Кожевников Н.Н.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОСТИЖЕНИЯ ТРЕСТА «ЭНЕРГОГИДРОМЕХАНИЗАЦИЯ»
Аннотация
Ключевые слова:
За 50 лет эффективной работы подразделениями треста «Энергогидромеханизация» выполнено 4,5 млрд. кубометров земляных работ, в основном на намыве плотин и дамб ГЭС, АЭС, ТЭС. Эти достижения в значительной мере были достигнуты в результате системой работы по разработке и внедрению новой техники и технологий. В систему треста, кроме строительных управлений, входили проектно - конструкторская контора «Гидромехпроект», опытно-производственное предприятие «Промгидромеханизация», занимавшееся разработкой, изготовлением и производственными испытаниями узлов земснарядов и других устройств гидромеханизации. В тресте были созданы грунтовая лаборатория и отдел новой техники, который привлекал многие НИИ и КБ для разработки новых устройств.
Многие новые разработки нашли широкое внедрение и способствовали повышению эффективности работ. Ряд разработок прошли успешные производственные испытания, но не получили достойного распространения, в основном по причине инертности заводов по изготовлению новой продукции. В статье отражены все выполненные в тресте новые разработки, которые рекомендуются к использованию всем организациям гидромеханизации применительно к конкретным условиям.
Новые технологии намыва
Безэстакадный способ намыва.
В 1951 – 1952 гг. на намыве земляной плотины Мингечаурской ГЭС на р. Куре в строительном управлении треста (начальник СУ Лопатин Н.А., главный инженер Звонцов А.А.) впервые был опробован безэстакадный намыв на песчано-гравийных грунтах.
Конструкцию звеньев раструбных труб разработал гл. механик треста Каретников А.С., технологию намыва с гусеничным краном для наращивания звеньев намывного пульпопровода при беспрерывной подаче пульпы разрабатывали и испытывали Звонцов А.А., Лопатин Н.А., Беренцвейг Б.В., Масляков Г.М.
Испытания были продолжены в Куйбышевском СУ на намыве плотины из мелкопесчаных грунтов Куйбышевской ГЭС на Волге для земснарядов типа 300-40, 500-60 и 1000-80 с гусеничными кранами ТПК с уширенными гусеницами для торфяной промышленности.
Было сомнение, что торфяной кран будет проваливаться в свежее намытом водонасыщенном песчаном грунте, но этого не произошло. При внедрении безэстакадного намыва все процессы на карте намыва стали полностью механизированы, включая возведение дамбочек обвалования с помощью бульдозера. При эстакадном способе эта работа выполнялась вручную с помощью лопаты, численность этой бригады доходила до 30 человек в смену. При переходе на следующий ярус возводилась деревянная эстакада высотой до 5 м с пульпопроводом, выпусками пульпы и лотками, не позволяющими работать бульдозеру.
Во время строительства эстакады с пульпопроводом земснаряд часто простаивал. Коэффициент использования рабочего времени земснаряда не превышал 0,3 – 0,4. На 1 м3 плотины приходилось 0.001 м3 строевого леса. При годовом объеме намыва в 150 млн. м3 потребность в лесоматериале составляла 150 тыс. м3. При новом способе намыва лесоматериала на карте намыва не требовалось, бригада обслуживания намыва сократилась до 3 человек (машинист крана, бульдозерист, подсобный рабочий), коэффициент использования рабочего времени земснарядов вырос до 0,7, а производительность выросла в 1,5 раза. Это было революционным достижением в технологии намыва, управляющий трестом Фогельсон С.Б. приказал переходить на безэстакадный намыв повсеместно во всех СУ треста. [1,4]
Рис. 1. Безэстакадный намыв плотины Куйбышевской ГЭС земснарядом 1000-80.
1954 г.
2. Пляжный динамически волноустойчивый намыв откоса дамб.
С 80-х годов в тресте, при намыве дамб ограждающих водоемы ТЭЦ и защитных дамб от затопления на водохранилищах ГЭС, стали применять так называемый пляжный волноустойчивый динамический откос взамен бетонного крепления откоса.
