Двухпоршневые растворобетононасосы – эффективное оборудование для условий строительной площадки

И.А. Емельянова, А.А. Задорожный, Н.А. Меленцов, Човнюк Ю.В.

Аннотация

Приведена классификация двухпоршневых растворобетононасосов с механическим приводом, которые внедрены в условиях разных видов строительства. Раскрыты их конструктивные особенности. Показана конструктивная схема нового бетононасоса с гидравлическим приводом.

Более 15 лет кафедра механизации строительных процессов Харьковского национального университета строительства и архитектуры занимается внедрением в строительство малогабаритных двухпоршневых растворобетононасосов, которые созданы на основании результатов многочисленных исследований.

Такие машины запатентованы в Украине и широко используются на различных строительных объектах как для транспортирования строительных растворов и бетонных смесей различного назначения, так и для выполнения работ способом мокрого торкретирования.

Классификация двухпоршневых растворобетононасосов, которые уже получили широкую апробацию в строительстве [1,2], представлена на рис.1.

Рис. 1. Классификация двухпоршневых растворобетононасосов с механическим приводом

Особенно выгодно использовать такие насосы при выполнении небольших объемов бетонных работ, при ремонтных и восстановительных работах действующих зданий и сооружений, при использовании малоподвижных смесей для подачи смесей в труднодоступные места. В таких случаях неэффективно применять бетононасосы с повышенной производительностью, которые зачастую выполняют работы вышеуказанного назначения.

Из группы существующих двухпоршневых растворобетононасосов первым появился противоточный растворобетононасос с вертикальной колонкой, шаровыми клапанами и расположением цилиндров друг над другом (рис. 2).

Рис. 2. Противоточный двухпоршневой

растворобетононасос с шаровыми

клапанами и вертикальной колонкой

Одним из недостатков конструкции таких машин является отсутствие
возможности работать на малоподвижных смесях. Однако такой насос хорошо работает на подвижных бетонных смесях с максимальной фракцией заполнителя до 10мм.

С его помощью был произведен ряд работ по ремонту и реконструкции зданий и сооружений г. Харькова способом мокрого торкретирования.

Рис. 3. Технологический комплект оборудования для выполнения

торкрет-работ с использованием максимальной фракции заполнителя d_max = 20 мм (ремонтные работ в Харьковском аэропорту)

В частности, ремонтные работы Харьковского аэропорта выполнялись технологическим комплектом оборудования при использовании бетонных смесей с максимальной фракцией заполнителя d_max=20 мм. (рис.3) [3].

Это стало возможным при включении в технологическую схему выполнения работ ячейкового питателя с дополнительной пневмокамерой, обеспечивающих подачу крупного заполнителя d_max = 20 мм в транспортную магистраль, куда параллельно поступает мелкозернистая бетонная смесь от двухпоршневого растворобетононасоса с диаметром заполнителя d_max = 10 мм [4].

Рис. 4. Прямоточный двухпоршневой расстворобетононасос с конусными подпружиненными клапанами и вертикальной колонкой

Принцип прямоточной подачи впоследствии был реализован при реконструкции противоточных растворобетононасосов. Был создан прямоточный двухпоршневой расстворобетононасос с конусными подпружиненными клапанами и вертикальной

колонкой (рис. 4). Такая реконструкция позволила использовать насос для работы на малоподвижных смесях (П = 5…6 см) с исключением возможности расслоения бетонной смеси в рабочем пространстве машины [5].

Такой насос успешно был использован только для ремонтных работ зданий, но также и для нанесения гидроизоляционных покрытий на внутренние поверхности фонтанов (рис. 5).

Рис. 5. Использование двухпоршневого растворобетононасоса с конусными подпружиненными клапанами и торкрет-соплом с кольцевым насадком при нанесении гидроизоляционного слоя на внутреннию поверхность фонтана (ул. Сумская, 50, г. Харьков)

С целью изыскания возможности работы таких машин на мелкозернистых бетонных смесях пониженной подвижности (П = 4…5 см) был создан двухпоршневой расстворобетононасос с горизонтальным расположением поршней и принудительной загрузкой (рис. 6). Насос использовался при ремонтных работах одного из государственных зданий г. Харькова [6].

