Реактивен смукателен драга за добив на пясък: Проектиране на системата около проекта
Струйна засмукваща драга може да изглежда сравнително проста на палубата. Има понтон, дизелов двигател, пясъчна помпа, водна помпа за високо налягане, смукателен и нагнетателен тръбопровод. На практика обаче системата да произведе очакваното количество пясък не е просто въпрос на инсталиране на по-голяма помпа.
Първият въпрос, който обикновено задаваме, е какъв материал всъщност се намира в коритото на реката.
Рохкавият речен пясък е много различен от уплътнения пясък. Финият пясък се държи различно от едрия пясък, съдържащ чакъл. Отлагание, което изглежда лесно за изкопаване от повърхността, може да стане много по-трудно, след като всмукателната глава достигне работния слой. Състоянието на материала влияе върху това колко вода за струя е необходима, колко твърди вещества могат да попаднат в смукателната система и как се държи суспензията вътре в изпускателния тръбопровод.
Това е мястото, където започва проектирането на струйна засмукваща драга.
Основният принцип на работа е добре установен. Отделна водна помпа доставя чиста вода под налягане към струйната система. Водната струя разбива или флуидизира заобикалящата утайка, докато получената смес от пясък и вода се изтегля в смукателната система и се транспортира през нагнетателната линия. Проучване на Комисията за изследване на водата от 2002 г. описва струйната помпа като система за обмен на импулс: високоскоростната струя чиста вода създава област с ниско налягане, която изтегля сместа пясък-вода в смесителната камера и след това в изпускателния тръбопровод. Проучването установи също, че смукателният край работи особено ефективно, когато е заровен в свободно течащ пясък.
Този принцип е полезен, но не дава на инженера окончателната спецификация на драга.
За реален проект производствената цел трябва да бъде свързана с дълбочината на драгиране, характеристиките на материала и условията на заустване. Клиентът може да каже, че проектът изисква 200 m³/h пясък, но само тази цифра не е достатъчна за избор на помпата.
Помислете за публично публикуван проект за Камбоджа. Клиентът изисква пясъкът да бъде изпомпван от приблизително 15 m под водата и транспортиран на около 500 m до точката на заустване. Публикуваната конфигурация на оборудването използва 275 kW дизелов двигател Weichai WP12 и пясъчна помпа от сплав с високо съдържание на хром, с обявено производство на пясък от около 200 m³/h.
Интересната част от този случай не е просто цифрата от 200 m³/h. Дълбочината на драгиране от 15 m и разстоянието на заустване от 500 m са това, което прави избора на помпа и мощност значим. Ако една и съща производствена цел беше необходима на много по-късо разстояние на разтоварване, хидравличните изисквания биха били различни. Ако тръбопроводът трябваше да се изкачи значително по-високо, след като достигне брега на реката, необходимият напор на помпата ще се промени отново.
Ето защо не бих препоръчал да изберете струйна засмукваща драга, като гледате само дебита на помпата.
Нагнетателният тръбопровод е една от най-лесните части на проект за подценяване. След като суспензията напусне драгата, помпата трябва да преодолее триенето на тръбата, надморската височина и локалните загуби от завои, клапани и други фитинги. Ситуацията става по-взискателна с увеличаване на концентрацията на твърди вещества.
Има и баланс за поддържане. Твърде много вода може да направи суспензията лесна за транспортиране, но да намали количеството полезен пясък, който се възстановява на единица изпомпвана смес. Твърде малко вода може да увеличи концентрацията на суспензията и да затрудни тръбопроводния транспорт. Правилната работна точка зависи от материала, диаметъра на тръбата, характеристиките на помпата и необходимото производство.
Публикувано инженерно проучване от Комисията за изследване на водите илюстрира тази връзка с експериментална система с струйна помпа. Неговите проектни условия включват производителност 30 t/h, захранващ напор на задвижващата помпа 700 kPa, 100 mm задвижваща тръба, 100 mm изпускателна линия и надморска височина от 5 m над нивото на водата. Докладваният дизайн също използва концентрация на утайка от приблизително 31% от масата.
Числата не трябва да се третират като универсална спецификация за всяка струйна драга. Те са полезни, защото показват колко тясно са свързани водното налягане, диаметърът на тръбата, производството, концентрацията и условията на изпускане.
Друг публикуван проект от Кения предоставя практически пример от търговско драгиране на пясък. Според доклада на проекта, клиентът изисква приблизително 150 тона пясък на час, разстояние за изхвърляне от 400 m и дълбочина на драгиране от 18 m. Доставчикът проектира 8-инчова струйна засмукваща драга за тези изисквания.
Отново, важната инженерна информация е комбинацията от изисквания, а не самият 8-инчов размер на тръбата. Не трябва автоматично да се очаква 8-инчов драга, предназначен за една река, да даде същия резултат в друга река. Плътността на пясъка, размерът на зърната, условията на подводно отлагане, оформлението на тръбопровода и действителните работни часове влияят върху производството.
