздійснюється в змішувальній порожнині аераторів ткова швидкість повітряних бульбашок, які нагніза рахунок засмоктування повітря з атмосфери. таються в ерліфтну камеру, є малою, і своєї макВзаємодія струменів між собою і з водою, яка знасимальної величина вона досягає на відстані 3-4 ходиться в змішувальній камері ґрунтозабірного метрів від камери. пристрою, спочатку призводить до утворення кільПідсумовуючи недоліки всіх описаних вище цевого струменю, а потім - до суцільного потоку установок підводного розроблення ґрунту, можна водно-повітряної емульсії. В результаті взаємодії дійти висновку, що жодна з них не спроможна закільцевого струменю з водою в змішувальній кабезпечити високопродуктивний робочий процес в мері, у всмоктувальній камері утворюється вакуум, широкому діапазоні глибин занурення. через що до всмоктувальної камери затягується 5 75856 6 пульпа, яка потім підхвачується основним потоком аераторів 6 між собою та з водою, що перебуває в водно-повітряної емульсії. В змішувальній камері змішувальній камері 3, у всмоктувальній камері 5 тече суміш, яка складається з трьох компонентів: утворюється вакуум (як і у відомому пристрої). В води, ґрунту і повітря. результаті виникнення вакууму в камеру 5 засмокДвокамерні аератори "насичують" воднотується пульпа, яка потім підхоплюється основним повітряну емульсію, що знаходиться в порожнині потоком водно-повітряної емульсії. Через нерівзмішувальної камери, бульбашками повітря, тому ність щільності водно-повітряної емульсії і води, щільність емульсії є меншою, ніж щільність води що знаходиться поза трубопроводом, в основному поза трубопроводом. Саме ця обставина зумовтрубопроводі виникає ерліфт, завдяки чому різко лює виникнення явища ерліфту - (висхідного потопідсилюється всмоктувальна здатність ґрунтозабіку) в основному трубопроводі. Таким чином, на рного пристрою. переміщення водно-повітряної суміші, що перебуПриклад ває в порожнині змішувальної камери, "накладаРозробка фунту здійснювалась на глибині ються" два підсилюючі один одного явища: вакуум 12м. Діаметр основного трубопроводу ґрунтозабіта висхідний потік - ерліфт. Поєднання їх надає рного пристрою 200мм, діаметр трубопроводу можливості здійснювати розробку ґрунту не тільки всмоктувальної камери - 150мм. В кільцевому зав мілких акваторіях, а і глибоких, без будь-якого зорі пристрою встановлено 10 двокамених струрозпушування ґрунту. Більше того, завдяки потужменевих аераторів загальною продуктивністю по ному всмоктуючому зусиллю пристрій може легко воді до 100м3/год і продуктивністю по подачі повітзатягувати не тільки пісок, а і гравій та щебінь доря до 80м3/год. Живлення пристрою здійснюваволі великих фракцій. Аналізуючи конструктивні лось від пожежної помпи продуктивністю 100м3/год особливості запропонованого ґрунтозабірного при напорі 100м. Розроблюваний ґрунт - пісок з пристрою, можна сказати, що він є універсальним, мілкими мушлями. а гідротехнічні роботи з його застосуванням - екоВипробування здійснювались на глибині 3, 8 і номічно вигідними та зручними. Його цілком спра12 метрів. Подача повітря в повітряну камеру реведливо можна назвати "ерліфтним гідроелеватогулювалась за допомогою шарового крану, встаром". новленого на повітряному шланзі. Винахід пояснюють креслення, де При випробуванні фіксувались наступні парана Фіг.1 - наведене схематичне зображення метри: запропонованого ґрунтозабірного пристрою; Ρ - напір на виході живлюючої помпи на Фіг.2 - схематичне зображення ґрунтозабір(м.вод.ст.); ного пристрою, взятого за прототип. Η - глибина розроблюваного ґрунту (м); Ґрунтозабірний пристрій містить напірну камеQ1 - витрата води в напірному трубопроводі ру 1, вхід якої через напірний патрубок 2 з'єднаний помпи (м3/год); з напірним трубопроводом (не показаний), а вихід QВ - витрата повітря у всмоктувальній камері - з конічною змішувальною камерою 3 кільцевим (м3/год); зазором 4 (Фіг.2). Всередині змішувальної камери QП - продуктивність пристрою по пульпі 3 концентрично їй та кільцевому зазору 4 встанов(м3/год). лена всмоктувальна камера 5. В кільцевому зазорі Результати випробувань зведені в таблицю. 4 розміщений блок двокамерних струменевих аераторів 6, які мають першу 7 та другу 8 камери. Таблиця Перша камера 7 кожного аератору сполучається з напірною камерою 1, а друга камера 8 - з додаткоН, м Р, м.вод.ст Q1, м3/год QB, м3/год QП, м3/год вою повітряною камерою 9, яка, в свою чергу, спо3м 100 100 0 75 лучена з атмосферою через повітропровід 10. До100 100 20 75 даткова повітряна камера 9 "живить" повітрям 100 100 50 80 блок аераторів. 100 100 75 80 Робота пристрою. 8м 100 97 0 0 Як було сказано вище, в основному трубопро100 97 20 30 воді запропонованого пристрою має місце явище 100 97 50 75 ерліфту, якого немає у відомому пристрої. Остан100 97 75 85 ній являє собою гідроелеватор (Фіг.2), при роботі 12м 100 95 0 0 якого вода з напірної камери 1 надходить в конічну 100 95 20 25 змішувальну камеру 3 у вигляді кільцевого стру100 95 50 70 меню, який на певній відстані від кільцевого зазору 100 95 75 85 4 набуває форми суцільного потоку. В результаті взаємодії у змішувальній камері 3 кільцевого струменю з водою у всмоктувальній камері 5 утворюЗ наведеної таблиці видно, що на малих глиється вакуум, і, як наслідок цього, в камеру засмобинах при роботі пристрою достатньо ефективно ктується пульпа. спрацьовує гідроелеваторний фактор, а на велиВ ґрунтозабірному пристрої, що заявляється ких глибинах різко проявляється позитивна дія (Фіг.1), при подачі в напірну камеру 1 води під знаерліфту. чним тиском, в змішувальну камеру 3 надходять струмені водно-повітряної емульсії з виходу двокамерних струменевих аераторів 6. При взаємодії 7 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 75856 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601