<
Всасывающий монстр.
Появление новых инновационных технологий является следствием постоянного стремления человека к повышению качества своей жизни. бывает и так, что старые технологии можно по-новому использовать, добиваясь при этом отличных результатов. Так случилось и с вакуумными экскаваторами, известными еще с 50-х годов прошлого века: их возможности в полном объеме начали использоваться только в наши дни. Все мы знаем, что основными видами разработки грунта являются механический и ручной, но во всем остальном мире давно уже используется «технология мягкой экскавации». Этот вид земельных работ производится так называемыми вакуумными экскаваторами. Тем, кто только ознакомился с ними сейчас, уже навсегда останутся горячими сторонниками их удивительной силы.
Эти многофункциональные машины сегодня применяются в разных отраслях.
.В статье рассмотрена широко используемая в настоящее время в мире технология аккуратной экскавации с применением вакуумных экскаваторов. Представлены основные типы вакуумных экскаваторов, обозначены их преимущества и недостатки. Показано внутреннее устройство вакуумного экскаватора, а также приведены темпы выемки грунта различных типов вакуумной машиной. Подробно рассмотрены преимущества вакуумных экскаваторов при работе в городских условиях реконструкции газораспределительных сетей, когда существует большая вероятность повреждения других близлежащих коммуникаций. Проведение земляных работ в густозаселенных районах города требует согласования всех заинтересованных сторон, чьи инженерные коммуникации проложены в предполагаемом месте работ. Для этого создается комиссия, которая выезжает на место. Применение вакуумного экскаватора позволяет избежать этой процедуры и приступить к работам, поскольку бережное изъятие грунта делает риск повреждения коммуникаций минимальным. Одно из бесспорных преимуществ вакуумных экскаваторов – последующая рекультивация.
Принцип работы вакуумного экскаватора.
Принцип работы вакуумного экскаватора основан на разрыхлении или размытии (вода поступает из специального резервуара) грунта, в том числе мерзлого, и других материалов, вплоть до сыпучих каменных, струями воздуха или воды под высоким давлением. Образовавшаяся полужидкая или сыпучая пульпа забирается через всасывающий рукав с помощью разрежения, создаваемого мощным вакуумным насосом, в сборочный бункер специальной конструкции для транспортировки и утилизации, где твердые частицы осаждаются, а жидкость частично отфильтровывается. Выгрузка содержимого производится самосвальным способом при подъеме бункера либо выталкивающей плитой с гидравлическим приводом, а жидкая фракция может удаляться либо самотеком, либо принудительно под давлением воздуха от насоса. Загружено с ошибкой. Вакуумные экскаваторы, предназначенные для всесезонной эксплуатации, имеют металлическую теплозащитную облицовку, сохраняющую тепло в отсеках с гидрооборудованием. Отсеки отапливаются автономными отопителями, что позволяет использовать машины при отрицательных температурах.
Этот вид земляных работ обычно называют «технологией мягкой экскавации», и, как правило, он считается равным по уровню безопасности или даже более безопасным, чем выемка грунта вручную в «опасной зоне» непосредственно вблизи подземных коммуникаций.
Имеются десятки миллионов километров коммунальных коммуникаций (проще говоря, трубопроводов и кабелей), проложенных под землей, и если нужно их обнаружить и отрыть, например, для ремонта или замены, или проложить новую коммуникацию, зачастую сделать это непросто. В городах коммуникации проложены очень густо, и поэтому электромагнитные методы локации не всегда дают точный результат и могут иногда не «разглядеть» коммуникации Существуют также модели комбинированных вакуумных экскаваторов, которые оснащены воздушным компрессором. Там, где имеют место ограничения по применению воды, можно с успехом использовать все преимущества сжатого воздуха: очищать коммуникации от грунта, вспахивать и рыхлить грунт, и в совокупности с вакуумом проделывать шурфы, отверстия и приямки. К воздушному компрессору экскаватора подключаются отбойный молоток, пневматический рыхлитель, различный специальный пневматический инструмент.