Това е особено важно при добива на пясък, тъй като думата "пясък" обхваща изненадващо широка гама от материали.
Фин, рохкав речен пясък може да се флуидизира относително лесно. По-едрият пясък може да изисква различно разположение на струята. Ако глина се смеси с депозита, материалът може да стане по-скоро лепкав, отколкото свободно течлив. Чакъл или по-големи частици могат да създадат друг набор от проблеми при всмукателния отвор и вътре в помпата.
Износването на помпата също трябва да се вземе предвид преди изграждането на драгата.
Пясъкът е абразивен. Помпа, която обработва чиста вода, и помпа, която непрекъснато обработва пясъчна каша, не са изправени пред едни и същи работни условия. За комерсиален добив на пясък, устойчивите на износване материали и сменяемите износващи се компоненти могат да имат голям ефект върху интервалите на поддръжка.
Публично докладван проект на река Конго е полезен пример. Публикуваната конфигурация включва четири 14-инчови струйни драги за изсмукване на пясък, с отчетена дълбочина на драгиране от около 15 m и производство в диапазона от приблизително 300–375 m³/h в зависимост от посочените условия на работа. Системата използва пясъчна помпа с високо съдържание на хром и е проектирана за абразивен речен пясък.
The high-chrome pump specification in that project is not an unnecessary detail. Когато драгираният материал съдържа голямо количество абразивен пясък, корпусът на помпата, работното колело и други намокрени компоненти стават консумативи за инженерни части. По-ниската първоначална цена на оборудването може да стане скъпа, ако износващите се части се нуждаят от честа подмяна или ако драгата трябва да спира редовно за поддръжка.
Същият принцип важи и за водно-струйната система.
Самата струйна помпа не е единственият компонент, който има значение. Водната помпа с високо налягане трябва да осигурява достатъчен поток и налягане за ефективно флуидизиране на утайката. Размерът и разположението на дюзата влияят върху това как водата достига до пясъка. Смукателната глава трябва да събира разхлабения материал, без да позволява прекомерно разреждане или нестабилни условия на прием.
В някои проекти смукателната глава работи близо до или в пясъчния слой. The Water Research Commission research specifically noted that jet dredging can operate effectively with the suction end buried in sand, and described the formation of overlapping excavation craters when free-flowing sand is removed.
Това наблюдение е полезно, когато мислим за ефективността на драгирането. Драгата не просто стои в една позиция и премахва неограничено количество материал. The operator has to control the movement of the suction head and the working position so that the excavation area develops progressively rather than leaving large amounts of material outside the effective suction zone.
Следователно корпусът и системата за позициониране също имат значение.
Малка речна драга може да използва компактно понтонно устройство с лебедки и позициониращи шпули. По-голяма машина може да изисква по-широка работна платформа, тъй като двигателят, пясъчната помпа, водната помпа, хидравличната система, резервоарите за гориво и кабината за управление трябва да се поберат в наличното пространство на палубата, като същевременно поддържат подходяща стабилност.
Транспортът също навлиза в проектирането на ранен етап, особено за задгранични проекти. Багер, който се представя добре по реката, все още може да бъде труден за доставка, ако общите му размери надвишават наличните транспортни ограничения. Поради тази причина някои струйни драги са проектирани като модулни понтони, които могат да бъдат разглобени на транспортируеми секции и сглобени отново на обекта на проекта.
За международен проект за добив на пясък обикновено бих искал да знам няколко неща, преди да реша окончателната конфигурация: необходимото производство, действителна дълбочина на драгиране, характеристики на пясъка, разстояние от зоната на драгиране до точката на заустване, надморска височина на мястото на заустване, очаквани работни часове и метода, използван за обработка или складиране на извлечения пясък.
Едва след като тези условия са ясни, има смисъл да се избира драгажна помпа, водоструйна помпа, мощност на двигателя, диаметър на засмукване и нагнетателен тръбопровод.
Този подход също така обяснява защо стандартният модел на каталог не винаги е най-доброто решение. Два проекта могат да имат сходни производствени цели, но изискват различно оборудване, тъй като материалът на речното корито и условията на тръбопровода са различни. Един проект може да се нуждае от повече внимание на устойчивостта на износване, докато друг може да изисква допълнителна помпаща глава, тъй като пясъкът трябва да пътува на голямо разстояние навътре.
Следователно за производителите персонализирането не е просто промяна на размерите на корпуса или марката на двигателя. Може да включва цялата работна система: размер на понтона, капацитет на помпата, налягане на водната струя, смукателно устройство, диаметър на тръбопровода, мощност на двигателя, конфигурация на лебедката и система за управление.
Една добре проектирана струйна засмукваща драга трябва да се третира като цялостна хидравлична производствена система.
Последният въпрос не е дали драгата има голяма помпа или мощен двигател. По-полезният въпрос е дали цялата система може да поддържа необходимото производство на пясък при действителните условия на проекта.
Това е разликата между избора на драга от каталог и проектирането на такава за истински обект за добив на пясък.