Однако при работе двухпоршневого прямоточного растворобетононасоса с вертикальной колонкой на малоподвижных бетонных смесях были случаи зависания верхнего конусного всасывающего клапана.

Эксплуатация выше рассмотренных машин в условиях строительной площадки показала необходимость дальнейшего их усовершенствования с целью увеличения пропускной способности клапанных узлов. При установке вместо конусного шарового тарельчатого всасывающего клапана работа машины стабилизировалась.

Рис. 7. Двухпоршневой растворобетононасос с горизонтальным расположением поршней и тарельчатыми клапанами

1 – загрузочный бункер; 2 – мотор-редуктор; 3 – клиноременная передача; 4 – коленчатый вал, 5 – шатун компенсационного поршня; 6 – тяга компенсационного поршня; 7 – шатун рабочего поршня; 8 - тяга рабочего поршня; 9 – шток рабочего поршня; 10 – шток компенсационного поршня; 11 – шарнирно-упорные подпятники рабочего и компенсационного поршней; 12 – рабочий и компенсационный поршни; 13 – цилиндры рабочего и компенсационного поршней; 14 – корпус колонки растворобетононасоса;
15 – выходной патрубок; 16 – компенсационная камера растворобетононасоса;
17 – нагнетательный тарельчатый клапан; 18 – подпружиненный тарельчатый всасывающий клапан; 19 – рабочая камера растворобетононасоса

В связи с этим, разработан, изготовлен и апробирован в условиях строительства двухпоршневой расстворобетононасос с тарельчатыми подпружиненными клапанами (рис. 7), техническая характеристика которого приведена в табл. 1.

Таблица 1

Техническая характеристика двухпоршневого растворобетононасоса с горизонтальным расположением поршней и тарельчатыми клапанами

Производительность, м^3/ч	4,0...4,5
Предельное давление, МПа	3,8…4,0
Частота движения поршней, мин^-1	58
Дальность подачи по горизонтали, м	200
Дальность подачи по вертикали, м	70
Диаметр бетоновода, мм	50
Мощность двигателя, кВт	7,5
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота	1480 810 930
Масса (без шлангов), кг	500

Рис. 8. Технологическая схема проведения ремонтно-восстановительных и работ способом мокрого торкретирования

1 - торкретируемая поверхность; 2 - компрессорная установка; 3 - автобетоносмеситель; 4 - растворобетононасос; 5 - бетоновод; 6 - воздушный шланг; 7 - торкрет-сопло с кольцевым насадком

Установка клапанов тарельчатого типа, по сравнению с шаровыми и конусными, позволяет при всасывании рабочим поршнем пропускать больший объем бетонной смеси за счет увеличения площади проходного сечения, образованного зазором между основанием клапана и сечением корпуса насоса. Кроме того, в процессе нагнетания рабочим поршнем насоса бетонной смеси в компенсационную камеру создаваемое давление воздействует на основание всасывающего тарельчатого клапана, что, в свою очередь, приводит к его быстрому закрытию и снижению противотока бетонной смеси в приемном бункере. В дальнейшем, работа этих клапанов показала, что эффективность их использования зависит от угла их раскрытия: противотоки смеси были уничтожены при уменьшении угла раскрытия с 45⁰ до 15⁰ [7].

Технологическая схема проведения ремонтно-восстановительных работ способом мокрого торкретирования на одном из жилых зданий г. Харькова приведена на рис. 8.

При использовании технологического комплекта оборудования (рис.8) были приняты во внимание результаты проведенных исследований динамической вязкости транспортируемой бетонной смеси по трубопроводам, которая рассматривалась как функция состава строительной смеси, способа доставки смеси на строительную площадку и интервала времени между загрузкой готовой смеси в автобетоносмеситель и ее подачей в растворобетононасос [8]. Результаты исследований показали, что ухудшение свойств бетонной смеси уже наблюдаются после 10…15 минут после ее приготовления, что следует брать во внимание при использовании автобетоносмесителей.