Заложение откоса при песчаных грунтах может составлять от 1: 30 до 1: 40 в зависимости от крупности частиц и высоты волны [1,2]. Пляжный откос взят от природных речных и морских пляжей. Примерный расчет пляжного откоса выполнен академиком Великановам. При торцовом безэстакадном намыве пляж получают пологим, при рассредоточенном намыве из выпусков пляж получают до 1,5 раз более крутым. [1,4].
Автором статьи, совместно со Шкундиным Б.М. (авторское свидетельство № 140294) предложен рассредоточенный способ намыва из выпусков звена труб с раструбным соединением и приваренной металлической опорой обтекаемой формы высотой до 1.5 м. После намыва слоя в 1,5 м труба вместе с опорой извлекается из намытого песка с помощью крана. С пляжным откосом выполнены многие дамбы.
Опытное внедрение провели на ограждающих дамбах водоема Курской АЭС, объём дамб был сокращен на 30 %. Управляющий трестом Масляков Г.М. был удостоен Государственной премии за внедрение дамб с пляжным откосом в практику гидротехнического строительства.
Рис. 2. Звено пульпопровода с опорой и выпусками для рассредоточенного намыва:
стальная труба; 2- верхний люкс заглушкой; 3- чалочная скоба; 4- крюк соединительный; 5- уплотнительное кольцо; 6- нижний люк с заглушкой;
7- опора звена; 8- торец опоры; 9- намытый грунт; 10- конусный раструб;
11- соединительная скоба
Рис. 3. Поперечное сечение дамбы ограждения водоема Курской АЭС при намыве торцовым и рассредоточенным способом: 1- при торцовым способе; 2- при рассредоточенном способе намыва из выпусков устройства по рис. 2
3. Замыв грунтом пор в каменной наброске плотины.
Крупным достижением в строительстве плотин было внедрение замыва крупного камня песком. Все поры в каменной наброске при намыве плотно заполняются песком и получают конгломерат по прочности, не уступающей бетону. Этот способ сначала был испытан на модели Высотной Асуанской плотины, одобрен известным профессором в области механики грунтов Карлом Терцаги, а затем применен в строительстве этой уникальной плотины на реке Нил (рис. 4). Проект и строительство этой плотины выполнен под руководством советских инженеров треста. Большинство участников проектирования и строительства были удостоены высоких правительственных наград ОАР и СССР. Плотины из каменной наброски с замывом пор песком можно рекомендовать взамен бетона, где имеются подходящие природные условия в створе плотины.[3]
Рис. 4. Расположение призм высотной Асуанской плотины, возведенных с применением намывного способа:
1 – призмы из дюнного песка; 2 – призмы из шеллалского песка; 3 – сортированный камень, замытый дюнным песком; 4 – сортированный камень, замытый силтом, суглинком, и глиной; 5 – впадина в русле реки, замытая дюнным песком; 6 - фильтры из шеллалского песка и щебня; 7 – НПУ прежнего водохранилища; 8 - НПУ нового водохранилища
4. Намыв на слабое основание способом вытеснения и уплотнения
При подготовке основания плотин встречаются глубокие водонасыщенные торфяники. Вместо их выемки, на ряде намытых дамб, применен способ вытеснения и уплотнения ступенчатым намывом песка с временной остановкой яруса на уплотнение и осадку до 1-2-х лет. Впервые этот способ был внедрен на сооружении дамб Печорской ГРЭС. Результаты были положительные, достигнута большая экономии в связи отказа от выемки торфа. [4]
Рис. 5. Первый этап возведения дамб водохранилища Печорской ГРЭС:
1 – проектный профиль сооружения; 2 – грунт, намытый во время первого этапа работ; 3 – торф; 4 – суглинки; 5 – илистый грунт
5. Намыв территорий для городской и промышленной застройки.
