Определение производительности поршневого бетононасоса

Поршневые бетононасосы с маслогидравлическим приводом используются в строительстве самых разнообразных объектов. Производители предлагают большое количество моделей таких насосов с широким спектром параметров. Строителей, в первую очередь, интересует подача (производительность) Q (выражается в м³/час), и высота H (или дальность L ), на которую можно подать бетонную смесь.

В техническом паспорте продукции указывается максимальная производительность и максимальное давление P (МПа) на выходе бетононасоса. Известно, что максимальные значения Q и P не могут быть достигнуты одновременно. Например, увеличение дальности подачи приводит к снижению производительности. Часто в технической документации приводятся значения максимальной дальности и высоты подачи, не уточняя, для каких параметров бетонных смесей указаны такие показатели.

Помочь строителям, в выборе бетононасосов призваны диаграммы и номограммы производительности. Методика выбора необходимых параметров бетононасоса с помощью диаграммы производительности подробно рассмотрена в [1, 2]. В данной статье рассмотрим возможность использования номограммы производительности бетононасоса.

В [3] для ориентировочных расчетов при определении технических возможностей бетононасосов была построена номограмма (рис. 1), показывающая зависимость между производительности установить возникающее давление в бетоноводе при определенной подвижности бетонной смеси, дальности ее подачи и диаметре трубопровода.

При расчете номограммы в [3] была использована эмпирическая зависимость:

4 L

A P ---( т 0 + b • V ) + у • g • h ,      (1)

d

Определение производительности поршневого бетононасоса давлением в бетоноводе, его диаметром, дальностью подачи, производительностью насоса и подвижностью бетонной смеси (осадкой конуса, ОК). Схема определения производительности бетононасоса по известному давлению в бетоноводе показана на номограмме пунктирной линией. С помощью номограммы можно решить и обратную задачу – по требуемой где: ΔP – потери давление на транспортирование смеси по бетоноводу, Па; L – приведенная (расчетная) длина трубопровода, м; d – внутренний диаметр бетоновода, м; γ – объемная масса бетонной смеси (плотность), кг/м3; τ – предельное напряжение сдвига бетонной смеси, Па; g – ускорение свободного падения, м/с2; h – высота подачи бетонной смеси, м; b – коэффициент скорости, Па·с/м; V – средняя скорость движения смеси, м/с:

V = 4 ■ Q / ( п ■ d ²) . (2)

Для случая горизонтального трубопровода h =0. Тогда из пяти величин Δ P , L , ОК, d , Q четыре можно задать, а пятую рассчитать по формулам (1 – 2). В этом заключается основной принцип использования номограммы (рис. 1). Но возможно это только при заданной зависи-

Рисунок 1 – Номограмма производительности поршневого бетононасоса при оптимальном рабочем давлении в бетоноводе (0,28 – 1,41 МПа), максимальном постоянном (1,41 – 1,76 МПа) и максимальном кратковременном давлении (1,76 – 2,11 МПа) [3]

Известно (см., например, [3, 4]), что величина τ и b зависят не только от подвижности, но и от состава бетонной смеси. Так номограмма (рис. 1) была составлена для бетонных смесей с содержанием 55% крупного заполнителя – природного гравия, имеющего размер зерен не более 25,4 мм. При использовании в качестве крупного заполнителя щебня рабочее давление в трубопроводах увеличивается. Кроме того, следует учесть, что по номограмме определяется не фактическая длина трубопровода L0, а приведенная, с учетом местных гид- равлических потерь (в конусе, на поворотах бетоновода).

Некоторые производители строительных машин (например, [5, 6]) номограмму производительности бетононасоса начинают дополнять диаграммой P-Q (рис. 2). Большинство современных бетононасосов может работать в двух режимах: высокого давления (со стороны поршня) и высокой производительности (со стороны штока). Технические характеристики стационарных бетононасосов серии THS представлены в табл. 1. Модель насоса с приводом от дизельного двигателя маркируется буквой D , от электрического – Е .