Кроме того, проведены исследования работы эластичных трубопроводов на предмет стабильного транспортирования бетонных смесей при полном отсутствии автоколебательных явлений в гибких шлангах [9].

Результаты исследований показали, что при длине шлангов от 10м. до 100м. диаметром 50 мм. и транспортировании как малоподвижных бетонных смесей (П₁=4,5…6 см.), так и транспортировании подвижных бетонных смесей (П₁=10…11 см.), продольные и поперечные колебательные явления в них отсутствуют. Для работы на шлангах больше длины следует использовать замковые соединения.

Торкрет-работы (рис.8.) проводились с помощью торкрет-сопла которое имеет кольцевой насадок [10]. Такие сопла обеспечивают концентрированную струю бетонной смеси, выходящей из сопла в кольце сжатого воздуха со скоростью м/с [11]. Такой способ торкретирования позволяет до минимума свести отскок частиц смеси от обрабатываемой поверхности: при пластификаторе – до 3…5%, без пластификатора – до 10…15%.

Таким образом, двухпоршневые растворобетононасосы можно считать универсальными машинами.

Большим преимуществом их является возможность работы на малоподвижных смесях.

Учитывая все вышесказанное, можно утверждать, что такие машины эффективно работают в условиях стройплощадок и могут представлять интерес для строителей.

На основании опыта эксплуатации двухпоршневых растворобетононасосов с механическим приводом и производительностью П_техн до 5,0 м³/ч создан двухпоршневой бетононасос с гидравлическим приводом и оригинальным распределительным узлом, который при производительности П_техн до 10 м³/ч сможет работать на бетонных смесях с максимальной фракцией заполнителя d_max=20…30 мм. [12].

Новое конструктивное решение бетононасоса позволяет создавать машины с повышенной производительностью и расширенными возможностями работы как на подвижных, так и на малоподвижных смесях при экономичных затратах энергии, малой металлоемкости, по сравнению с существующими бетононасосами. Общий вид бетононасоса показан на рис. 9.

В таблице 2 представлена техническая характеристика бетононасоса с гидравлическим приводом и шиберным распределительным узлом.

Рис. 9. Бетононасос с гидравлическим приводом и шиберным распределительным узлом

1- полозья; 2- загрузочный бункер; 3- бак для масла; 4- основной гидронасос; 5- элекродвигатель привода; 6- регулировочный винт; 7, 7’- силовой гидроцилиндр рабочего поршня; 8, 8’- рабочий поршень; 9,9’- рабочий цилиндр; 10- шиберный распределительный узел; 11- бетоновод; 12- гидромотор привода побудителя; 13- зубчатая передача привода побудителя; 14- вал с вертикальными стержнями побудителя; 15- гидроцилиндры управления перемещением шиберного распределительного узла; 16- блок гидравлического управления гидросистемой бетононасоса (гидрораспределители); 17- шкаф электрического управления бетононасосом; 18- рама; 19- задняя стенка корпуса бетононасоса; 20- передняя стенка корпуса бетононасоса.

Таблица 2.

Техническая характеристика бетононасоса с гидравлическим приводом и шиберным распределительным узлом

Производительность, м^3/ч	10
Максимальная фракция заполнителя, мм	30
Максимальное рабочее давление, МПа	17.5
Ход рабочего поршня, мм	630
Диаметр рабочего поршня, мм	125
Диаметр бетоновода, мм	100
Дальность подачи по горизонтали, м	200
Высота подачи по вертикали, м	50
Мощность, кВт	30
Габариты, мм	3320х1060х1100

Выводы

1. Приведена классификация двухпоршневых растворобетононасосов с механическим приводом.