Трестом выполнен большой объем работ по созданию территорий для городской и промышленной застройки путем намыва песчаного основания. По сложности таких работ следует отметить замыв прибрежных заболоченных затопляемых территорий в г. Санкт-Петербурге. [5] Впервые в практике гидромеханизации намыв под городскую застройку был выполнен из суглинка и супеси прибрежных карьеров устья Невы. Карты намыва представляли собой отстойники большой площади с пульпопроводами по контуру отстойника. Уплотнение намытого грунта происходило в течение 3-5 лет, только после этого производилось сооружение свайного ростверка под жилищное строительство.
По существу появились новые районы жилищной застройки: на Васильевском острове, в Кировском районе, Лахте. Город получил достойное оформление со стороны Финского залива.
Однако следует отметить, что территории, намытые из пылеватых грунтов должны пройти естественное уплотнение в течение нескольких лет, а несущая способность свай на таких грунтах должна определяться опытным путем.
Рис. 6. Схема размещения намытых в 1960 – 1990 гг. территорий в Санкт-Петербурге для жилищного строительства и благоустройства: 1 – на Васильевском острове: площадь намытой территории 350 га, объем намытого грунта 12 млн. м3;
2 – в Приморском районе: площадь намытой территории 1556 га, объем намытого грунта 39 млн. м3; 3 – в Кировском районе и Красносельском районах: площадь намытой территории 1120 га, объем намытого грунта 29 млн. м3; 4 – прибрежные подводные грунта в Финском заливе; 5 – золоотвал ТЭЦ площадью 120 га
6. Добыча инертных материалов для изготовления бетонной смеси.
Добыча инертных материалов для изготовления бетонной смеси выполнялась при строительстве почти на всех электростанций с участием гидромеханизации. В большинстве случаев добывалась с помощью земснарядов песчано-гравийная смесь с последующей сортировкой сухим способом или промывкой. [3]
Подбор состава фракций песка и гравия имеет большое значение для получения бетона высокого качества и экономии цемента. Например, при строительстве высотной гостиницы «Интурист» в Москве французской фирмой для приготовления бетона использовались 4 фракции песка и 3 фракции гравия.
На ряде строительства ГЭС и ГАЭС по проектам ПК «Гидромехпроект» строились и эксплуатировались сортировочные заводы песчано-гравийной смеси, подаваемой из карьера непосредственно земснарядом. При этом получали 2 фракции гравия и 2 фракции песка. Проекты таких установок следует рекомендовать для повсеместного внедрения при добыче инертных материалов. При использовании гидромеханизации с одновременной сортировкой и промывкой водой песчано-гравийной смеси, подаваемой земснарядом, получают наиболее качественный заполнитель бетона.
Новые устройства гидромеханизации.
Основным оборудованием для добычи и транспортирования грунта СУ треста были оснащены земснарядами типа 350-50 Л Рыбинского завода «Гидромеханизация», завод выпускал их серийно. Земснаряд был оснащен грунтовым насосом 20Р11 М с номинальной подачей пульпы до 4000 м3 /час при напоре до 60 м вод. ст. Прототипом этой машины и грунтового насоса послужил земснаряд типа 300-40,сконструировонного еще в довоенные годы проектной конторой МВД СССР. По сравнению с прототипом было увеличено рабочее колесо грунтового насоса и увеличена мощность электропривода до 1200 кВт. Рыбинским заводом производилась небольшая модернизация этой машины, были построены земснаряды 300-50 ТМ с напорным свайным ходом и увеличенной мощности фрезерного рыхлителя. Завод выпустил несколько таких машин.
Кроме этого СУ треста получило в 1950 г. 7 новый самых мощных земснарядов типа 1000-80 и несколько машин типа 500-60, используемых ранее не намыве плотины Цимлянской ГЭС. Документацию на эти машины разрабатывала выше упомянутая проектная контора МВД.
Проектная контора треста (конструктор М.М. Фридман) совместно с заводом «Промгидромеханихация» занимался модернизацией отдельных узлов земснаряда. В частности была усилена подшипниковая опора грунтового насоса 20Р-11, сконструирован волноустойчивый плавучий пульпопровод для работы земснарядов в устье Невы, усовершенствован эжектор грунтозабора для увеличения глубины разработки земснаряда 350-50 Л до 15 м, сконструирован мощный потокообразователь с осевым насосом для поддержания майны на акватории земснаряда в зимних условиях, устройство перемещения земснаряда 350-50 Л по суше с помощью шагающего хода.
