RU    |    LV
 


PKS sūkņu tehniskais raksturojums un darbības principi

PNEUMA SISTēMA
PKS sūkņu atšķirīgās īpatnības
Kā galvenā atšķirīgā iezīme PNEUMA sistēmas iekārtām, kas darbojas ar saspiesto gaisu ir tas, ka tām nav rotējošu daļu vai jebkādu citu mehānismu, kas nonāktu saskarē ar izsūknējamo maisījumu.

PKS sūknis sastāv no:

a) sūkņa korpusa (iegremdējamās kameras) kas sastāv no 3 cilindriskām kamerām bez iekšējiem rotējošiem mehānismiem, kas aprīkoti ar diviem gumijas (ieplūdes un kompresijas) vārstiem. Sūkņa korpuss aprīkots ar dažādu veidu noņemamu grunts savācējmehānismu (GSm) (ar iesūcošām īscaurulēm, kā redzams 1. zīm. vai kausu, kā parādīts 2. zīm.)

b) gaisa sadalītājakas regulē saspiestā gaisa padevi uz katru kameru un tā izlaišanu, kā arī nodrošina vienmērīgu sūkņa darbību un saspiestā gaisa nepārtrauktu padevi.

c) saspiestā gaisa avota , kas nodrošina gaisa padevi, kurš parasti veidojas ar kompresora palīdzību, kuru darbina jebkura tipa motors.

Bloks, kas sastāv no kompresora un sadalītāja, tiek novietots virspusē, ievērojamā attālumā no sūkņa korpusa, kuram tie pievienoti ar cauruļu palīdzību, pa kurām notiek saspiestā gaisa padeve. Gadījumos, kad darbi veicami zem ūdens, dziļumā, sadalītājs tiek novietots uz sūkņa korpusa augšējās daļas (virs iegremdējamajām kamerām).

Kompresijas caurules gaisa padevei pilnībā atdalāmas no visas pārējās iekārtas daļas.

Pats pneimatiskā kameru sūkņa darbības process, kā jau iepriekš minēts, pamatā sastāv no diviem darbības cikliem: kameras piepildīšanas ar grunti un tās izspiešanas ar saspiesto gaisu. šis apstāklis grunts izstrādes procesu padarīja ciklisku (saraustītu), pazemināja ieguves ražīgumu, deva zemus ekonomiskos rādītājus, tādējādi noniecinot visas citas tā labās īpašības. Laika gaitā minētais trūkums tika likvidēts, apvienojot vairāku kameru darbību vienotā blokā (modulī), izmantojot pneimatisko distributoru (sadalītāju), kurš deva iespēju moduļa (triju kameru) darbību pārvērst nepārtrauktā procesā automātiskā režīmā. šis jauninājums deva jaunu impulsu pneimatisko sūkņu pielietojumam. Pēc Japānas patenta (Nr. 4- 27336, klase E02F 3/88 ar prioritāti, datētu ar 07.09.1990) iekārta sastāv no divām kamerām; kameras aprīkotas ar iebūvētiem līmeņa un spiediena devējiem, kuri atkarībā no izspiešanas un kameru aizpildījuma pārvada signālu uz automātiskās vadības sistēmas gaisa vārstiem, kuri veic kameru [7] gaisa padeves-izvades pārslēgšanu. Līdz ar to tiek nodrošināta pastāvīga nepārtraukta grunts padeve uz pulpas spiedienvadu. Strādājot dziļumā, kas mazāks par 4 m, lai nodrošinātu sūkņa iesūkšanas spēju, tiek izmantota vakuuma iekārta, kas ir novietota uz zemessūcēja klāja kopā ar gaisa sadalītāju. Lai varētu veikt saistītas grunts izstrādi, sūknis ir aprīkots ar trumuļa tipa vertikālo frēzi. Veicot piesārņotas grunts un aktīvo dūņu izstrādi, gadījumiem, kad no izstrādājamās kārtas izdalās gāze, ir paredzēta gāzu uztveršanas iekārta, lai organizētu gāzes novadīšanu. Itālijas firma PNEUMA ir izstrādājusi pneimatisko sūkni, kuram atšķirībā no japāņu sūkņa (tam piemīt pulsācija, un tas ir ļoti dārgs) ir rasts plašs pielietojums. Sūknis sastāv no trīs darba kamerām, kas apvienotas vienotā blokā, un pieslēgtas pie kopējā gaisa sadalītāja, kurš darbojas automātiskā režīmā. Grunts savākšana var notikt, izmantojot maināmos GSm, atkarībā no grunts veida un tās izstrādes metodes. šo ierīču pamatdati doti 1. tabulā. šobrīd tiek ražota PKS sūkņu sērija ar augstas koncentrācijas pulpas padevi no 40 m3/stundā līdz 1800 m3/stundā (3. zīmējums).

