Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Бородулин, Я. Ф. Дноуглубительный флот и дноуглубительные работы учебник

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

36.51 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 445 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

§ 12. Грунтовые насосы

Грунтовыми насосами называются центробежные насосы специаль ной конструкции, предназначенные для перекачивания смеси воды с грунтом — пульпы. В дноуглубительном флоте их также называют рефулерными помпами или рефулерными насосами.

Основное конструктивное отличие грунтовых от центробежных на сосов для чистой воды состоит в том, что все пульпопроводные каналы

1011 12 13

Рис. 24. Грунтовой насос

грунтового насоса рассчитаны на пропуск твердых предметов (камней, металла и других включений). В грунтовых насосах предусматривает ся ряд конструктивных решений, направленных на максимальное сни жение износа деталей. При этом снижается коэффициент полезного действия (к. п. д.) грунтовых насосов, который всегда ниже, чем к. п. д. насосов для перекачивания чистой воды.

На рис. 24 приведена схема грунтового насоса, установленного на землесосе «Нарвский».

Пульпа входит в корпус насоса 12 в осевом направлении через гор ловину в передней крышке насоса 14; горловина крышки защищена от износа облицовкой 18, а сама крышка — облицовкой 16. Далее пуль па входит в рабочее колесо 13 и его лопастями отбрасывается в перифе рийную часть корпуса, откуда поступает в напорный патрубок и наг нетательный грунтопровод.

Рабочее колесо соединено с валом 5,	который в свою очередь соеди
нен с промежуточным валом /, вращаемым двигателем			грунтового на
соса. Кроме передней крышки, корпус	насоса	имеет	заднюю крыш
ку 10 с защитной сменной облицовкой	11. Для	уплотнения передней

и задней крышек с корпусом проложен резиновый шнур 15.

Так как пульпа находится в периферийной части корпуса под боль шим давлением, она стремится проникнуть во всасывающую часть на соса по зазору между рабочим колесом и облицовкой передней крышки (передний зазор), а также в атмосферу — по зазору между рабочим колесом и облицовкой задней крышки (задний зазор) и зазору между валом и задней крышкой. Пульпа, проходя по переднему зазору, вызы вает интенсивный износ рабочего колеса и передней облицовки, а также снижает производительность насоса, так как часть пульпы возвра щается во всасывающий патрубок (снижается к. п. д. насоса).

Для уменьшения прохода пульпы через передний зазор расстояние между рабочим колесом и передней облицовкой устанавливают мини мально возможным (1—3 мм), а также устанавливают сальниковое уплотнение 20 между рабочим колесом и передней крышкой. Кроме того, в пространство между рабочим колесом и передней крышкой по патрубку 17 (см. пунктир) специальным насосом подается чистая вода под давлением, превышающим напор, развиваемый грунтовым насосом. Осевой зазор между рабочим колесом и передней облицовкой в резуль тате износа возрастает. Для регулирования величины зазора передняя облицовка выполняется подвижной и для восстановления первоначаль ной величины зазора используются отжимные болты 21, закрепленные гайками 22.

Для предотвращения прохода пульпы в задний зазор устанавлива ют уплотнение 9 между задней крышкой и ступицей рабочего колеса, уплотнение 8 между задней крышкой и валом насоса, а в пространство между задней крышкой и рабочим колесом промывочным насосом подается чистая вода (см. пунктир).

Для защиты от износа пульпой на горловину рабочего колеса наде вают защитное кольцо 19 и на вал в месте установки сальника 8 защит ное кольцо 24. В корпусе наибольшему износу подвержена периферий ная часть, поэтому она выполняется толщиной 80—150 мм или внутрь корпуса устанавливается защитная облицовка.

Для очистки и осмотра корпуса имеются смотровые лючки, а для слива воды из корпуса — спускная пробка 23. К приливу задней крыш ки крепится литое основание 26, на котором устанавливаются корпуса двух опорных подшипников 4 и 7. В качестве переднего опорного под шипника применен двухрядный радиально-сферический роликопод шипник 6, установленный на валу насоса на закрепительной втулке 25. Задний опорный подшипник 3, однотипный с передним, восприни мает возникающий при работе насоса осевой упор, поэтому его внут реннее кольцо закреплено на валу специальной гайкой 2.

Для поворота рабочего колеса при ремонтных или профилакти ческих работах на фланец вала 1 насажено зубчатое колесо 27, которое входит в зацепление с зубчатым колесом ручного или элект рического привода.

