Гидромониторы

Гидромониторы 

Гидромонитор  представляет собой водобойный снаряд, предназначенный для создания напорных струй воды и направления их в  нужную точку забоя для разрушения и смыва грунтов или горных пород. Вода к гидромонитору подается по трубопроводу центробежными насосами.

В современной  практике различают стандартного типа гидромониторы, которые предназначаются  для размыва средних по трудности  грунтов, главным образом песчаных, и гидромониторы специального назначения.

К последним  относятся:  
а) высоконапорные гидромониторы, предназначенные для разрушения плотных (связных) грунтов;  
б) гидромониторы, разрушающие грунт с близких расстояний,— так называемые гидромониторы ближнего боя;  
в) гидромониторы для кессонных работ.

Гидромонитор  стандартного типа (рис. 1, а) состоит из нижнего неподвижного колена, верхнего подвижного колена, ствола и насадки. К нижнему фланцу неподвижного колена присоединяется трубопровод, подводящий напорную воду от насосов. Верхний фланец неподвижного колена имеет шарикоподшипник, который позволяет вращать верхнее колено относительно нижнего.

Рис. 1. Гидромонитор: а — общий вид; б — дефлектор

Для направления  струи воды в нужное место у  гидромонитора имеется два шарнирных  соединения — плоское фланцевое 6 и шарообразное. Шарнир позволяет  вращать ствол гидромонитора в горизонтальной плоскости на 360°, а шарнир — в вертикальной плоскости на 50—70°. С помощью этих шарниров струя воды из гидромонитора может быть направлена рабочим-гидромониторщикам в любую точку забоя с помощью специального рычага, называемого водилом. Ствол гидромонитора имеет коническую форму с углом конуса около 4° и заканчивается специальной насадкой, которая навинчивается на конец ствола и является сменной частью гидромонитора. Назначение насадки — формирование и сжатие струи воды перед ее вылетом. Гидромониторы снабжаются комплектом сменных насадок различного диаметра для регулирования скорости вылета воды в соответствии с группами размываемых грунтов.

Для управления струей воды большой мощности применяют  дефлекторы (рис. 1, б), в которых используются силы реакции вытекающей струи. Сила реакции раскладывается на силу Р, которая гасится фундаментом монитора, и силу Р, направленную перпендикулярно оси ствола и вызывающую вращение монитора. Поворот дефлектора рукояткой требует незначительных усилий.

Применяемые в  строительстве гидромониторы могут  быть с ручным (механическим), гидравлическим и электрическим управлением. Главным  параметром гидромонитора является диаметр входного отверстия нижнего  колена, который в зависимости  от мощности модели колеблется в пределах 100—500 мм. Длина ствола соответственно достигает 1250—2600 мм. В зависимости от назначения гидромониторы могут быть полустационарного типа и самоходными.

Необходимый расчетный  напор воды в гидромониторах обеспечивается центробежными высоконапорными насосами насосной станции, располагаемой у источника водоснабжения.

Для каждой разновидности  грунта требуется оптимальный напор, при котором расход энергии на размыв единицы объема грунта будет  минимальным. Эти данные приводятся в справочной литературе.

При гидравлическом расчете гидромонитора определяют:  
а) скорость вылета струи из насадки;  
б) расход воды через насадку;  
в) диаметр насадки;  
г) потери напора в гидромониторе.

Существует большое  количество различных типов гидромониторов.

По способу  управления различают гидромониторы  с ручным и дистанционным управлением. Они бывают низконапорные, т. е. рассчитанные на работу при давлении до 1,0—1,2 Мн/м2, и высоконапорные, рассчитанные на давления свыше 1,2 Мн/м2.

По способу  передвижки гидромониторы делят на несамоходные и самоходные. Несамоходные передвигают в забое при помощи лебедок, тракторами или вручную. Самоходные имеют собственный ходовой механизм, обычно гусеничный. Нов строительстве чаще всего применяют несамоходные гидромониторы с ручным управлением.

Гидромонитор  хорошей конструкции должен отвечать следующим требованиям: 
1) струя гидромонитора должна быть плотной и не разбрызгиваться до встречи с забоем; 
2) управление гидромонитором не должно требовать больших физических усилий; 
3) потери напора в гидромониторе должны быть небольшими; 
4) все шарнирные соединения гидромонитора должны быть герметичны и износоустойчивы. Конструкция гидромонитора должна предусматривать быструю замену изношенных уплотняющих манжет; 
5) гидромонитор должен иметь по возможности небольшую массу; 
6) гидромонитор должен отвечать всем требованиям техники безопасности.

