Пылесос вместо ковша
Вакуумные экскаваторы 

Как работает вакуумный экскаватор

Принцип работы данного вида техники достаточно прост и на первый взгляд напоминает работу обычного пылесоса. Вакуумный экскаватор (вакуумный погрузчик) для выемки грунта и других видов 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/сек). 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.

 

Сферы применения

Раскопка действующих подземных инженерных сетей – дело непростое. Существует высокий риск случайного повреждения не только «своих», но и «чужих» коммуникаций, включая высоковольтные, оптоволоконные или газовые. Как правило, без применения ручного труда здесь обычно не обойтись. Вакуумный экскаватор в такой ситуации работает эффективнее (быстрее, безопаснее и чище) своего механического коллеги, даже в том случае если нет точной карты расположения магистралей под землей и нет возможности использовать систему локации. Ведь для доступа к нужной точке вакуумной машине достаточно лишь небольшого «пятачка». При авариях в системах водоснабжения интенсивный вакуум, забирающий грунт, обеспечивает еще и удаление вытекающей воды. При обеспечении доступа к электрическим кабелям вероятность их механического повреждения воздухом минимальна. Если дело касается аварий газопроводов, при использовании вакуумной технологии нижний предел воспламенения не может быть достигнут по определению, так как расход воздуха слишком большой и возможность образования взрывоопасной смеси снижается до минимума. Другой пример: вакуумная промышленная уборка на цементном производстве позволяет вернуть бо’льшую часть просыпанного цемента в работу, а очистка силосов с помощью вакуумного экскаватора – избежать тяжелого ручного труда. Собрать лишний щебень с рабочей площадки, убрать разлившиеся нефтепродукты, освободить от пыли и загрязнений (в том числе опасных веществ) производственные помещения и площадки – все это под силу вакуумному экскаватору. Он может также быстро выбрать выемку для укладки трубы, сделать скважину под сваю, очистить засорившийся трубопровод, выкопать траншею под фундамент. Отдельная, но важная функция – удаление бурового раствора из скважины в процессе горизонтального направленного бурения. Разнообразие сфер применения вакуумной землеройной техники почти бесконечно. Она работает в нефтегазовом секторе, строительстве, при прокладке телекоммуникаций, на электростанциях и нефтеперерабатывающих заводах.

Выбор подходящей модели

Широкий ассортимент вакуумных экскаваторов позволяет выбрать машину в рамках практически любого бюджета. Компактные прицепные модели можно перево­зить с помощью небольшого автомобиля. Самые большие из них монтируются на грузовое автомобильное шасси и имеют различные опции. Поиск подходящего вакуумного экскаватора, как и подбор любой другой строительной техники, начинается с четкого определения объема и вида работ, которые необходимо выполнить. Также предстоит определить максимальный размер частиц и характер грунта. Так, вакуумная машина не очень хорошо подойдет для работы с твердыми и мерзлыми грунтами. При таких условиях лучшим вариантом будет применение гидровакуумной технологии.

Большую роль играет также тип вакуумного насоса. Центробежные вентиляторы и жидкостно-кольцевые насосы используются в мощных системах, а поршневые насосы – в малых установках. Надо отметить, что на рынке не так много производителей, предлагающих модели, способные выполнять действительно серьезные задачи. Множество машин, особенно на американском рынке, обладают совсем небольшой производительностью и имеют простое устройство. В основном такие «экскаваторы» работают в городском хозяйстве. 

 

Производители и их технические решения

Немецкая компания MTS (Mobile Tiefbau Saugsysteme) GmbH, с 1998 г. известная своими разработками в данной сфере, выпускает две серии установок на автомобильном шасси – Dino и Mega-Vac. Более тяжелые Mega-Vac оснащены четырьмя вентиляторами, которые создают разрежение до 62 МПа, при этом их производительность превышает 40 000 м³/ч. Собранный материал помещается в контейнер объемом 9 м³ через рукав диаметром 250 мм. Расстояние подачи материала достигает 200 м, а глубина всасывания – 30 м. В зависимости от необходимой мощности всасывания могут работать 2 или 4 вентилятора. В качестве опции предлагается гидростатический привод хода машины с дистанционным управлением, который позволяет установке перемещаться одновременно с забором материала.