3. zīmējums. Itālijas firmā PNEUMA ražojamā pneimatiskā kameru sūkņa attēls: 1- kamera; 2- GSm iežu vertikālajai izstrādei; 3- dalītā tipa GSm saistītu iežu horizontālai izstrādei; 4- vienlaidu tipa GSm nesaistītu iežu horizontālai izstrādei; 5- spiediena īscaurule hidromaisījuma padevei; 6- skatu lūka; 7- īscaurule gaisa padevei un izlaišanai.

1. tabula

Itālijas firmas PNEUMA ražojamo PKS sūkņu pamata parametri

Parametri

(mm)

Modelis

30/5

Modelis

60/10

Modelis

100/20

Modelis

150/30

Modelis

300/60

Modelis

450/80

Modelis

600/100

Modelis

1200/150

Modelis

1200/150-M

А

2200

2400

2600

3660

4100

4400

4400

5700

6200

В

1600

1900

2300

2630

3100

3720

3720

4600

4600

С

3200

3700

4100

4200

5700

6200

D

3000

3300

4050

4050

4850

4900

E

3200

3700

4100

4100

5700

6200

F

2900

3200

4000

4000

4700

4700

G

2500

2900

3600

3600

4200

4200

H

900

1100

1200

1200

1200

1200

I

750

900

1025

1200

1500

1500

2000

2500

3000

L

500

700

900

1000

1200

1500

1500

1800

1800

Svars, kg

600

900

1400

3000

4200

5700

6700

11300

12800

Pulpas padeve
m3/stundā

40

80

120

180

360

600

1000

1500

1800

Pneimatiskos sūkņus var nokomplektēt ar jebkādiem pārvietojamajiem celtniecības vai stacionārajiem kompresoriem, kuri spēj nodrošināt līdz 13 bāru lielu spiedienu aprēķinātajai padevei. Pašreiz ārzemēs plaši izplatīti ir gliemžkompresori, kuri atšķiras ar savu kompaktumu, tos ir viegli apkalpot, un tiem ir augsts lietderības koeficients. Uzstādītie zemessūcēji ar pneimatiskajiem sūkņiem tiek nokomplektēti ar gliemžkompresoriem. Dažu izlaižamo gliemžkompresoru raksturlielumi doti 2. tabulā.

2. tabula

Gliemežkompresoru raksturojums

Modelis

8 bāri
m3/h

10 bāri
m3/h

13 bāri
m3/h

Jauda
kW

Garums
mm

Platums
mm

Augstums
mm

Svars
kg

CA61G

484,2

422,4

330

45,0

1520

850

1355

900

CA76G

562,2

516

420

55,0

1610

850

1355

1000

CA102G

711,6

624

546

75,0

1520

850

1355

1050

CA101G

774,0

687

600

75,0

2300

1400

1525

1925

CA121G

931,8

812,4

714

90,0

2300

1400

1525

2000

CA151G

1094,4

963,6

855

110,0

2300

1400

1525

2300

CA181G

1228,2

1082,4

960

132,0

2300

1400

1525

2400

CA221G

1610,4

1479

1270,8

160,0

2300

1400

1525

3200

CA271G

1809,0

1730,4

1497

200,0

2300

1400

1525

3450

PNEUMA SūKņA DARBīBAS PRINCIPS

Itālijas firmas PNEUMA PKS sūkņa darbības princips parādīts 4. zīmējumā.

