Общие сведения, конструкции насосов

В практике шахтного водоотлива наибольшее применение имеют центробежные насосы, а в отдельных случаях — эрлифты.

а

Водоотливная установка с центробежным насосом состоит из следующих основных элементов (рис. 52, а)• насоса /, двигателя 2, пускателя 5, подводящего 4 и напорного 5 трубопроводов На подводящем трубопроводе имеется приемная сетка 6 и клапан 7, на напорном — задвижка 8 и обратный клапан 9 Трубка 10 с вентилем 11 необходима для заливки водой из напорного трубо­провода насоса и подводящего трубопровода Заливку производят перед пуском насоса Она может быть осуществлена также через воронку 12 или подачей воды в подводящий трубопровод специ­альным заливочным насосом

Труба 13 с задвижкой 14 необходима для выпуска воды при ремонте трубопровода 5 С помощью вакуумметра 15 измеряется разрежение на входе в насос, а с помощью манометра 16 — давле­ние на выходе из насоса Сетка 6 служит для предохранения от попадания в насос с водой посторонних предметов, клапан 7 — для удержания воды при заливке подводящего трубопровода и насоса, а клапан 9 — для того, чтобы при внезапной остановке насоса не произошло гидравлического удара на насос. Через кран 17 выпускают воздух из насоса при заливке. При работе насоса в подводящем трубопроводе создается раз­режение, и жидкость под давлением атмосферного воздуха по­ступает из резервуара в корпус насоса, происходит процесс всасывания.

На выходе из насоса создается напор, под действием которого вода движется по напорному трубопроводу.

Геометрическая высота всасывания Н_в — расстояние по вер­тикали от нижнего уровня жидкости в резервуаре до оси насоса.

Геометрическая высота нагнетания Н_и — расстояние по вер­тикали от оси насоса до сливного отверстия напорного трубо­провода.

Геометрический напор насосной уста­новки Н_г является полной геометрической высотой подъема жидкости.

Напор Н, создаваемый насосом, складывается из геометри­ческого напора, гидравлических потерь в трубопроводе и ско­ростного напора, затрачиваемого на сообщение жидкости ско­рости. Величина скоростного напора (v²/2g) невелика, и потому в расчетах ею можно пренебречь. Напор насосов обычно выражают в метрах столба откачиваемой жидкости.

Для транспортирования воды из шахты необходимо создавать большой напор, поэтому применяют многоступенчатые насосы с последовательным соединением на одном валу до 10 односторон­них рабочих колес.

На рис. 53 показана схема трехступенчатого центробежного насоса. На валу 1_У опирающемся на подшипники 2, с помощью шпонок 3 закреплены рабочие колеса 4_У 5, 6, которые вместе с валом образуют ротор насоса. Из подводящего патрубка 7 (условно повернутого вниз) через подвод 8 жидкость поступает в колесо 4, где приобретает определенный запас потенциальной и скоростной энергии (статический и динамический напор).

Из колеса 4 жидкость поступает в направляющий аппарат 9, где динамический напор частично преобразуется в статический. Далее жидкость подается в колесо 5 и снова получает приращение статического и динамического напора, который частично преоб­разуется в статический напор в следующем направляющем аппа­рате 10. Из последнего колеса 6 жидкость поступает в спиральный отвод 11 и через патрубок 12 — в напорный трубопровод насоса.

В местах выхода из корпуса насоса вал уплотняется сальниковой пеньковой набивкой с прижимными втулками 13. Вал насоса соединяется с валом двигателя муфтой 14.

Наибольшее применение в практике шахтного водоотлива имеют секционные насосы, в которых каждая секция состоит из колеса и направляющего аппарата. Секционный корпус насоса соединен в общую конструкцию стяжными шпильками (болтами). Положительным качеством секционных насосов является возможность соединять

Схема центробежного насоса

 

одинаковые секции в необходимом количестве для получения насосов различных давлений.

К недостаткам насосов следует отнести малую доступность рабочих колес. Для замены колеса необходимо удалить стяжные болты и последовательно снять все секции при одновременной разборке ротора.

Существуют также насосы, имеющие корпус с осевым разъемом. В таких насосах облегчены осмотр внутренних деталей, уход и контроль за насосом, хотя конструкция корпуса увеличивает размеры и массу насоса.

По расположению вала насосы бывают горизонтальные и вертикальные.

Горизонтальные насосы в шахтной практике имеют наиболь­шее применение. Вертикальные насосы применяются при про­ходке стволов и откачке затопленных шахт, в последнее время — и на главных установках.

Рабочие колеса насосов бывают односторонние и двусторонние, т. е. с односторонним и двусторонним подводом к ним жидкости (рис. 54). Односторонние рабочие колеса применяются как в мно­гоступенчатых, так и в одноступенчатых насосах, а двусторон­ние — в некоторых одноступенчатых насосах.