Важный плюс работы вакуумного экскаватора - скорость и качество. Например, при шурфовке вручную участка, где расположены различные коммуникации, на работы по раскопкам или очистке кабелей, трубопроводов и арматуры, колодцев и тепловых камер, порой затрачиваются сутки. В зимний период, кроме всего прочего, время тратится на отогрев грунта. При работе вакуумного экскаватора такую работу можно выполнить за 2 часа, летом - за 1 час и гарантировать, что все коммуникации останутся целыми и не будут повреждены. Если речь идет о прочистке или откачке колодцев и тепловых камер, то участок и восстанавливать не потребуется: закрывается крышка люка и все. Прочистить колодец с помощью вакуумного экскаватора можно за 15 мин.
Кроме того, вакуумный экскаватор можно применять на труднодоступных и ограниченных участках. Например, на узкой городской улочке, куда нельзя подвести крупногабаритную технику, легко пройдет гибкий рукав вакуумного экскаватора. Обычный экскаватор работает на участке 5x5 м, вакуумный - 1x1,5.особенно если они неметаллические или окружены посторонними предметами плотной структуры - камнями, остатками бетонных балок и т. п.
В такой ситуации визуальная проверка местоположения коммуникаций перед началом механической выемки грунта землеройной техникой имеет большое значение для предотвращения повреждений этой инфраструктуры.
Эффективным решением этой проблемы является использование вакуумных экскаваторов для выемки разведочных шурфов. Важно подчеркнуть, что при выемке грунта вакуумным экскаватором риск повреждения коммуникации Машина для выемки грунта и других видов строительных работ использует мощный всасывающий воздушный поток, который создается одним или несколькими вентиляторами или насосами. Через рукав воздух вместе с материалом попадает внутрь машины, где проходит камеру сбора материала, затем систему фильтров и выходит обратно в атмосферу. Иногда изготовитель предусматривает автоматическую очистку фильтров бортовым компрессором. Высокая производительность установки обеспечивает движение потока во всасывающем рукаве с огромной скоростью (иногда более 100 м/с). Рукав, смонтированный на коленчатой или телескопической стреле с гидравлическим приводом, можно перемещать в нескольких плоскостях, обеспечивая высокую точность работ. С помощью насадок рукав удлиняется, таким образом, материал может транспортироваться и горизонтально до 200 м, и вертикально до 60 м. При необходимости извлеченный материал можно использовать для обратной засыпки участка раскопки. Камера сбора материала при выгрузке опрокидывается, как обычный ковш. У некоторых вакуумных установок можно обнаружить общие черты с илососными машинами или автополимеровозами (Bulk Tipper, специальные цистерны для перевозки гранулированных материалов).стремится к нулю. Грунт вблизи подземной трубы или кабеля размывается струей воды или воздуха и отсасывается Еще одна очень полезная функция вакуумных экскаваторов: специальная система обратной засыпки шурфа. При этом на стреле вакуумного экскаватора устанавливается дополнительная встроенная емкость. При выемке сухого и влажного грунта эта емкость наполняется перемолотым и измельченным грунтом, который в последствии можно использовать для обратной засыпки выкопанного участка. Стрела манипулятора позволяет подвести бункер точно к шурфу и через специальный дозатор засыпать выкопанный участок
Сферы применения вакуумных экскаваторов:
• цементные, химические и нефтеперерабатывающие заводы;
• металлургические комбинаты, металлообрабатывающие предприятия;
• электростанции;
• дорожное строительство;
• очистные сооружения, мусороперерабатывающие заводы;
• литейные заводы, алюминиевая промышленность;
• стекольная промышленность;
• бумажная промышленность;
• судостроительные верфи;
• элеваторы. вакуумным рукавом.
Возможные работы включают:
- Замена труб и фитингов
- Ремонт и установка новых газовых, водопроводных или отопительных труб, кабелей и канализационных линий
- Разведочные раскопки
- Техническое обслуживание и ремонт железнодорожных путей
- Использование ракет для перемещения грунта
- Устранение ущерба окружающей среде
- Замена загрязненного грунта вокруг корней деревьев
- Вывоз материала при демонтажных работах
- Очистка засоренных уличных желобов и промоин
- Удаление листьев
- Применение для специальных операций
Всасывающие экскаваторы устраняют необходимость в дорогостоящем и отнимающем много времени ручном труде. Системы заглубленных труб не подвергаются повреждениям. Производительность в шестнадцать раз выше, чем при обычных земляных работах.
В зависимости от типоразмера вакуумной машины и типа грунта шурф площадью 80 см2 и глубиной 1,5 м может быть вырыт за 30-20 минут или менее (только сначала придется убрать твердое покрытие - плитку, асфальт). Вакуумный экскаватор достаточно прост в управлении и при этом является одним из самых эффективных инструментов вакуумных экскаваторов, способных рыть шурфы и глубже, но городские коммуникации чаще всего располагаются на глубине до 2 м. Вообще же вакуумные экскаваторы способны производить выемку грунта до 50 м в глубину и, не меняя места расположения, производить выемку траншей до 200 м в длину в зависимости от типа материала.Заметим, что, как и в других новых видах техники, точное определение вакуумных экскаваторов пока не сформулировано. Некоторые специалисты считают вакуумными экскаваторами только мощные высокопроизводительные установки, способные вынимать грунт в объемах, сравнимых с обычными экскаваторами. С другой стороны, некоторые компании называют вакуумными экскаваторами любые установки, которые они выпускают, если эти вакуумные установки предназначены для разрыхления и отбора грунта даже в небольших объемах.
Вакуумные экскаваторы также можно использовать для прокладки городских коммуникаций, когда выемка грунта традиционным механическим способом сопряжена с риском повреждения существующих подземных коммуникаций ковшом экскаватора.
Кроме таких распространенных сфер вакуумные экскаваторы довольно широко используются на Западе, и особенно в США, во многих других отраслях. При работах горизонтально-направленного бурения они отбирают лишнюю буровую жидкость из скважины, роют ямы под столбы, заменяют балластный щебень на железнодорожных путях, при садово-парковых работах выкапывают деревья и кусты, не повреждая корней, и т. д.
Специалисты одной из компаний подсчитали производительность при выемке грунта различных типов вакуумной машиной.
На современном рынке вакуумных экскаваторов предлагаются машины следующих основных типов: гидродинамического, воздушного и комбинированного. Установки всех типов имеют преимущества и недостатки, однако наиболее распространены гидродинамические.
На современном рынке вакуумных экскаваторов предлагаются машины следующих основных типов: гидродинамического, воздушного и комбинированного. Установки всех типов имеют преимущества и недостатки, однако наиболее распространены гидродинамические.
Гидродинамический.При гидродинамическом методе для размыва и выемки грунта из скважины используется вода. Этот метод дает особенно хорошие результаты при разработке грунта дисперсной структуры или плотной глины.
Некоторые специалисты утверждают, что гидродинамическим способом размыв и удаление материала выполняются
намного быстрее, чем воздушным, потому что вода способна перемещать материал быстрее и с более высоким к.п.д. Если приходится работать с замерзшим или очень твердым материалом, воду можно подогревать с помощью бортовой нагревательной установки, что помогает процессу разрыхления этих материалов. Вода также работает как смазка и увеличивает срок службы экскавационного оборудования, уменьшая износ вакуумного рукава и других узлов, по которым подается материал.
Другим существенным преимуществом гидродинамической установки является меньший уровень шума и в целом более экологичная работа благодаря отсутствию пыли, которой всегда сопровождается разработка материала воздушной струей. Поэтому гидродинамический метод удобен для применения в городских условиях.
Воздушный.Несмотря на множество преимуществ гидродинамического способа, которые были перечислены выше, среди строителей распространяется тенденция использования машин с экскавационными установками воздушного типа, особенно в регионах с определенными типами грунтов. Как правило, воздушный метод разработки грунта дает лучшие результаты при разработке сухих песчаных или мелкодисперсных несвязных грунтов, а так же если объем работ невелик.