2. Раскрыты особенности конструктивного решения двухпоршневых растворобетононасосов, которые прошли апробацию в различных видах строительных работ.

3. Показаны преимущественные стороны двухпоршневого растворобетононасоса с тарельчатыми клапанами.

4. Показана возможность результатов эксплуатации двухпоршневых растворобетононасосов с механическим приводом использовать для создания бетононасоса с гидравлическим приводом.

1. И.А. Емельянова, А.А. Задорожный, С.А. Гузенко, Н.А. Меленцов. Двухпоршневые расстворобетононасосы для условий строительной площадки. – Х.: Тимченко, 2011. – 196 с.

2. І. А. Ємельянова Малогабаритне обладнання для умов виконання торкрет-робіт і транспортування будівельних сумішей в умовах будівельного майданчика / І. А. Ємельянова – Харків: ХДТУБА, 2009. 86 с.

3. И.А. Емельянова, А.А. Задорожный, А.С. Непорожнев, С.А. Гузенко. Особенности транспортирования крупнозернистых бетонных смесей с использованием малогабаритного оборудования. // Труды Международной научно-технической конференции "Интерстроймех – 2008." Владимир: ВГУ, 2008. – С. 200 – 206.

4. И.А. Емельянова, А.Н. Баранов, А.А. Задорожный, А.Н. Проценко, У.К. Регли. Использование оборудования «мокрого» торкреторования в условиях реконструкции зданий и сооружений. // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 1998. – Вип. 2. –
С. 26 – 29.

5. Деклараційний патент 28374 Україна, Е04F21/06 21/12 Прямоточний двохцилiндровий диференцiйний розчинонасос / І. А. Ємельянова, Гончаренко Д.Ф., Баранов А.М., Іванов В.П., Задорожний А.О.; заявник та патентоодержувач Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури; заявл. 22.10.96; Опубл. 16.10.2000.

6. И.А. Емельянова Двухпоршневой растворобетононасос с кулачковым приводом и возвратной кулисой / А.А. Задорожный // Науковий вісник будівництва. Харків: ХДТУБА. 2001. Вип. №13 - С. 34-38.

7. И.А. Емельянова Исследование работы клапанных узлов универсальных двухпоршневых расстворобетононасосов/ И.А. Емельянова, А.А. Задорожный, Н.А. Меленцов // Труды Международной научно-технической конференции "Интерстроймех – 2012." Ижевск: ИжГТУ, 2012. – С. 55 – 61.

8. И.А. Емельянова Зависимость производительности бетононасосов «растворобетононасосов» от свойств транспортируемой по трубопроводам строительной смеси / И.А. Емельянова, А.А. Задорожный, Ю.В. Човнюк, Н.А. Меленцов// Ж. “Наука в центральной России” – Тамбов: ГНУ ВНИИТин Россельхозакадемия, 2013, №1, -С. 9-15.

9. И.А. Емельянова Особенности движения бетонной смеси по эластичному трубопроводу / И.А. Емельянова, А.А. Задорожный, Ю.В. Човнюк //Ж. “Технологии бетонов”- Москва: ООО Композит XXI век, №11, 2013- С.23-25.

10. І.А. Ємельянова Використання торкрет-сопел з кільцевим насадком при використанні торкрет-робіт способом мокрого торкретування – Київ: КНУБА, УАН, Тези доповідей міжнародної науково-технічної конференції “Енергоощадні машини і технології”, 2013 – С.46-47.

11. Пат. 18160А Україна E04В 1/00, E04В 1/04 Спосіб одержання торкрет-бетону /Ємельянова І.А., Гончаренко Д.Ф., Баранов А.М., Іванов В.П., Задорожний А.О.; заявник та патентоодержувач Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури: заявл. 26.01.95, опубл. 01.07.97.

12. Заявка на отримання Патенту України на винахід а 201112455 “Бетононасос”/автори Ємельянова І.А., Задорожний А.О., Непорожнев О.С., Меленцов М.О., заявник та патентоодержувач Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури: заявл. 24.10.2011.