Различают рабочие колеса насосов закрытые и открытые. В закрытых односторонних колесах (рис. 54, а) имеются веду­щий 1 и ведомый 2 диски, между которыми расположены лопасти 3. В закрытых двусторонних колесах (рис. 54, б) ведомые диски 1 и 2 лопастями 3 связаны с втулкой 4. Диски, лопасти и втулка, с помощью которой колесо насаживается на вал, отливаются заодно. В открытых колесах (рис. 54, в) имеется только ведущий диск 1 с втулкой 2 и лопастями 3.

Из условия прочности диски колеса утолщаются по направле­нию к втулке. Диаметр рабочего колеса обычно не превышает 800 мм. Окружная скорость на выходном диаметре литых чугун­ных колес 35... 40 м/с.

Лопасти колес загнуты назад с углом выхода 145... 150°. Они профилируются по дуге окружности или по логарифмической спирали и имеют толщину 3... 8 мм.

К.п.д. насоса зависит от чистоты обработки поверхностей каналов колеса, числа и длины лопастей, закономерности измене­ния площади поперечного сечения межлопастного канала. Движе­ние воды в колесе тем правильнее, чем больше лопастей, но при значительном их числе увеличиваются гидравлические потери. Обычно в одном колесе 6... 9 лопастей.

В шахтных насосах чаще применяются закрытые колеса, так как допускают разбег вала, необходимый при наиболее распро­страненном способе уравновешивания осевой силы, и при них меньше утечки жидкости через зазоры. Открытые колеса целе­сообразно применять для транспортирования загрязненных жидкостей.

По коэффициенту быстроходности рабочие колеса центробеж­ных насосов делятся на тихоходные (n_s = 40... 80), нормальные (n_s = 80... 150) и быстроходные (п_ь = 150... 300). При увеличе­нии быстроходности колес, как правило, возрастает и к. п. д. Тихоходные колеса обеспечивают высокие напоры и сравнительно небольшие подачи, быстроходные — наоборот. Шахтные насосы имеют в основном тихоходные и нормальные колеса, удовлетворя­ющие требованиям по напору, подаче и экономичности.

Для неагрессивной воды рабочие колеса изготавливаются литыми из чугуна или стали, для кислотной — из легированных хромом и никелем сталей, цементированного хромом чугуна, хромистого или кремнистого чугуна, кислотоупорных бронз и пластмасс.

Так как из рабочего колеса насоса жидкость выходит с большой скоростью, достигающей 50 м/с, а для уменьшения потерь напора скорость в каналах насоса должна быть не более 5 м/с, применяются спиральный отвод и лопаточные направляющие аппараты.

Рис. 55. Направляющий аппарат

В многоступенчатых насосах рабочие колеса находятся внутри направляющего аппарата, изготавливаемого обычно из материала колеса.

Направляющий аппарат (рис. 55) обеспечивает перевод потока из одного рабочего колеса в другое, частичное преобразование скоростного напора в статический, безударный вход потока в рабо­чее колесо. Он состоит из лопаточных отвода 1 и подвода 2 (пря­мого и обратного направляющих аппаратов), разделительной диа­фрагмы 3. Вышедшая из рабочего колеса 4 жидкость проходит диффузорную часть 5 межлопаточных каналов отвода, огибает кромку 6 диафрагмы и поступает в каналы 7 подвода, которые вводят ее в рабочее колесо 8 следующей ступени. Ширина межло­паточных каналов направляющего аппарата все время возрастает по направлению движения жидкости, благодаря чему скорость потока снижается, а статический напор увеличивается.

Ширина входа лопаточного отвода для обеспечения нормаль­ного поступления струи воды из колеса в аппарат выполнена на 1... 2 мм больше ширины колеса на выходе. Радиальный зазор между внешней окружностью колеса и внутренней окружностью отвода составляет 3... 4 мм. Для исключения вибрации насоса число лопаток направляющего аппарата обычно принимают на единицу меньше числа лопастей в рабочем колесе.

Для обеспечения безударного ввода жидкости в межлопаточ­ные каналы угол входа потока в отвод должен быть равен углу выхода жидкости из рабочего колеса. Обычно лопатки направляющего аппарата профилируются по эвольвенте и по закону по­стоянства относительной скорости жидкости в межлопаточных каналах.

Насосы ЦНС 180—85... 425 и ЦНС 300—120... 600

В связи с возникновением при работе насоса осевой силы, действующей на ротор и направленной вдоль оси насоса в сторону всасывания, необходимо устройство для ее уравновешивания.

 

 

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК