книги из ГПНТБ / Лобанов, Д. П. Гидромеханизация геологоразведочных и горных работ учеб. пособие

изменение профилей распределения осредненных скоростей в про­ точных каналах.

Мощность, потребляемая насосом для гидросмеси, реализуется в машине на полезную работу по подъему, преодоление гидравли­ ческих сопротивлений, протекание части расхода через уплотнения,

Рис. 85. Кавитационная характеристика насоса с крутопада­ ющей кривой Н (Q) на воде и гидросмесп

механические потери (трение в сальниках, подшипниках и др.), дополнительное движение жидкости в проточной полости, перетокии сопротивления при движении гидросмеси (при взаимодействии твердых частиц с водой, деградации частиц и др.). Наличие дополнитель­ ных потерь в насосах для гидросмесей уменьшает их к. п. д. при­ мерно на 10—20% по сравнению с насосами для воды; к. п. д. умень­ шается и по мере износа деталей машин. Полные данные об эксплуа­ тационных свойствах насосов для гидррсмеси дает рабочая характе­ ристика. Она определяется испытаниями машины (рис. 84 и 85).

191

воде и гидросмеси существенно отличны. Как следует из рис. 84, максимальная производительность грунтовых насосов, развиваемая

вого насоса при работе на воде, с гидродинамической точки зрения мало отличаются от таковых в обычных центробежных насосах (с качественной стороны). Теоретический напор насоса при работе па воде определяют в гидравлике из равенства

# т = N ly0Q0r ~ M0a>/y0Q0,

рабочего колеса; с2и и c iu — касательная составляющая абсолютной скорости воды при выходе и входе в рабочее колесо.

При работе насоса на гидросмеси должно учитываться наличие в потоке твердых частиц. Приблизительно влияние частиц можно учесть так: на входе и выходе из рабочего колеса твердые частицы имеют скорости с'1и и с2и, а момент количества движения, получен­ ный от рабочего колеса твердыми частицами и водой, можно выра­ зить соответственно

М, = (ysQJ,g) (с*и>2—с\иГ&

[М0= (y0Qo/g) (c2I/ 2— c1(/l)-

Тогда суммарный момент количества движ ния, переданный рабочим колесом насоса, можно представить в виде суммы M s и М 0, а теоретический напор, развиваемый насосом при работе на гидросмеси,

192

Таким образом, в соответствии с изложенными выше особен­ ностями работы насосов для гидросмеси, теоретический напор их уменьшается в соответствии с уравнением (VIII.1) по сравнению с соответствующим напором для насоса, работающего на однородной жидкости данной плотности. Величина Нт выражается в столбах гидросмеси. Причем это уменьшение определяется величиной и существенным уменьшением касательной составляющей абсолютной скорости движения гидросмеси с с2и До с2и.

Потери напора на трение и гидравлические удары в насосе можно выразить по формуле гидравлики

удары в рабочем колесе при относительной скорости на входе ш,. Если обозначить через Цг гидравлический к. п. д ., учитываю­ щий все указанные выше гидравлические потери, утечки напорной

то полный к. п. д. насоса для гидросмеси можно представить произ­ ведением

Л = ЛгЧобЛм-

Действительный напор, развиваемый насосом, равен произведе­ нию теоретического напора и гидравлического к. п. д. Таким обра­ зом, для расчета действительного напора грунтового насоса уравне­ ние (VIII.1) приобретает вид

величины входящих в нее коэффициентов. Результатами стендовых испытаний различных грунтовых насосов и углесосов подтверждена зависимость И от входящих в формз^лу параметров. Однако помимо их влияния на величине напора существенно сказываются конструк­ тивные особенности исполнения насосов. Из размерностного анализа уравнения (VIII.2) и обобщения опытных данных следует

щей ЖИДКОСТИ.

Обработка данных стендовых испытаний насосов различиого типа в безразмерных параметрах по (VIII.3) показывает, что с доста­ точной для практики точностью п = 0,85 — const для всех испытан­ ных типов грунтовых насосов, углесосов и рудососов. В то же время величина К' принимает различные значения, например, К' — 0,5

для грунтовых насосов 8ГР, 12НЗУ и 10НЗУ; К' = 0,6 — для углесосов и грунтовых пасосов 5НШВ, 8НЗУ, 20Р-11, 20ГР, 1000-80 и 10УВ-6.

Стендовые испытания насосов на различных гидросмесях и обыч­ ных для гидромеханизации концентрациях ие обнаружили существен­ ного влияния крупности частиц (исключая влияние через износ). Это объясняется значительными (до 20 м/с) и примерно близкими по величине скоростями движения частиц в каналах насосов. Отсюда и отсутствие размера частиц в формуле (VIII.3).