Принципиальным преимуществом воздушного метода перед гидродинамическим является то, что для работы не требуется вода (что очень важно в районах, где воды недостаточно), и то, что извлеченный грунт остается сухим, его не нужно куда-то вывозить и можно сразу же использовать снова для засыпки шурфов и траншей. Установка воздушного типа длительное время может работать без остановки, поскольку ей не нужно пополнять запас воды, а бортовые насосы способны непрерывно создавать необходимое давление воздуха. При выборке грунта вокруг подземных электрических кабелей или других легко повреждаемых коммуникаций предпочтительно использовать воздушный метод, поскольку при нем создается давление меньшей величины. По той же причине воздушный метод менее опасен для оператора. Если работа ведется вблизи подушки дорожного полотна, она не насыщается влагой.
Однако воздушный метод малоэффективен при разработке твердых грунтов. К тому же смесь грунта с воздухом работает в какой-то степени как пескоструйная установка и износ компонентов вакуумного экскаватора под воздействием частиц выше, чем при движении грунта в водяном потоке. Видимо, по-этому воздушные установки составляют пока небольшой процент от всего объема продаж вакуумных экскаваторов.
Комбинированные.В последние годы разработаны и предлагаются вакуумные экскаваторы, совмещающие преимущества установок гидродинамического и воздушного типов. В таких комбинированных установках можно менять рабочую среду (воду или воздух) переключателем. Если воздушная экскавация неэффективна на каком- то типе почвы, оператор может перевести машину на работу с водой, и машина не будет простаивать. Скорость гидродинамической экскавации настолько велика, что оператор может пропустить опасный момент обрушения стенок отрываемого котлована, поэтому на стадии работ, приближающейся к опасному моменту, машину можно перевести на работу воздухом.
Таких комбинированных установок продается намного больше, чем чисто воздушных. Они популярны, например, в нефтегазовой промышленности.
Машина для выемки грунта и других видов строительных работ использует мощный всасывающий воздушный поток, который создается одним или несколькими вентиляторами или насосами. Через рукав воздух вместе с материалом попадает внутрь машины, где проходит камеру сбора материала, затем систему фильтров и выходит обратно в атмосферу. Иногда изготовитель предусматривает автоматическую очистку фильтров бортовым компрессором. Высокая производительность установки обеспечивает движение потока во всасывающем рукаве с огромной скоростью (иногда более 100 м/с). Рукав, смонтированный на коленчатой или телескопической стреле с гидравлическим приводом, можно перемещать в нескольких плоскостях, обеспечивая высокую точность работ. С помощью насадок рукав удлиняется, таким образом, материал может транспортироваться и горизонтально до 200 м, и вертикально до 60 м. При необходимости извлеченный материал можно использовать для обратной засыпки участка раскопки. Камера сбора материала при выгрузке опрокидывается, как обычный ковш. У некоторых вакуумных установок можно обнаружить общие черты с илососными машинами или автополимеровозами (Bulk Tipper, специальные цистерны для перевозки гранулированных материалов).
Устройство вакуумного экскаватора
1. Вакуумный насос.
Вакуумный насос является ключевым компонентом вакуумного экскаватора. Он создает низкое давление внутри системы, что позволяет ему собирать материалы из окружающей среды. Вакуумный насос обычно работает на основе принципа перемещения через ступени, где воздух сжимается и вытягивается из системы, создавая вакуум.
2. Вакуумный бак.
Вакуумный бак предназначен для сбора и хранения материалов, которые были удалены с помощью вакуумного насоса. Он обычно имеет достаточную вместимость, чтобы собирать большое количество грунта, пыли или мусора, прежде чем его нужно будет очистить или удалить.
Вакуумный бак может быть снабжен дополнительными функциями, такими как фильтры для удаления пыли и других частиц из воздуха, чтобы предотвратить их попадание обратно в окружающую среду.
3. Шланги и насадки.
