Вакуумный экскаватор - специфика оборудования

Вакуумный экскаватор - специфика оборудования

18.08.2017

Все мы знаем, что основными видами разработки грунта в России являются механический и ручной, но во всем остальном мире давно уже используется «технология мягкой экскавации». Этот вид земельных работ производится так называемыми вакуумными экскаваторами.

Вакуумные экскаваторы – это разновидность вакуумного оборудования, машина, имеющая широкий всасывающий рукав и создающая мощное разрежение всасывания. Они способны разрыхлять или размывать (вода поступает из специального резервуара) грунт, в том числе, по некоторым данным, и мерзлый, и другие материалы, 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. Если в процессе используется вода, она может регенерироваться для повторного использования путем фильтрации в замкнутой системе машины.

Вакуумный экскаватор - описание

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.

В России 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, 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 стремится к нулю. Грунт вблизи подземной трубы или кабеля размывается струей воды или воздуха и отсасывается вакуумным рукавом. В зависимости от типоразмера вакуумной машины и типа грунта шурф площадью 80 cм2 и глубиной 1,5 м может быть вырыт за 30–20 минут или менее (только сначала придется убрать твердое покрытие – плитку, асфальт). Имеются модели 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.

Мягкий рукав в работе вакуумного экскаватора

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.

Темп выемки грунта различных типов вакуумной машиной

Вариант грунта Темп выемки грунта различных типов, м3 Время, необходимое для выемки 1 м3, мин
Плотный глинистый грунт, в котором находятся кабели и трубы 1,7 36
Сухой плотный грунт 2,5 24
Влажный плотный грунт или глина 3,0 20
Глинистый грунт средней плотности, в котором находятся кабели и трубы 4,0 15
Грязь, илистый грунт, гравий и каменные осколки 6,0 10
Песчаный грунт 10,0; 6
Вода 30,0 2
Выкопать вручную плотный глинистый грунт, в котором находятся кабели и трубы 0,25 240 (4 ч)

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.

Источник - журнал "Основные средства".