Потребляемая насосом мощность при работе на воде и на гидро­ смеси также различна (влияние крупности частиц не обнаружено):

N 0 = Q0ff0y0/ m % и N = QEy/l02r\.

Так как определяем потребляемые мощности при одинаковом расходе для воды и гидросмеси, то можно записать

N = N0Hr\0/H0r\.

По опытным данным, значения величины в квадратных скобках уравнения (VIII.1) изменяются в пределах 0,8—1, а отношение ЛобЛЬб — в пределах 1—1,2 (в зависимости от удельного веса гидро­ смеси). Произведение этих величин приблизительно равно единице. Поэтому для расчета мощности пасосов при работе на гидросмеси можно пользоваться приближенной формулой

концентрациях смеси и заданных условиях всасывания. Эта харак­ теристика показывает, что начало кавитации грунтового насоса определяется точкой пересечения характеристики всасывающего трубопровода Н (Q) и кавитационной характеристики грунтового насоса Нввк кр (Q). На рис. 85 показана кавитационная характеристика для насоса ЗГМ с крутой характеристикой Q—H.

Из графиков рис. 85 следует, что существенное влияние на кави­ тационные условия (рм. также гл. V) имеют характеристика вса­ сывающего трубопровода и высота всасывания. Характерно, что, как и при работе на гидросмеси по напорной кривой Н (Q), с повы­ шением у нри прочих равных условиях уменьшается расход грунто­ вого насоса. Это значит, что нужно стремиться к снижению гидравли­ ческих сопротивлений во всасывающем трубопроводе. С увеличением высоты всасывания кавитационные явления в грунтовых насосах наступают при меньших расходах.

Согласно анализу, изложенному в гл-V, критический вакуум Нвв = # в'ак. кр грунтового насоса можно определить из формулы (V.7).

194

При пересчете кавитационной характеристики для одних и тех же - условий всасывания используют приближенное соотношение

званные входом жидкости в насос и наличием твердых частиц (по дан­ ным испытаний);

£0 — коэффициент местных сопротивлений.

Как уже отмечалось, на практике в расчетах используют не

сывания (при расчетных режимах). Для условий перекачки воды эта величина и указывается в каталогах (для гидросмесей эта вели­ чина меньше).

При конструктивном выполнении насосов учитываются особен­ ности эксплуатации машин на гидросмесях. Проточные каналы должны пропускать твердые частицы заданных размеров. Для уменьшения абразивного действия частиц детали насосов выпол­ няются из износостойких материалов, а толщина стенок корпуса, дисков, лопастей и других деталей берется с учетом износа.

Конструкции насосов должны обеспечивать легкость сборки и разборки, а также замены быстроизнашивающихся деталей. Осо­ бенно прочными должны быть уплотнения, поскольку частицы вызы­ вают их интенсивный износ. В таких условиях наиболее целесооб­ разны конструкции регулируемых уплотнений.

При эксплуатации насосов для гидросмеси возможны забивки всасывающих труб и каналов рабочих колес. В связи с этим упорные подшипники должны рассчитываться с учетом возможности кавита­ ции и возникновения больших и меняющихся осевых нагрузок. Неравномерный износ рабочих колес насосов приводит к разбалансированию агрегата, что вызывает резкое увеличение нагрузок на подшипники. Этому способствует и частичная забивка каналов колеса. Поэтому при расчетах и выборе опорных подшипников должны учитываться экстремальные нагрузки.

Станина и рама насосов для гидросмеси выполняются более жесткими, чем у обычных насосов. Весьма важным фактором с точки зрения успешной эксплуатации насосов для гидросмесей (особенно угля и других сравнительно хрупких материалов) является скорость вращения рабочего колеса. При увеличении скорости вращения от 790 до 1450 об/мин резко возрастает степень деградации частиц и износ рабочих деталей насосов. Поэтому для условий транс­ портирования даже таких сравнительно малоабразивных матери­ алов, как уголь, сланцы и др., в виде крупных классов, скоростй вращения рабочих колес машин ограничивают величинами 740— 920 об/мин. Повышенные скорости вращения вполне оправданы при

перемещении материалов, представленных в основном мелкими или тонкими (для абразивных материалов) классами.

При последовательном соединении насосов в одном агрегате требуется более прочная конструкция корпуса, уплотнений и опор с^подшипниками.

Современные центробежные насосы для гидросмесей выполняются одноколесными (консольные насосы), а для перемещения малоабразпвных (в основном мелких классов) материалов — с несколькими (обычно двумя) ступенями. Двухступенчатые насосы выполняются спиральными с горизонтальным или вертикальным разъемом корпуса. Данные о насосах приведены в табл. 11.

О д н о с т у п е н ч а т ы е н а с о с ы для гидросмеси (рис. 86) по сравнению с двух- и многоступенчатыми более просты по конструк­ ции, менее трудоемки в процессах сборки и разборки, замены узлов

идеталей, обеспечивают более легкую регулировку уплотнений рабочего колеса. Вследствие меньшего входного диаметра и осевого подвода гидросмеси к насосу обеспечиваются более высокие к. п. д.

ивсасывающая способность машины. На этих насосах более работо­ способны уплотнения рабочих колес, а утечка меньше. Они дешевле в изготовлении и монтаже, а также имеют меньшие габаритные размеры и массу. Однако одноколесные насосы развивают примерно вдвое меньший напор и характеризуются неуравновешенностью радиальных нагрузок прп работе в переменных режимах.

Конструктивно о д н о к о л е с н ы й н а с о с представляет собой центробежную турбомашпиу консольного типа (см. рис. 86), состоящую из следующих основных частей: корпуса 1, вкладыша 2, рабочего колеса 3, крышек 4 и 5 (обычно две крышки — задняя п передняя, соединяющиеся с улиткой), броиедисков 6 и 7 и вала. Вал насоса опирается на два опорных подшипника, которые нахо­ дятся на кронштейне насоса. Задний подшипник (со стороны присое­ динительной муфты) воспринимает осевые нагрузки, которые дей­ ствуют на рабочее колесо. Кронштейны опираются на станину.

Вкладыш корпуса, бронедиски и рабочее колесо, подвергающиеся быстрому истиранию твердыми частицами и ударам кусков, изго­ тавливаются из высокопрочных сортов стали. Рабочее колесо закры­ того типа выполняют с тремя или четырьмя лопастями, причем на наружной поверхности дисков предусматриваются небольшие ради­ альные выступы для отжима гидросмеси из пространства между колесом и бронедисками. Ступица рабочего колеса имеет отверстие, в которое входит консоль вала, укрепляемого призматической шпон­ кой в торце ступицы. Вал вращается в двух подшипниках тренияскольжения с кольцевой смазкой. Осевое давление воспринимается упорными роликовыми подшипниками. Сальниковые уплотнения обычного типа (иаилучшие из них графитовые) работают с водяной промывкой. Для охлаждения упорной пяты служит водяная рубашка.

Уплотнение между крышками и рабочим колесом обеспечивается с помощью броиедисков, которые по мере износа поджимаются регу­ лировочными болтами к рабочему колесу. Нагнетательный патрубок

196

насосов расположен в нижней части и имеет горизонтальное напра­ вление, что облегчает выход из грунтового насоса кусков материала.

Насосы могут выполняться с правым и левым вращением. При вращении рабочего колеса вправо напорный патрубок должен находиться с правой стороны, а при левом вращении — с левой. Для изменения направления вращения требуется заменить рабочее колесо и вал.

В горной практике широко применяют насосы средних размеров тппа ЗГМ, которые состоят из тех же основных частей, что и описан­ ный выше насос. В отличие от грунтовых насосов типа ГР рабочее колесо у насосов рассматриваемой конструкции насажено на конец

1 — корпус (улитка); 2 — броисдиск пагиетательной стороны (с крышкой); 3 — сальниковое уплотпспле; 4 — втулка уплотнения; S — крышка; 6 и 9 — передний роликовый и задний

шариковый подшипники; 7 — верхняя крышка; S — вал; 10 — станина; 11 — рабочее колеса; 12 п 17 — крышка и бронеднек всасывающейп —стороныкрепление; 13 — всасывающий патрубок; 11 —

люк; 15 1G

вала на шпонке и крепится болтами к кольцу, навинчивающемуся на вал. Рабочее колесо имеет три лопатки и допускает прохождение отдельных кусков до 180 мм в поперечнике.

Насосы описанных выше типов применяют обычно на поверх­ ности. Для подземных условий выпускают насосы с более высокими

породных смесей. Проточные каналы машины допускают наличие кусков размером до 90 мм. По сравнению с известными конструк­ циями подобных насосов здесь применены торцовые регулируемые уплотнения (передние и задние) и новая компоновка подшипников качения. Отсутствует промывка уплотнений. Подшипники охлаж­ даются водой, поступающей от нагнетательного трубопровода. Для очистки рабочего колеса на корпусе и всасывающем патрубке предусмотрены люки. Рабочее колесо укреплено на резьбе.

.198

Рабочие детали наеоеа изготовлены из высокопрочного сплава XI2Л . Использован ешштонекий сальник и резиновая манжета, Основные деталн насоса (передняя и задняя крышки, бропедшяш и разъемный корпус) крепятся к установленной на фундаменте станине, В отличие от других конструкций насосов (например, ГР) отсутствует вкладыш (протектор) в корпусе. Поэтому корпус изго­ тавливается из износостойкого материала, что вызывает определенные трудности нри обработке на заводе.