Гидромонитор  с центральным болтом (рис. 13.1) выпускают  с диаметром входного отверстия 225 и 300 мм. Верхнее колено гидромонитора  может вращаться относительно нижнего вокруг вертикальной оси на 360°.

Уплотнение шарнирного соединения верхнего и нижнего колена осуществляют плоской кожаной прокладкой.

Значительные  усилия, стремящиеся во время работы оторвать верхнее колено от нижнего, воспринимает специальный центральный болт 3. Для облегчения вращения верхнего колена служит шариковый подшипник, который находится под колпачковой гайкой.

Рис. 13.1. Гидромонитор с центральным болтом

Ствол гидромонитора  имеет коническую форму. Он соединен с верхним коленом шаровым шарниром, допускающим поворот ствола в вертикальной плоскости на угол около 65° (на 20° ниже горизонтального положения и на 45° выше). Внутри ствола есть направляющие ребра, их назначение препятствовать вращению струи. На конец ствола навинчивают сменные насадки 5. Управление гидромонитором осуществляют за водило 6, на конце которого закрепляют груз, уравновешивающий ствол. Мониторы описанного типа в настоящее время изготовляют редко, т. к. их вытеснили более совершенные конструкции.

Гидромонитор  ГМ-2 (рис. 13.2) выпускают трех типов  с диаметром входного отверстия 150, 200 и 250 мм, соответственно максимальный диаметр насадок этих гидромониторов — 75, 100 и 106 мм. Гидромониторы изготовляют  из ковкого чугуна или из стальных штампованных узлов. Масса гидромонитора с 0250 мм — 346 кг.

Нижнее колено этого гидромонитора имеет резьбу, на которую навинчивается опорный  фланец. Такая конструкция позволяет  иметь неразрезными кольца шарикоподшипника в отличие от старых конструкций. Такое усовершенствование существенно увеличило герметичность и срок службы этого шарнира. Обойма разрезана по диаметру на две половины, которые стянуты между собой болтами. Между обоймой и верхним коленом болтами зажата прокладка. Эта прокладка перекрывает зазор между опорным фланцем и обоймой. Отверстия служат для отвода воды, просочившейся под прокладку. Эти отверстия защищают подшипник от воды. Шаровой шарнир имеет сальниковое уплотнение.

Рис. 13.2. Схематический  разрез гидромонитора ГМ-2: 
I — нижнее колено; 2 — верхнее колено; 3 — шар; 4 — направляющие ребра; 5 — ствол; 6 — оголовок ствола; 7 — кожаная манжета; 8 и 10 — болты; 9 — обойма; 11 — опорный фланец; 12 — металлические салазки; 13 — шарики; 14 — канавка для стока воды; 15 — уплотняющая кожаная прокладка; 16— отверстие для стока воды; 17— кронштейны; 18— консольные оси; 19 — шарикоподшипники

Для уменьшения гидравлических потерь в гидромониторе  в его шар вставлена труба  верхнего колена. Для удобства передвижения гидромонитор монтируют на металлических  салазках.

Рис. 13.3. Схема  гидромонитора ГМН-250: 
а — общий вид; б — верхнее и нижнее колена в разрезе; 1 — нижнее колено; 2 — верхнее колено; 3 — разъемное соединение; 4 — шаровой шарнир; 5 — ствол; 6 — насадка; 7 — горизонтальный шарнир

Перечисленные особенности позволили по сравнению с гидромонитором ГМ-2 существенно улучшить качество струи, в 2 раза снизить потери напора, в 1,5—2,5 раза уменьшить массу, значительно облегчить управление гидромонитором.

Техническая характеристика гидромониторов типа ГМН приведена в табл. 13.1

Гидромонитор  ГМН-250С является усовершенствованием  гидромонитора ГМН-250. Новый гидромонитор отличается конструкцией шарнира между  нижним и верхним коленом. Кроме  того, в этой модели в целях упрощения  устранено быстроразъемное соединение верхнего колена с шаровым шарниром.

Конструкция шарнира  и общий вид гидромонитора  ГМН-250С показаны на рис. 13.4. На кольцо, приваренное к нижнему колену, навинчено кольцо, застопоренное  специальными винтами, предупреждающими его отвинчивание во время работы гидромонитора. К фланцу верхнего колена на болтах крепится обойма, разрезанная по диаметру на две половины, соединяемые между собой болтами. Точность сборки обоймы обеспечивается цилиндрическими штиф центрального болта.