Наиболее значительныe совместные разработки конторы, лаборатории треста и завода, которые уже нашли промышленное применение, перечислены ниже:
Погружные грунтовые насосы.
Погружение грунтового насоса под воду снимает кавитацию насоса и позволяет увеличить глубину разработки земснаряда до 30 м и его производительность по забору грунта.
За рубежом эта задача решается использованием подводного электропривода или гидропривода для привода погружного грунтового насоса. В России не было таких устройств на высокое напряжение 6 кВ и большой мощности.
Трест «Трансгидромеханизациия» в 70-х годах построил несколько земснарядов с погружным грунтовым насосом с подводным электродвигателем на напряжение 6 кВ Сафоновского электрозавода. Однако уплотнение вала, несмотря на подкачку воздуха, оказалось ненадежным, вода попадала на обмотки электродвигателя и даже были случаи взрыва. Были и другие неудачные попытки создания надежного подводного привода.
Наконец, в 1980 году по предложению автора статьи и конструктора М.М. Фридмана ( А.С. № 1191527) была предложена надежная простая отечественная конструкция привода с серийным электродвигателем, устанавливаемом на корне грунтозаборной рамы земснаряда, и погружного валопровода с верхним радиально-упорным подшипником и нижним резиновым опорным подшипником на водяной смазке, соединяемым с погружным грунтовым насосом валопроводом. [6]. Длина взвешенного в воде (трубчатого) валопровода составляла 8,5 м.
Рис. 7. Земснаряд 350-50 Л с дополнительным погружным грунтовым насосом:
корпус земснаряда; 2 – погружной грунтовый насос Q = 4000 м3 /ч, Н =35 м;
3 – нижняя резиновая опора; 4 – трубчатый двухопорный валопровод L = 8,5 м; 5 – верхний радиально-упорный подшипник; 6 – муфта упругая пальцевая; 7 – электродвигатель N = 630 кВт , n=370 об/мин; 8 – пульпопровод Ду = 600 мм;
9- рукав резинотканевый; 10 - трюмный грунтовый насос Q = 4000 м3 /ч, Н = 65 м.
После заводских испытаний и внесения необходимых изменений в конструкцию земснаряда 20Р11-Л, завод «Промгидромеханизация» изготовил четыре комплекта устройства рамы с валопроводом и грунтовым насосом 20Р-11 М. Производственные испытания были проведены в Чебоксарском СУ, при чем был сохранен трюмный землесос, т.е. кроме увеличения глубины разработки грунта до 30 м и производительности, был увеличен напор до 100 м вод. ст. Испытания выявили абсолютную надежность предложенного привода, производительность земснаряда выросла в 1,5 раза. Всего в разных СУ было модернизировано 4 земснаряда, которые успешно работали. Один из модернизированных земснарядов с погружным грунтовым насосом продолжал успешно работать до 2000 г.
Найденное простое решение с приводом погружного грунтового насоса было перенесено на малые земснаряды, выпускаемые серийно заводом по настоящее время. В этом направлении по простоте и эффективности конструктивного решения мы обошли зарубежные фирмы (Патент России № 1191527).
Камерные шлюзовые питатели
Камерные шлюзовые питатели служат для гидротранспорта грунта и шлама и замены быстро изнашиваемых и относительно низконапорных (до 60 – 70 м вод. ст.) грунтовых насосов. В принципе он представляет стальную цилиндрическую напорную (до 200 м вод. ст.) камеру объемом до 50 м3 , в которую сверху загружается грунтом или пульпой через трубопровод с обратным клапаном. Снизу через водовод от высоконапорного насоса подается вода, которая в камере образует пульпу, вымываемую в пульпопровод.