4. zīmējums. Iegremdējamā PKS pneimatiskā sūkņa darbības princips: 1-cilindriskā kamera, 2-iesūcošā īscaurule, 3-ieejas vārsts, 4-gaisa padeves un izlaišanas caurule, 5-pulpas padeves cauruļvads (spiedienvads).

Tāda veida sūkņa darbības cikls var būt sadalīts trīs fāzēs:
Pirmā fāze PKS kameras piepildīšana ar pulpu.
Dziļumā darbojošās šķidruma ārējā hidrostatiskā spiediena ietekmē katra kamera ātri piepildās ar pulpu. Tiklīdz kamera ir pilna, tās ieejas vārsts sava smaguma spēka ietekmē automātiski noslēdzas.
Otrā fāze - kameras iztukšošana un pārsūknēšana.
Kad kamera piepildīta ar hidromaisījumu, saspiestais gaiss, kurš no kompresora caur gaisa sadalītāju (distributoru) pa augstspiediena caurulēm tiek padots uz kameras augšējo daļu sāk darboties kā virzulis, un ar saspiestā gaisa spēku caur izkraušanas vārstu (šajā zīmējumā nav parādīts) izspiež pulpu vertikālajā pulpas cauruļvadā.
Trešā fāze saspiestā gaisa izvadīšana no tukšās kameras un sagatavošanās pirmajai fāzei.
Kad kamera atbrīvota no pulpas, distributors izlaiž gaisu atmosfērā. Kad saspiestais gaiss pilnībā izgājis no cilindra, tajā tiks atjaunots iepriekšējais zemais spiediens. Pēc tam atveras ieejas vārsts, un pulpa atkal sāk ieplūst kamerā kā aprakstīts pirmajā fāzē. Lai nodrošinātu nepārtrauktu procesu - pulpas iesūkšanu un padevi uz virsmu, gaisa sadalītājs darbojas pēc kārtas ar trijiem cilindriem, katru minūti veicot no 1 līdz 3 cikliem. Pie tam pneimatiskais sūknis darbojas kā cilindriskais sūknis, taču ar tādu vien atšķirību, ka tajā par virzuli kalpo saspiestais gaiss, kas nodrošina padeves plūdenumu un aizstāj visus citus darbības orgānus, kas piemīt citu veidu sūkņiem (nav berzes ietekmē ātri dilstošu detaļu). Cilindru iesūkšanas ātrums īscaurulē atkarīgs no šķidruma spiediena dziļumā, un šī sakarība attēlota 3. tabulā. Iesūkšanas ātrumu nosaka pēc zināmās formulas
 . 

3. tabula

Tabula, kurā parādīta sakarība starp ūdens iesūkšanas ātrumu un PKS sūkņa iegremdēšanas dziļumu

 

Iesūkšanas caurules iegremdēšanas dziļums

 