Т и п ы р а б о ч и х	к о л е с . Рабочие	колеса бывают трех ти
пов: закрытого (рис. 25, а), полузакрытого		(рис. 25, б) и открытого

(рис. 25, в). Рабочее колесо закрытого типа представляет собой сталь ную отливку, имеющую ступицу /, задний диск 2, рабочие лопасти 3 и передний диск 4. Рабочее колесо полузакрытого типа не имеет перед него диска, а открытого типа — переднего и заднего дисков. Рабочие лопасти у колеса открытого типа съемные и крепятся к ступице на бол тах или электросваркой. В колесе закрытого типа пульпа движется как бы в каналах, образованных лопастями и дисками, а в колесе от крытого типа каналы для прохода пульпы открыты с двух сторон и направляющими стенками являются крышки корпуса грунтового насоса.

Рабочие колеса открытого типа установлены в грунтовых насосах землесосов старой постройки, на современных землесосах — закрытого типа, так как их к. п. д. составляет 0,7—0,8, а открытого — лишь 0,45—0,5. К. п. д. в колесе открытого типа меньше потому, что сопротивление движению пульпы в межлопастном пространстве больше, чем в колесе закрытого типа. Это происходит потому, что в колесе открытого типа пульпа при движении соприкасается с непод вижными крышками грунтового насоса, а в колесе закрытого типа — с вращающимися вместе с рабочим колесом дисками.

Недостатком колес открытого типа является быстрый износ лопас тей, которые теряют первоначальную форму, снижая к. п. д. насоса до 0,27—0,25. Рабочие колеса закрытого типа также изнашиваются, но форма лопасти сохраняется лучше и к. п. д. за навигационный пе риод снижается всего на 2—3%.

Преимуществом рабочих колес открытого типа является их просто та, малый вес и то, что твердые предметы, застрявшие в межлопастном пространстве, можно легко извлечь через отверстия в крышках корпу са насоса; при заклинивании рабочего колеса мелкими твердыми пред метами ломаются дешевые легко заменяемые лопасти. При заклинива нии рабочего колеса закрытого типа происходит поломка вала насоса или вала приводного двигателя, поэтому соединительная муфта между


валом грунтового насоса			и валом приводного двигателя должна быть
предохранительного типа,			т. е. при	заклинивании рабочего	колеса
вал двигателя	должен	продолжать		вращаться.
В рабочих	колесах	открытого типа при работе практически			отсут

ствует аксиальное усилие, действующее в осевом направлении. В рабо чих колесах закрытого типа имеется значительное аксиальное усилие, поэтому на валовой линии насоса для восприятия этого усилия уста навливается упорный подшипник, в качестве которого применяются подшипники Митчеля, шариковые или роликовые. Для разгрузки упор ных подшипников от осевого усилия иногда устанавливают на внешней поверхности дисков рабочего колеса вспомогательные лопатки (см-

рис. 25, а). Они имеют профиль	рабочих лопастей колеса и выпол
няют роль маленьких грунтовых	насосов с рабочими колесами полу
закрытого типа, результирующее	осевое усилие которых направлено

в сторону, противоположную направлению осевого усилия рабочего колеса. Вспомогательные лопатки на переднем диске изменяют направ-

Рис. 25. Типы рабочих колес

ление движения пульпы в этом месте, благодаря чему уменьшается проход пульпы во всасывающую часть насоса.

Рабочее колесо в корпусе насоса вращается в направлении выпук лости его лопастей.

К. п. д. рабочего колеса зависит от числа лопастей — чем больше лопастей (до известного предела), тем выше его к. п. д. Однако при уве личении числа лопастей сужаются межлопастные пространства и, сле довательно, затрудняется проход через колесо твердых предметов. Обычно рабочие колеса имеют три—пять лопастей.

Ф500

Рис. 26. Улиткообразный	корпус	Рис. 27. Крепление рабочего коле
		са на валу '
К о р п у с н а с о с а .	К. п. д. насоса зависит также от внутреннего

очертания корпуса грунтового насоса. В грунтовых насосах встречают ся концентрические, эксцентрические или улиткообразные корпуса.

На рис. 26 показан улиткообразный корпус. Его напорный патру бок 1 направлен вверх. В зависимости от условий установки грунтового насоса на землесосе напорный патрубок может быть направлен и под

углом к вертикали и даже горизонтально.
Грунтовые насосы с	улиткообразными	корпусами	по	сравнению
с другими имеют высокий к. п. д., поэтому они наиболее			распростране
ны. Чтобы обеспечить	пропуск твердых	предметов через		грунтовой

насос без заклинивания рабочего колеса, наименьшее расстояние меж


ду ним и внутренней		стенкой	корпуса у так	называемого		отбойного
угла 2— на	участке	примыкания напорного			патрубка	к корпу
с у — должно	быть равным		100—150 мм, при		большем	расстоянии
снижается к. п. д. насоса и его всасывающая				способность.

Отбойный угол в корпусе насоса подвержен интенсивному износу, поэтому его часто выполняют съемным.

На рис. 27 показано конусное соединение рабочего колеса с валом насоса, при котором в ступице колеса 2 имеется конусное отверстие, которым колесо насаживается на конусный конец вала 5. Для предот-

вращения проворачивания колеса на валу устанавливается шпонка /, а для крепления колеса на конец вала навертывается гайка 3 со сто порным винтом 4. При таком способе крепления гайка и стопорное устройство находятся в потоке пульпы и подвергаются интенсивному износу. Из-за большой плотности конусной посадки снятие рабочего колеса с вала затруднено.

В современных грунтовых насосах чаще применяется резьбовой

способ соединения рабочего колеса			с валом без сквозного отверстия
в ступице (см. рис. 24). Изготовлять			насосы с таким	колесом сложно,
однако	резьбовой способ	надежен и, кроме того, обеспечивается лег
кость	разборки насоса при ремонте. В этом соединении резьба часто
имеет	трапецеидальную	форму с	направлением,	противоположным

направлению вращения рабочего колеса. Таким образом, при работе грунтового насоса рабочее колесо как бы навинчивается на вал.

М а т е р и а л д е т а л е й г р у н т о в о г о н а с о с а . Чтобы увеличить срок службы быстроизнашивающихся деталей (рабочего


колеса,	защитных облицовок и др.), их изготавливают из					износоус
тойчивых		сталей:	легированных	сталей с	содержанием	марганца
до 14%,	а	также	различных сложных сплавов с содержанием				хрома,
марганца,		вольфрама, кремния и других легирующих элементов.
В настоящее			время применяют	также	высокохромистый		чугун

с никелем марки И4Х28Н2 (27—30% хрома, 1,5—3% никеля) и чугун марки И4Х16МТ.

Для защиты деталей грунтовых насосов от износа можно применять износоустойчивую резину.

§13. Определение главных размеров грунтового насоса

имощности приводного двигателя

Мощность, потребляемая грунтовым насосом, может быть опре делена по формуле

		М=0еИл,с		(4)
			270-п	'
где Qn	— производительность		насоса по пульпе,	м3/ч;
Н	— напор,	развиваемый	насосом, м вод. ст.;
г\| — общий		к. п. д. насоса.

Производительность грунтового насоса самоотвозного землесоса определяется в зависимости от емкости грунтового трюма, времени за

полнения трюма грунтом, количества установленных грунтовых			на
сосов и может быть вычислена по формуле
	U7T D	60
Qn =	- i	— * 8 / « .	(5)
где WTP — емкость грунтового	трюма, м3;
k — количество грунтовых		насосов;
t — время заполнения трюма пульпой, мин.			ч

Время заполнения грунтового трюма пульпой для определения про изводительности грунтового насоса обычно принимается равным 10 мин, что соответствует времени заполнения грунтового трюма жидким илом.

Между производительностью грунтового насоса по пульпе при ра боте на жидком иле и производительностью по воде существует зави симость

				Qn = Q B P ?		Л ,		(6)
где Рд	— коэффициент,			учитывающий		изменение расхода грунтового
	насоса,		Pq =	0,67 при работе насоса на жидком иле с удель
	ным весом Yn = 1,15				т/м3.
Напор		насоса	принимается		равным напору, необходимому для пе
ремещения		пульпы.
Общий к. п. д. грунтового насоса принимается равным 0,65 — 0,72.
Для определения мощности приводного двигателя необходимо мощ
ность, определенную по формуле (4), умножить на коэффициент								запаса
мощности, равный 1,15—1,3.
Величину напора, необходимого для перемещения пульпы, опре
деляют по формуле
	Н = h1 + h2 ± h3 + ^				+ hs	+ he + h7	м вод. ст.,	(7)
/?! •— напор,			затрачиваемый		на всасывание		пульпы;
Л2	— напор, затрачиваемый на подъем пульпы от дна до уровня
h3	воды;
	— напор, затрачиваемый				на подъем пульпы от уровня воды до
	оси грунтового насоса;
/г4	— напор, затрачиваемый на преодоление сопротивления во вса
	сывающем грунтопроводе;
h5	— напор, затрачиваемый				на увеличение скорости пульпы при
	переходе из всасывающего грунтопровода в напорный							грун
hg	топровод;
	— напор, затрачиваемый на подъем пульпы от оси насоса до
	уровня		сброса;
h7	•— напор,		затрачиваемый на преодоление сопротивлений в на
	порном		грунтопроводе.

Сумма первых четырех слагаемых характеризует затраты и потери напора во всасывающей части грунтопровода, т. е. дает вакуумметрическую высоту всасывания — разряжение. Сумма трех последних сла гаемых определяет манометрический напор или затраты и потерю напо ра в нагнетательной части грунтопровода.

Напор, затрачиваемый на всасывание пульпы hx, зависит от затрат энергии на приведение грунта из неподвижного состояния в подвижное и от потери напора на трение и завихрение при проходе пульпы через грунтоприемник. Эта величина практически может достичь 2,5— 3,5 м вод. ст. при работе без рыхления грунта и 1—1,5 м вод. ст. при рыхлении грунта.

Затрата напора на подъем пульпы до уровня воды зависит от глу бины всасывания Нвс и удельного веса пульпы уа:

	К ^ (Yu—YB) Нвс		м вод. ст.,	(8)
где	YB — удельный вес воды	(для речной воды ув		— 1 т/м3, морс
	кой — YB = 1,033	т/м3).
	Удельный вес пульпы зависит от удельного веса извлекаемого грун
та в его естественном (мокром) состоянии YM и степени разжижения
грунта водой. На основе закона пропорций можно записать
	Y N __= J ^ I + V B J L =		YM + УВП. т 1 м 3 _	( 9 )
	п + 1		п + 1
Величина Yn колеблется в широких			пределах, но в расчетах обычно
принимают Yn = 1,15-г-1,2		т/м3.
	Затрата напора на подъем пульпы от уровня воды до оси грунтово
го	насоса зависит от высоты расположения насоса			над водой Я н и
удельного веса поднимаемой		пульпы Yn
	h3 = ±yuHH		м вод. ст.	(10)

Если ось грунтового насоса находится под водой (на некоторых самоотвозных землесосах с большой осадкой), то Я н , а следовательно, и h3 получают отрицательные значения.

Потери напора во всасывающем грунтопроводе слагаются из потерь на трение в сосуне и в местных сопротивлениях, гибких соединениях сосуновых труб между собой и сосуна с судовым всасывающим грунто проводом, коленах и сужениях.

где Хг	— коэффициент, характеризующий потери напора на трение
	во всасывающем грунтопроводе при перемещении пульпы;
L B C	— длина	всасывающего грунтопровода, м;
dBC	— диаметр сосуна, м;
vBC	— скорость перемещения пульпы в сосуне, м!сек;
g — 9,81 м/сек2 — ускорение силы тяжести;
21 — сумма		коэффициентов, характеризующих потери напора

вместных сопротивлениях.

Врасчетах принимают Л Г =^0,02 и £ = 0,075 -h- 0 , 1 .

Диаметр сосуна определяется из уравнения неразрывности

Q„ = ^ ^ B C		3600		мЧч,	(12)
откуда
й ^ л /	4 Q "	=Л		— ^ - м.	(13)
У	л и в о 3 6 0 0		у	2826 и Е С

Скорость перемещения пульпы в сосуне принимается равной vBC =»

= 3 4 м/сек.

Сумма ftx + ft2 + h3 - f ft4 не должна быть больше вакуумметрической высоты, фактически обеспечиваемой установленным грунтовым насосом, т. е. ft\ + f t 2 + ft3 + ft4 < 6 7 (лг вод. c/n.). Если эта сумма по расчету получается больше 6 -f- 7 м вод. ст., то необходимо добить ся ее уменьшения, чтобы избежать снижения производительности на соса и нарушения нормального режима работы всасывающей части грунтопровода.

Затраты напора на увеличение скорости пульпы при переходе из

всасывающего

грунтопровода

напорный

определяются по формуле

'° 2

/ В

С Тп м

вод. ст.,

(14)

где

v — скорость в напорном грунтопроводе, м/сек.