Работа шлюзовой камеры состоит из двух циклов – загрузки и разгрузки. Для непрерывной подачи необходима синхронная работа как минимум 2-х камер.
Преимуществом этого устройства перед традиционным земснарядом с грунтовым насосом является: возможность высокого давления и подачи регулируемой концентрации пульпы на расстояние до 20 км, исключение высокого износа оборудования, прокачка гравия с валунами до 200 мм.
В тресте было реализовано два варианта камерных шлюзовых питателей: Первый - на базе драги с ковшевой цепью при емкости черпака 250 л (проект Б.М. Шкундина, институт «Гидропроект») для добычи гравия на строительстве Зейской ГЭС. Дражно - шлюзовым земснарядом было добыто более 3 млн. м3 гравия [….] c производительностью 250-300 м3 /ч. На драге было смонтировано три камеры, каждая объемом 18,9 м3 , из которых циклично вымывался грунт с подачей 2000 м3 /ч при напоре 100 м водяным насосом в пульпопровод. Износ был только на черпаковой цепи и в пульпопроводе. Клапаны и задвижки приводились гидроприводом автоматически.
Второй вариант внедрения шлюзовых питателей был выполнен на суше [7] Западной Сибири на Петеленском нефтяном месторождении в 1993 г. Проектирование установки выполнялось Н.И. Зайцевым (институт «Вниипромсырье»). Целью проекта была замена 3-х станций перекачки с грунтовыми насосами 20Р-11 М и экономическое сопоставление с перевозкой песка автотранспортом.
Установка включала две камеры объемом 50 м3 , водяные насосы с подачей 2000 м3 /ч при напоре 240 м вод. ст. Загрузка камер производилась из штабеля песка с помощью бульдозера и конвейера. Схема установки с параметрами приведена на рис. 7.
Испытания установки прошли успешно после обучения персонала. Производительность по песку вышла на проектные параметры в 160 м3 /ч. Состав рабочих составил 4 человека в смену, для перевозки песка автотранспортом потребовалось строительство автодороги, 16 водителей автосамосвалов, а энергозатраты были бы вдвое выше, чем при шлюзовом питатели.
Приемочная комиссия высоко оценила результаты испытаний.
Рис.8. Схема гидротранспортного комплекса с камерно-шлюзовым аппаратом при сухой загрузке песка из штабеля: 1 – бункер питатель; 2 – штабель песка;
3 – ленточный конвейер; 4 – загрузочная воронка; 5 – шлюзовые высоконапорные камеры; 6 – ламели тонкослойного сгустителя; 7 – обратные клапаны входные; 8 – камера с выходными обратными клапанами; 9 – водяные электрозадвижки переключения камер; 10 – регулировочные задвижки; 11 – высоконапорные секционные водяные насосы ЦНСГ- 850 /240; 12 – плавучая насосная станция 2000/40; 13 – пульпообразующее устройство; 14 – пульпопровод Ду 450 – 500 мм,
Оба варианта применения камерных шлюзовый питателей доказывают перспективность их промышленного применения для дальнего гидротранспорта грунтов и замены грунтовых насосов, в том числе в сочетании на земснаряде погружного грунтового насоса с низким напором и шлюзового питателя с водяным высоконапорным насосом.
Устройства для обеспечения работы земснаряда на больших акваториях. [8]
С проблемами работы земснарядов на больших водных акваториях в подводных карьерах трест столкнулся в Санкт-Петербурге при намыве территорий, где подводные мелководные карьеры расположены в устье Невы. Земснаряды и пульпопроводы были подвержены большим ветровым, волновым и ледовым воздействиям.
Первоначально построенные пульпопроводы на свайных эстакадах в зимний период были разрушены льдом. Решение было найдено автором статьи прокладкой дюкеров. Опоры ЛЭП- 6 кВ приходилось восстанавливать ежегодно после схода льда, поскольку подводными кабелями на напряжение 6 кВ трест не располагал.
В летний сезон работы при штормовом предупреждении пульпопроводы уводились в укрытие, земснаряды оставляли в карьере, но работников вывозили на берег.