Таблица 13.1 
Технические характеристики гидромониторов

Для него характерно значительное увеличение радиусов закруглений  верхнего и нижнего колен, уменьшение массы гидромонитора (170—180 кг), а  также разборность конструкции, позволяющая разъединить гидромонитор на две части без нарушения  уплотнений в шарнирах.

Усилия, отрывающие верхнее колено от нижнего, воспринимает шарикоподшипник 3. Эти гидромониторы  отлично зарекомендовали себя на производстве и быстро вытесняют  все другие модели. К гидромонитору  выпускают насадки диаметром 52; 65; 75; 90 и 105 мм. Угол подъема и опускания ствола составляет 27°. Допускаемое давление 1,5 Мн/м2. Масса гидромонитора с одной насадкой 187 кг.

Рис. 13.4. Гидромонитор ГМН-250С: 
а— общий вид гидромонитора; 6— горизонтальный шарнир гидромонитора; 1 — нижнее колено; 2 — обойма; 3 — шарикоподшипники; 4 — кольцо; 5 — нажимная крышка сальника; 6 — болт стяжной; 7 — фланец верхнего колена; 8 — верхнее колено; 9 — болты

Дефлекторы. Управление гидромонитором заключается в поворачивании  его ствола относительно вертикальной или горизонтальной оси для направления струи в нужную точку забоя. В небольших гидромониторах и при незначительных давлениях эти повороты может легко осуществлять один рабочий при помощи рычага-противовеса (водила). Однако современными гидромониторами, диаметр насадки которых достигает 225 мм, входного отверстия — 500 мм, общая длина доходит до 7—8 м, а масса гидромонитора без воды до 4 т, управлять вручную невозможно. Чтобы облегчить управление гидромонитором, применяют особое приспособление — дефлектор.

Принцип действия дефлектора заключается в том, что  ось струи, совпадающая нормально  с осью ствола гидромонитора, при  помощи специального наконечника отклоняется  в ту или иную сторону на незначительный угол; при этом возникает сила реакции Y, которая и поворачивает ствол гидромонитора в нужном направлении. Схема действия сил показана на рис. 13.5, а.

Рис. 13.5. Схемы  управления гидромонитором при помощи дефлектора: а — схема действия сил; 6, в — управление гидромонитором сидя на стволе и стоя рядом

Дефлектор поворачивается при помощи рукоятки. Благодаря выгодному  соотношению плеч сила, потребная  для поворота дефлектора, очень незначительна. На рис. 13.5 показано управление гидромонитором при помощи дефлекторов. В крупных моделях гидромониторщик сидит непосредственно на стволе гидромонитора, в средних — стоит рядом (рис. 13.5, б, в).

Устройство первого  дефлектора в основном такое же, как и шарового шарнира гидромонитора. Такой дефлектор рекомендуется применять при давлениях до 1 Мн/м2.

На более высоких  давлениях применяют другой дефлектор, отличающийся от предыдущего тем, что  дефлектор помещается не между стволом  и насадкой, а закрепляется на конце  насадки. Диаметр муфты дефлектора несколько больше диаметра струи, так что обычно струя не касается муфты. Дефлектор соединен с насадком шарниром с двумя взаимно перпендикулярными осями вращения так, что рабочий рычаг может повернуть дефлектор в нужном направлении.

Преимущество  этого дефлектора заключается в том, что в нем не возникает дополнительных гидравлических потерь. Однако дефлекторы большого распространения не получили, и в настоящее время управление гидромонитором облегчают путем применения систем дистанционного управления.

Гидромонитор ГМН-250С с гидравлическим управлением. Управление гидромонитором осуществляется с пульта, который может быть удален на расстояние до 50 м (рис. 13.6).

Вращение относительно вертикальной оси осуществляется цилиндром  в шарнире. Повороты ствола в вертикальной плоскости производятся цилиндром в шарнире. Ствол гидромонитора 6 соединен с шарниром соединительным коленом. Уплотнение обоих шарниров обеспечивается сальниковыми устройствами или резиновыми самоуплотняющимися манжетами. Новый гидромонитор благодаря неизменяемым сечениям его колен отличается малыми гидравлическими потерями.

На базе гидромониторов ГМЦ-200 была смонтирована гидромониторная  установка с управлением на расстоянии до 35 м.