Для уплотнения вала применена посадка сальниковой набивки на специальной втулке за ступицей колеса. Размещение сальника на втулке позволяет уменьшить скорость скольжения сальника, посадочные места более точны, втулка легче заменяется и может быть изготовлена из более износостойкого материала, чем рабочее колеса.

В углесосах применяется сальниковая набивка следующих марок (но ГОСТ 6904—54): плетеная хлопчатобумажная, пропитанная ХБП, плетеная пеньковая, пропитанная ПП, гг прорезиненная льня­ ная скатанная ГШ. Эти сальниковые кольцевые уплотнения снижают эксплуатационные качества машин. Сальниковая набивка имеет весьма малый срок службы (меняется почти ежедневно), замена не трудоемка. В некоторых типах насосов вместо сальникового уплотнения применено эластичное торцовое уплотнение. Примене­ ние эластичного торцового уплотнения позволяет значительно уменьшить длину консоли и величину нормально действу­ ющих свл.

В последнее время разработаны кольцевые уплотнения валов насосов для гидросмеси из прорезиненной хлопчатобумажной ткани (прографичениых}. Кольцевое уплотнение изготовляют из пакета (3—4 колец) эластичных колец из прорезиненной хлопчатобумаж­ ной или капроновой ткани и металлических колец (опорного и на­ жимного). Срок службы в несколько раз больше срока службы саль­ никовых набивок. При этом уменьшается износ втулки. Уплотнения изготавливаются Егорьевским заводом АТИ.

Весьма перспективно применение совмещенных подшипников .—

в насосах конструкции ВНИИГидроуголь. Для этого лабиринтовая крышка насаживается непосредственно на вал и стягивается с обеих сторон торцами втулок. Такой способ крепления на валу вращаю­ щейся лабиринтовой крышки обеспечивает надежность узла и умень­

развивают большой напор по сравнению с одноколесными насосами (см. рис. 75). Они предназначаются для обслуживания гидроподъ­ емников из глубоких шахт и магистральных углепроводов. Угле­ сосы этого типа представляют собой центробежные насосы со спираль­ ной улиткой и горизонтальным разъемом корпуса. Рабочие колеса для уравновешивания осевого усилия давления ротора установлены

199

в корпусе с всасывающими отверстиями, направленными в разные стороны. Корпус имеет протекторы.

нений изготавливаются из прочных сплавов. Для магистрального гидротранспорта угля и концентратов руд пока более надежными являются поршневые шламовые насосы.

Совершенствование конструкций насосов для гидросмесей ведется в направлении улучшения гидродинамики проточной части рабочего колеса и отвода, подбора износостойких материалов для детален

чения п размера выполняются из чугуна или стали без броневой защиты корпуса и с защитой корпуса и других изнашиваемых де­ талей.

Для гидравлического транспортирования тонких шламов выпу­ скают канализационные иасосы типа Нф. Корпус насоса и его рабо­ чее колесо отливают из чугуна. По техническим данным эти машины выпускаются от малых моделей 2г/ 2 НФ, развивающих напор в пре­ делах 10—50 м вод. ст. и расход от 45 до 75 м3/ч, до больших моделей 8НФ, развивающих при п = 960 об/мин напор до 35 м вод. ст. и расход до 600 м3/ч.

Для перекачки гидросмесей, представленных мелкозернистыми породами, на предприятиях находят широкое применение песковые насосы. Насосы этого типа (рис. 88) выполняются двух модификаций: с боковым и центральным питанием. Изготавливают их из чугуна, причем рабочие колеса отливают из белого чугуна высокой твердости.

Песковые насосы с боковым питанием работают в сочетают с приемником (бункером) для гидросмеси, который располагается на более высокой отметке, чем насос (не менее чем на 1 м от отметки вала насоса). Гидросмесь самотеком поступает в насос через один из двух всасывающих патрубков в зависимости от расположения его по отношению к приемному бункеру. Рабочее колесо отличается от обычных рабочих колес толщиной стенок и формой лопаток. На конце втулки рабочего колеса имеется импеллер, который снаб­ жен лопатками и служит для удаления гидросмеси, просачивающейся к валу со всасывающей стороны. Рабочее колесо, улитку и промежу­ точный диск изготовляют из отбельного чугуна. Для повышения срока службы рабочие колеса изготовляют армированными (рези­ ной, карборундом и др.).

В более широко распространенных песковых насосах с централь­ ным питанием (см. рис.88) гидросмесь поступает через всасывающий патрубок, располояшнный против центра рабочего колеса, т. е. по устройству они аналогичны рассмотренным выше грунтовым

2Г0