ūdens iesūkšanas
ātrums

1 m

4,4 m/sek

2 m

6,3 m/sek

3 m

7,7 m/sek

10 m

14,0 m/sek

15 m

17,1 m/sek

20 m

19,8 m/sek

30 m

24,2 m/sek

50 m

31,3 m/sek

100 m

44,3 m/sek

Tabulas rezultāti parāda, uz kā rēķina pneimatiskais sūknis spēj veikt grunts iesūkšanu ar 60/70 procentiem cietās vielas tilpuma saturā. šie ātruma rādītāji pneimatiskajam sūknim ir daudz augstāki nekā grunts centrbēdzes sūkņiem. Tabulā doti ātrumi ūdenī, neņemot vērā blīvumu un izstrādājamā ieža reoloģisko raksturojumu. Saspiestā gaisa daudzums, kas piepilda gaisa cauruļvadus, kuri savieno sadalītāju ar sūkņa cilindriem un tiek izlietots katrā darbības fāzē, gaisa distributoru liek pēc iespējas tuvāk piespiest sūkņa korpusam. Tas ir viegli izdarāms, ja krastā atrodas stacionāra iekārta, turpretī veicot gultnes padziļināšanas darbus 20 m dziļumā, problēmu var atrisināt, distributoru izvietojot virs ūdens (parasti uz zemessūcēja pontona). Strādājot dziļumā lielākā par 20 m, distributors tiek iegremdēts un novietots līdzās sūknim, kaut gan var izmantot arī klāja sadalītāju, taču šajā gadījumā gaisa patēriņš būs lielāks. ņemot vērā to, ka pirmā fāze - kameras piepildīšana ar hidromaisījumu tiek veikta ūdens ārējā spiediena ietekmē, bet otrā fāze hidromaisījuma izspiešana no kameras notiek saspiestā gaisa ietekmē, šīs fāzes var tikt izpildītas dažādos ātrumos; piepildīšanai viens ātrums, bet izspiešanai cits ātrums. šī tehniskā īpatnība ļauj izvēlēties iesūcošās īscaurules diametru, atkarībā no ekonomiskā lietderīguma pretstatā nepieciešamībai, aprēķināt kritisko ātrumu un iesūcošā cauruļvada optimālā šķērsgriezuma piemeklēšanai gadījumiem, kad tiek izmantots centrbēdzes grunts sūknis. šī priekšrocība, salīdzinājumā ar centrbēdzes sūkni ir īpaši svarīga tad, kad pārsūknējamo cieto daļiņu izmērs hidromaisījumā sastāda ne mazāk par 100 mikroniem (0,1 mm). šajā gadījumā hidromaisījuma transportēšanas ātrums var būt būtiski mazāks, nekā gadījumos, kad tiek transportētas smilts vai grants daļiņas, lai gan iesūkšanas ātrums šajā gadījumā nesamazinās un paliek iepriekšējā augstajā līmenī. Zemāk dots enerģijas patēriņa grafiks (5. zīmējums) 1m3 grunts (ķermenī) izstrādei ar firmas PNEUMA PKS tipa 450/80 standarta sūkni, kura ražīgums pulpai ir 600 m3/stundā - dažādiem ieguves apstākļiem, veicot smilšu un grants iežu izstrādi. Enerģijas patēriņš dots zirgspēkos, lai izstrādātu:
- vienu m3 grunts dabiskā sagulumā (ķermenī),
- grunts blīvums dabiskā sagulumā tiek pieņemts y=2 t/ m3,
- izstrādājamās grunts daļiņu izmēri no 0,1 līdz 30 mm,
- izstrādes dziļums - līdz 50m,
- pacelšanas augstums virs ūdens līmeņa - 5m,
- maisījuma plūsmas spiediens cauruļvadā nepārsniedz 11 bārus (157 psi).

5. zīmējums. Enerģijas patēriņš 1m3 smilšaini-granšainas grunts izstrādei ķermenī ar firmas PNEUMA PKS tipa 450/80 standarta sūkni, kura ražīgums pulpai ir 600 m3/stundā.

Grafikā redzams, ka strādājot dziļumā līdz 30m PKS sūkņu efektivitāte ir diezgan augsta, jo enerģijas patēriņš 1 m3 grunts pacelšanai virspusē sastāda nedaudz vairāk par 1,1 zirgspēku vai ap 0,82 kW. Paceļot smilšu maisījumu virspusē tilpuma koncentrācija var sastādīt 60%. Veicot dūņainas vai mālainas grunts izstrādi, enerģijas patēriņš būs atkarīgs no hidromaisījuma reoloģiskā raksturojuma, jo ņūtonisko un neņūtonisko šķidrumu berzes zudumi var būtiski atšķirties. Zemāk doti grafiki (6.-7. zīmējums), kuros attēlots enerģijas patēriņš, kas nepieciešams 1 m3 grunts (ķermenī) izstrādei, izmantojot firmas PNEUMA PKS tipa 450/80 standarta sūkņus, kuru ražīgums pulpai ir 450 m3/stundā - dažādos ieguves apstākļos, veicot dūņainu un mālainu iežu izstrādi. Enerģijas patēriņš dots zirgspēkos, lai izstrādātu:
- vienu m3 grunts sagulumā (ķermenī),
- grunts blīvums dabiskā sagulumā dots zemāk,
- izstrādājamās grunts daļiņu izmēri ne mazāki par 0,1 mm,
- izstrādes dziļums līdz 25 m,
- maisījuma plūsmas spiediens cauruļvadā nepārsniedz 11 bārus (157 psi).
Veicot grafiku aprēķinus tiek ievadīts izstrādājamās grunts (ķermenī) blīvuma lielums y, t.i. dabiskā sagulumā līdz izstrādes uzsākšanai, kas ir atkarīgs no izstrādājamās grunts dabiskā (faktiskā) mitruma vai ūdens attiecības porās pret sausā materiāla svaru. Tabulas izstrādātas trijiem grunts (ķermenī) mitruma un blīvuma gadījumiem:
- ja mitrums sasniedz 75%, tad y=1,55 t/m3,
- ja mitrums sasniedz 100%, tad y=1,45 t/m3,
- ja mitrums sasniedz 125%, tad y=1,38 t/m3.
Grafiki sastādīti ar pulpas koncentrāciju 60% un 85%, kas ņemti no norādītajiem blīvuma rādītājiem y. Zīmējumā 1.7 attēloti sakarības grafiki, transportējot pulpu atbilstoši ņūtoniskajam šķidrumu tipam, bet 1.8 zīmējumā - neņūtoniskajiem šķidrumiem.