Она принимается

равной 4 — 6 м/сек в зависимости от диаметра

грунтопровода

и производительности

насоса.

Если диаметр

всасывающего

грунтопровода

равен

диаметру

напорного

грунтопровода,

то эта затрата

напора

отсутствует.

Затрата напора на подъем пульпы от оси насоса

до уровня

сброса

определяется

по формуле

== ( я с б —нн)

Уп

мвод.ст.

(15)

Потеря напора в напорном грунтопроводе является суммой потерь

на трение и в местных

сопротивлениях

hjr=Kr.c

~ - ^ Т п +

^1с.и^мвод.

ст.,

(16

где

d — диаметр

напорного

грунтопровода, м;

Хг с — коэффициент, характеризующий трение в напорном грунто

проводе, может быть определен

по формуле

Скобея

d o . l y o , i

где

Ьй

— длина

судового

нагнетательного грунтопровода,

м;

2 | с . н

— сумма

коэффициентов,

определяющих

потери

в местных

сопротивлениях

судового

нагнетательного

грунтопро

вода. Местные сопротивления судового нагнетательного

грунтопровода это сопротивления в закруглениях

(коле

нах) грунтопровода, в различной арматуре (клинкеты),

установленной на грунтопроводе, и в различных трой

никах, разветвлениях и т. п. Коэффициенты в каждом

случае определяются по эмпирическим формулам или

справочникам.

Если

грунтовой

насос рефулирует

пульпу по плавучему и бере

говому грунтопроводам, то в

формуле

(16) добавляются

слагаемые,

определяющие потери напора

на трение и в местных сопротивлениях

этих

грунтопроводов.

Р а с ч е т

г л а в н ы х

р а з м е р о в г р у н т о в о г о

н а

с о с а . Расчет главных параметров грунтового насоса начинают с рас-

чета геометрических		параметров		рабочего		колеса: внутреннего и
внешнего диаметров		D 1 и D2, ширины лопастей b и углов р\ и р 2 , ха
рактеризующих	кривизну		лопастей		при входе в колесо и выходе
из него.
Для определения D 2 рассчитывают окружную скорость на внешнем
диаметре колеса	по эмпирической			формуле
			и2 = УСН		м/сек,	(18)
где С — коэффициент, принимаемый равным 16—20.
Окружная скорость с диаметром колеса						связана выражением
				JTD2 п		(19)
					60	(19)
откуда					60
откуда
			D 2 = -	^	м,	(20)
				ЯП
где п — частота	вращения		рабочего		колеса,	об/мин.

Частота вращения рабочего колеса принимается равной числу обо ротов в минуту двигателя грунтового насоса, так как насос и двига тель соединены между собой без редуктора. Обычно для привода грун

тового

насоса используют

двигатели

частотой

вращения 150—

400 об/мин.

При больших

оборотах

двигателя

снижается к. п. д.

насоса,

уменьшаются его габариты и, следовательно,

ограничивается

возможность пропуска

твердых

предметов.

Ширину лопастей определяют по формуле

b ж 0,3 D1m.

(21)

Напор,

развиваемый грунтовым

насосом,

можно

определить по

формуле

Н =

и*с*С05а*

£ г )

г у п

м вод. ст.,

(22)

где k — коэффициент

циркуляции;

у большинства

современных на

сосов 0,6—0,65;

т]г

— гидравлический к. п. д. насоса,

учитывающий потери на

трение перекачиваемой пульпы в рабочем колесе и корпусе

с2

насоса; у современных грунтовых

насосов т}г = 0,8 -н 0,84;

— абсолютная скорость выхода

пульпы из колеса;

а 2

— угол между

направлением

абсолютной

скорости выхода и

окружной скоростью

на выходе

и2.

Для

определения с2

и а2

рассмотрим путь,

который проходит эле

ментарная

частица пульпы,

попавшая

при входе на лопасть в точку

/ (рис. 28) и вышедшая в корпус насоса в точке 2,

расположенной на

конце

лопасти.

В точке / частица пульпы вращается вместе с колесом с окружной

скоростью

и, двигаясь вдоль

лопасти,

приобретает

относительную

скорость хюъ Скорость их направлена по касательной к окружности входа, а ско

рость Wi по касательной к лопасти. Геометрической суммой скоростей

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 445 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