Вакуумный экскаватор оснащен шлангами и насадками, которые используются для направления потока вакуума на конкретные участки земли или пустоты. Эти шланги могут быть гибкими, чтобы дать оператору больше контроля и возможности достичь труднодоступных мест. Насадки также могут меняться в зависимости от нужд оператора. Они могут быть различной формы и размера для оптимального захвата и удаления различных типов материалов.
Новая функция «Технологии мягкой экскавации», разминирование.
«Четвертая задача — технологии разминирования. Ответ должен быть технологическим. Нам нужны сенсоры, которые работают по принципу радаров и используют световые лучи для обнаружения мин, а также системы, ставящие дымовые завесы, чтобы скрывать работу наших саперов. Мы можем использовать реактивные двигатели списанных самолетов, водометы или кассетные боеприпасы, чтобы проходить минные поля, не раскапывая их. Могут пригодиться и новые виды туннельных экскаваторов — вроде плазменных буровых роботов.»
Это цитата из доклада боевого военачальника, который столкнулся в современной войне в 2023 году, с протяженными минными полями.
Однако, речь идет об очистки от мин полей, беспокойство вызывает факт несоответствия темпов проводимого разминирования размаху продолжающейся установки мин: на место ежегодно снимаемых 100 тысяч мин ставится от 2 до 5 миллиона новых. При таких темпах разминирования количество неснятых мин к концу века возросло со 110 миллионов (стоимость снятия которых оценивается как минимум в 33 миллиардов долларов) до 135 миллионов.
«Технологиея мягкой экскавации», равная по уровню безопасности или даже более безопасным, чем выемка грунта вручную в «опасной зоне» непосредственно вблизи взрывоопасных объектов, мин делает ее незаменимой при разминировании. В наше время механизация этого ручного опаснейшего труда очень востребована. Созданная на основе технологии пневматичекого разрушения земли и всасывания породы, позволяет обнажать большие площади минных заложений, полей. При этом происходит освобождение поверхности от зарослей травы, и снега.
Традиционные способы разминирования включают применение ручных или автоматических деминировочных систем, что сопряжено с высоким риском для жизни саперов. Традиционные методы разминирования могут быть достаточно трудоемкими и затяжными процессами, особенно при разминировании больших площадей.
Во многих отраслях промышленности сжатый воздух регулярно используется для процессов сушки, охлаждения, транспортировки, разделения, смешивания и прочих. В тоже время применение сжатого воздуха довольно затратное и сопровождается созданием шума. Ключевым моментом в этом процессе является использование правильной форсунки или, как ее еще называют, воздушной гребенки.
Воздушные сопла, пропуская через себя поток сжатого воздуха, формируют направленную струю, имеющую уже достаточно большую скорость и ударную силу. Одним из вариантов прокола земли является использование сжатого воздуха. Принцип работы заключается в том, что воздух под высоким давлением подается внутрь специального инструмента, называемого бурилом. В результате сжатый воздух выходит из специальных отверстий расположенных на наконечнике инструмента, и образуется пневмоудар. Этот пневмоудар имеет достаточно большую силу, чтобы раздробить или разрушить землю перед инструментом, что позволяет пройти сквозь земную кору без использования других методов.
Преимуществом использования сжатого воздуха в процессе прокола земли является его скорость и точность.
Кроме того, прокол земли с использованием сжатого воздуха является экологически чистым методом, так как не требует использования ядовитых химикатов или других опасных веществ. Также метод является более безопасным, чем другие методы прокола земли, так как не появляются отходы и не создаются выемки, что позволяет сохранять целостность ландшафта вокруг места бурения.
«Технология мягкой экскавации», позволяет саперам ,занятыми в гуманном разминировании удалиться на безопасное расстояние, контролируя процесс удаления минных полей с помощью специальных дистанционно управляемых устройств, таких как беспилотные аппараты.
Такие машины, помощники саперов еще не работают в армии, создание их нелегкая, длительная, профессиональная работа, но, как видите, идея предложенная впервые, лежит на поверхности.
Воспользуемся предложением о применении сжатого воздуха в технологии разминирования.