Таблица 1 – Технические характеристики стационарных бетононасосов серии THS [5]

Характеристика, единицы измерения	Модель насоса
	70 E	80 D	110 D	140 D
Наибольшая производительность, м³/час
- со стороны штока	66	71	102	135
- со стороны поршня	40	43	62	82
Наибольшее давление, МПа
- со стороны штока	75	75	75	95
- со стороны поршня	125	125	125	155
Частота (количество двойных ходов поршня), об/мин
- со стороны штока	25	27	38	38
- со стороны поршня	15	16	23	23
Объем подачи за двойной ход поршня, л	72	88	88	116
Общая масса, кг	5 200	5 400	5750	5800
Мощность двигателя, кВт	75	95	145	145

Рисунок 2 – Номограмма бетононасоса THS-70E в режиме высокой производительности [5]

Н.Л. Великанов, В.А. Наумов, С.И. Корягин

Покажем, как пользоваться номограммой. Пусть необходимо определить дальность подачи при максимальной производительности бетононасоса THS-70E для смеси с осадкой конуса ОК=10 см, внутренний диаметр бетоново-да d = 125 мм.

В рабочем режиме по диаграмме производительности 66 м3/час (точка на рис. 2), давление на выходе бетононасоса будет 4 МПа. От указанной точки проводим:

• 1)    горизонтальную линию до пересечения с лучом диаметра бетоновода (125 мм), из точки пересечения – вспомогательную вертикальную линию;

• 2)    вертикальную линию до пересечения с лучем осадки конуса (ОК=10 см), из точки пересечения – вспомогательную горизонтальную линию;

• 3)    пересечение двух вспомогательнвх линий показывает максимальную дальность горизонтальной подачи, в нашем примере – около 150 м.

В технических документах производителя [5] ничего не сказано о реологических параметрах перекачиваемой смеси, для которой получена номограмма. Может создаться впечатление, что она универсальна, пригодна для любой бетонной смеси. В действительности это не так. Реологические свойства бетонной смеси, использованной в расчете, можно получить косвенным путем по рис. 2.

Формулы, связывающие величины на номограмме:

Q ■ tg a ( d ) ■ tg у ⁽ L ) = P ■ tg p ⁽ OK ) , (3)

где a (d) - угол наклона луча диаметра бетоно- вода к оси Q; у (l ) — угол наклона луча длины трубопровода к оси P; в (ok ) - угол наклона луча осадки конуса к оси P.

По рис. 2 находим tga (12 5 мм ) = 0,113 ; tg у (L) = а ■ L , a = 2,976 ■ 10-3 ;                     (4)

tgв ( OK ) = - 0,27 5 + 0,23 7 ■ OK - ... - 0,02 60 ■ OK ² + 0,00 1 35 ■ OK ³

;  (5)

Подставляем (4), (5) в уравнение (3) и решаем совместно с равенством, следующим из (1 – 2 ) для горизонтального трубопровода:

P ■ d = 4 L ■ ( r „ + 4 b ■ Q /( n ■ d ²) ) .    (6)

Для всех значений ОК решение численным методом дает _Tq = 0 . А зависимость коэффициента скорости от осадки конуса показана на рис. 3. Для сравнения на рис. 4 приведен график из [1].

Таким образом, номограмма [5] вовсе не универсальная, в ней использованы характеристики вполне определенной бетонной смеси с очень малым предельным напряжением сдвига и зависимостью b (OK), показанной на рис. 3.

Рисунок 3 – Зависимость коэффициента скорости от осадки конуса бетонной смеси, использованная в [5 ]

Рисунок 4 – Зависимость реологических параметров одной из бетонных смесей, полученная в [1]

Аналогичная номограмма производительности бетононасосов предложена производителем из Турции [6]. На рис. 5 видно, что изменения коснулись лишь формы графика: лучи осадки конуса поменялись местами с лучами длины бетоновода, а луч диаметра бетоновода построен только один, для d = 125 мм.

При использовании таких номограмм погрешность, в зависимости от свойств бетонных смесей, может превысить 100%.

Рисунок 6 – Номограмма производительности бетононасосов BETONSTAR [6]