6. zīm. Enerģijas patēriņa grafiks 1 m3 dūņainas grunts izstrādei ar dabisko mitrumu 75% un blīvumu y= 1,55 t / m3, veicot pulpas padevi ar 85 % svara koncentrāciju (yp = 1,468 t / m3, ņūtoniskais šķidrums) firmas PNEUMA PKS tipa 450/80 sūknim, kura ražīgums pulpai ir 450 m3/stundā.

7. zīm. Enerģijas patēriņa grafiks 1 m3 mālainas grunts izstrādei ar dabisko mitrumu 75% un blīvumu y= 1,55 t / m3, veicot pulpas padevi ar 60 % svara koncentrāciju (yp = 1,33 t / m3, neņūtoniskais šķidrums) firmas PNEUMA PKS tipa 450/80 sūknim, kura ražīgums pulpai ir 450 m3/stundā.

Palielinoties izstrādes dziļumam, pie ieejas GSm pieaug ūdens ārējais pretspiediens. Strādājot ar PKS sūkņiem, šis apstāklis ļauj risināt sekojošus uzdevumus.
Pirmkārt, iegremdēt GSm galvu grunts slānī un veikt grunts paņemšanu, nebaidoties no piesūkuma un vakuuma izjaukšanas, kas ir iespējams strādājot ar centrbēdzes grunts sūkni. Atšķirībā no darba ar centrbēdzes grunts sūkni, lai nodrošinātu stabilu ražīgumu, PKS sūkņa GSm iesūcošajai galvai visu laiku jābūt iegremdētai izstrādājamās grunts slānī.
Otrkārt, PKS sūkņu lielā iesūkšanas spēja ļauj sūkņa kamerās piepildīt ar ūdeni piesātinātu grunti praktiski ar dabisko cietās vielas koncentrāciju, t.i. 50 % un vairāk.
Treškārt, PKS sūkņu lielā iesūkšanas spēja, veicot grunts paņemšanu, ļauj iztikt bez jebkāds papildus irdināšanas - mehāniskas vai hidrauliskas, kas PKS sūknim nodrošina visaugstākos ekoloģiskos rādītājus, līdz minimumam samazinot grunts daļiņu uzjaukšanas iespēju izstrādnē un to izplatīšanos akvatorijā. šī īpašība uzskatāma par galveno PKS sūkņu kvalitātes rādītāju.

Salikts sūkņa korpuss. Katra kamera aprīkota ar GSm vertikālu iesūcošo īscauruļu veidā ar konusveidīgiem režģiem pie ieejas.

Salikts sūkņa korpuss. Kameru iesūcošās īscaurules aprīkotas ar GSm atsevišķu kausu veidā ar stacionārajiem nažiem-režģiem pie ieejas.

Salikts sūkņa korpuss. Frontāla kameru salikšana vienā līnijā.