Отметим, что машины серии Mega-Vac в России пока еще большая редкость, а вот всасывающий экскаватор MTS Dino 3 на полноприводном шасси Man можно встретить, например, в транспортном подразделении ГУП «ТЭК СПб», где он эксплуатируется уже около года. Вакуумно-всасывающая установка Dino 3 оснащена контейнером объемом 8 м³ с системой обогрева. Два вентилятора с максимальной производительностью 36 000 м³/ч создают вакуум до 40 МПа. В качестве привода вентиляторов используется промежуточный вал отбора мощности, который приводится в действие от двигателя шасси. Бортовой роторный компрессор с ресивером служит для подключения пневмоинструмента (отбойной лопатки и двух пик), а также для очистки фильтров и обеспечивает давление 8 бар. Трехступенчатая система сепарации материала циклонного типа (такой же принцип применяется в современных моделях пылесосов) с электронно-управляемой импульсной очисткой позволяет задерживать до 98% тяжелых частиц. Камеры фильтров при выгрузке емкости очищаются автоматически. Рабочий орган машины, всасывающий шланг, монтируется на гидравлическом манипуляторе Mega Arm с дистанционным управлением, который имеет 5 степеней свободы и обеспечивает вылет от 5 до 8 м. Для разрыхления грунта применяется оцинкованная всасывающая труба диаметром 250 мм с металлической короной и четырьмя быстродействующими затворами. Скорость подъема и поворота стрелы регулируется вручную. Для фиксации машины и снятия нагрузки с шасси служат три пары гидравлических опор. Надо отметить, что данный производитель в качестве дополнительной услуги предлагает обучение и инструктаж персонала в Германии, причем после прохождения экзамена выдается соответствующий сертификат.

Компания RSP (Reschwitzer Saugbagger Produktions GmbH) из Германии производит вакуумные экскаваторы с 1993 г. Модель ESE 32 подойдет для применения в различных областях деятельности человека. Установка оборудована емкостью для сбора материала объемом 10 м³. Стандартный вариант обеспечивает максимальный вакуум 47 МПа при производительности машины 43 000 м³/ч. Подобные высокотехнологичные изделия – штучный товар ручной сборки. Заказчик может выбрать для будущего экскаватора любое трехосное шасси (6х4) с колесной базой от 4200 мм с максимально допустимой общей массой 26 т и двигателем мощностью не менее 230 кВт. Модульная конструкция призвана учесть любые пожелания заказчика. В установке реализован ряд собственных разработок RSP. Например, «технология тонкого потока» характеризуется тем, что количество транспортируемого материала относительно объема воздуха является ничтожно малым, что обеспечивает высокую сепарацию за счет гравитационных сил, минимальную нагрузку на фильтры и тем самым повышает общую производительность. В сборной камере воздушный поток изменяет направление и теряет энергию. Более тяжелые частицы не могут за ним следовать ввиду их инертности и падают на дно резервуара. Главным элементом установки является вентилятор, поэтому заказчик может выбрать конфигурацию данного агрегата самостоятельно. Плавный пуск с использованием воздушной дроссельной заслонки значительно уменьшает нагрузку на двигатель. Мощность всасывания вентиляторов RSP имеет трехступенчатое регулирование. Передача крутящего момента осуществляется с помощью зубчатого ремня, за счет этого значительно уменьшается нагрузка на подшипник. Полная герметизация сокращает уровень шума во время работы. Пусковая муфта и подшипник охлаждаются с помощью отфильтрованного наружного воздуха. Вентиляторы из высокопрочной специальной стали с крыльчаткой диаметром 900 мм смазываются централизованно. На установке может быть одинарный или сдвоенный вентилятор, а также их комбинация или два сдвоенных вентилятора. Жесткий сборный бункер включает центральную сборную камеру со специальной защитой от износа и систему фильтров тонкой очистки. Выгрузка происходит путем бокового опрокидывания с использованием гидравлического привода под углом более 40°. Капельник из листовой нержавеющей стали снижает загрязнение при выгрузке жидких материалов. Автономная пневматическая система с дистанционным радио­управлением используется для автоматической очистки фильтров с помощью сжатого воздуха. В задней части установки находятся штуцеры для подачи воздуха. Они используются для присоединения различного дополнительного оборудования.

Как отмечалось выше, вакуумные экскаваторы другого типа вместо вентиляторов комплектуются вакуумными насосами. Производительность таких машин заметно ниже. Итальянская компания Cappellotto S.p.A. для экскаваторной выемки грунта предлагает одну из самых прогрессивных машин в этом классе – CAP GEO (производительность 17 000 м³/ч). Ее кулачковый вакуумный насос с ременным приводом оборудован пневматической муфтой сцепления. Накопительный бункер этой машины может поворачиваться в трех направлениях при высоте выгрузки более 2 м и снабжен системой электронного контроля уровня пыли и жидкости. Гидравлическая стрела легко управляется и позволяет использовать различный дополнительный инструмент (электрический, гидравлический или пневматический). Система фильтров с программируемой системой очистки имеет площадь поверхности 60 м².

Популярность вакуумных технологий, несомненно, будет расти по мере знакомства с ними более широкого числа эксплуатирующих организаций. Опасность повреждения коммуникаций и финансовые риски, возникающие при этом, слишком велики, чтобы игнорировать эту необычную и относительно новую технику. За счет растущей конкуренции в этом секторе цены на такую продукцию, как и на услуги, постепенно будут снижаться, а спектр выполняемых задач и количество опций расширяться. Надо учитывать и дополнительную сложность, возникающую при включении в парк такой специфической техники: квалифицированных операторов с опытом работы на вакуумных экскаваторах пока еще немного.