Плавучие пульпопроводы Ду 600 мм конструктором М.М. Фридманом (ПК «Гидромехпроект») были спроектированы более устойчивыми к волновому воздействию путем частичного погружения трубопровода в воду и усиления шарового соединения. На рис. 8 показана секция волноустойчивого понтона, на рис. 9 – плавучий пульпопровод при шторме.
Рис.9. Секция волноустойчивого пульпопровода Ду 600 мм
Рис.10 Плавучий волноустойчивый пульпопровод при шторме в устье Невы.
Штормовые воздействия на плавучий пульпопровод частично сказывались на расчистке водоема охлаждения Шатурской ГРЭС на озере Святое (3 х 4 км). По предложению автора статьи трубы плавучего пульпопровода были соединены электросваркой в плети длиной в 50 -100 м, которые соединялись шаровыми соединениями. Трубы были целиком погружены под воду, что снижало центр тяжести секции. Плети наплаву поддерживались поплавками расчетного водоизмещения. Ввиду снижения центра тяжести и большой массы секции воздействие волны было минимальным. Испытания подтвердили высокую волноустойчивость этого погружного плавучего пульпопровода Ду 600 мм.
На большой акватории и подводном карьере возникает проблема с закладкой якорей для разворота земснаряда и создания усилия для резания грунта фрезой грунтозаборного устройства. Обычная схема закладки якорей выполняется краном – завозней с катером, которые обычно поставляются совместно с земснарядом.
Инженером Я. А.Виленкиным (ПК «Гидромехпроект») для земснаряда 350-50 Л был сконструирован стреловой заброс, состоящий из двух стрел на носовых понтонах земснаряда и лебедок для подъема и закладки якорей. Он был установлен на 2-х земснарядах в Шатуре. Конструкция стрелового заброса отличалась простотой и надежностью. Бригада земснаряда после обучения работала на оз. Святое только со стреловым забросом. Рыбинский завод «Гидромеханизация» по переданным чертежам выпускал это устройство по заказу.
Рис. 11. Земснаряд 350-50 Л со стреловым забросом якорей на оз. «Святое» в Шатуре
Примечание: все вышеперечисленные технологии и устройства (и менее значительные) подробно изложены в компакт-диске «Гидромеханизация 2010» автора статьи, приобретаемом по договоренности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Нурок Г.А. Технология и проектирование гидромеханизации горных работ. М.: Недра,1965.
Кожевников Н.Н., Шкундин Б.М. Новые устройства для рассредоточенного намыва земляных сооружений //Гидротехнические строительство. 1994 г. № 9
Шкундин Б.М. Гидромеханизация в энергетическом строительстве»,
М.: Энергоатомиздат, 1986.
4. Ялтанец И.М., Пастихин Д.В., Исаева Н.И. Открытые горные работы при строительстве. М.: Стройтехиздат, 2014.
5. Кожевников Н.Н., Левиновский Е.А. Намыв прибрежных территорий для жилищного строительства и благоустройства Санкт-Петербурга // Гидротехническое строительство. 1997. № 9.
6. Нейтман Л.Н., Фридман М.М., Кожевников Н.Н., Цурган Ф.П. Оснащение земснарядов погружными грунтовыми насосами // Гидротехническое строительство. 1994. № 1.
7.Кожевников Н.Н., Зайцев Н.И., Греков А.Б., Чевикин А.С. Гидротранспорт грунтов с помощью камерных шлюзовых питателнй //// Гидротехническое строительство. 1996. № 5.
8. Фридман М.М., Поддымов Л.М., Харламов А.А. Плавучий полупогружной пульпопровод земснаряда // Гидротехническое строительство. 1986. № 6.
Сведения об авторе статьи: Кожевниников Николай Николаевич, инженер, ветеран треста «Энергомеханизация».
Адрес – Россия, 105568, ул. Чечулина, д.22, кВ. 57. Тел. +7 (499) 308-80-96
E-mail – nikola282007@yandex.ru
Сконвертировано и опубликовано на http://SamoLit.com/