Тема 6.7 Насосы вспомогательного водоотлива.

Тема 6.7 Насосы вспомогательного водоотлива.
1.
2.
3.
4.
План.
Назначение и классификация насосов участковых водоотливных
установок.
Назначение и устройство одноколесных центробежных насосов.
Назначение и устройство винтовых насосов.
Приборы для измерения давления.
1.Насосы
участковых
водоотливных
установок
находятся в различных условиях эксплуатации. Насосы на перекачных
установках являются стационарными (монтируются на фундаментах,
снабжаются
водосборниками,
обслуживаются
квалифицированным
персоналом). Насосы, работающие, например, при проходке уклонов –
временные, передвижные (имеют водосборники малой вместимости,
установлены не на фундаментах, а на почве выработок, работают в тяжелых
условиях).
2. Для участковых водоотливных установок применяют в основном
горизонтальные многоступенчатые секционные насосы типа ЦНС, ЦНСК и
др. с подачей от 38 до 60 м3/ч и с напором от 44 до 330 м.
К о н с о л ь н ы е н а с о с ы выпускаются типоразмеров 2К-6, 3К-6,
4К-6, 4К-8 (первая цифра – диаметр выходного патрубка в мм, уменьшенный
в 25 раз, К– консольный, цифра после тире – коэффициент быстроходности,
уменьшенный в 10 раз) с подачей и напором соответственно: 20 м3/ч и 31 м;
45 м3/ч и 54 м; 90 м3/ч и 87 м; 90 м3/ч и 55 м. К.п.д. этих насосов 0,64 ÷ 0,73.
Вакуумметрическая высота всасывания 5 ÷ 6 м, частота вращения вала 2900
об/мин.
Консольный насос (рис. 12) состоит из следующих основных элементовспирального корпуса 1, отлитого заодно с напорным патрубком 2, рабочего
колеса 3, вала 4 с муфтой 5, опорного кронштейна 6, подводящего патрубка
7. Для уравновешивания осевого усилия в ведущем диске рабочего колеса
имеются отверстия. Опорами вала являются два шариковых подшипника 8.
Для предупреждения износа корпусных деталей и уменьшения объемных
потерь в корпусе и крышке насоса установлены уплотняющиеся кольца 9. На
выходе вала из корпуса насоса установлено сальниковое уплотнение 10 с
гидрозатвором.
Рисунок 12. Консольный насос.
Н а с о с ЦНМ 1-60-100 (Ц – центробежный, Н – насос, М –
моноблочный, 60 – подача в м3/ч, 100 – напор в м) показан на рисунке 13.
Чугунный кронштейн 1 – основная несущая деталь насоса – закреплен на
фланце электродвигателя 2. К кронштейну крепится корпус 3, отлитый
заодно с напорным патрубком.
К фланцу корпуса присоединяется крышка, отлитая заодно с подводящим патрубком 4. Рабочее колесо 5 насажено на вал 6 электродвигателя.
Вал уплотняется сальником 7 с гидрозатвором. Для разгрузки от осевого
усилия в ведущем диске рабочего колеса имеются отверстия.
Моноблочные насосы характеризуются малыми габаритами и массой,
возможностью установки без фундаментов, относительно низкой стоимостью,
простотой обслуживания, удобством транспортирования по горным
выработкам.
Рисунок 13. Моноблочный насос ЦНМ 1-60-100
Н а с о с ы в с п о м о г а т е л ь н о г о в о д о о т л и в а используются при
проходке стволов, уклонов и горизонтальных выработок, при откачке воды из
зумпфов и очистке водосборников.
К их числу относятся: проходческие вертикальные насосы, турбонасосы,
винтовые насосы, одноступенчатые насосы с двусторонними рабочими
колесами и одноступенчатые шламовые.
В е р т и к а л ь н ы е н а с о с ы применяются при проходках стволов.
Они имеют относительно небольшие размеры в плане и легко размещаются в
стволе шахты. Уровень откачиваемой из ствола воды изменяется, поэтому
насос подвешивают на стальном канате (или цепях), чтобы с помощью
лебедки можно было менять его положение в стволе. Длина трубопровода
изменяется вставкой или удалением звеньев труб напорного трубопровода.
Основными элементами такой установки являются рама, насосный узел и
двигатель с пусковой аппаратурой (ВП-3). Подача насоса ВП-3 составляет 50
м3/ч, напор 360 м, частота вращения 2960 об/мин, мощность электродвигателя
100 кВт.
Т у р б о н а с о с Н-1М, предназначенный для откачки воды из забоев
вертикальных стволов, уклонов и горизонтальных выработок, состоит из
алюминиевого корпуса 1, встроенного одноступенчатого насоса 2 и
пневматической турбины 3. Нижняя часть корпуса представляет собой
спиральный отвод, переходящий в напорный патрубок 4 диаметром 50 мм.
Рабочее колесо насоса закрыто сеткой 5. Пуск насоса осуществляется с
помощью рукоятки 6, действующей на клапан, через который сжатый
воздух подводится к турбине. К диафрагме клапана подводится часть воды
из напорного трубопровода, отчего клапан удерживается в открытом
положении при прекращении нажатия на рукоятку. При давлении в
напорном трубопроводе менее 0,08 МПа, что имеет место при
подсасывании воздуха через сетку 5 по окончании откачки воды, клапан
автоматически отключает подачу сжатого воздуха к турбине.
Рисунок 15. Турбонасос Н-1М
Турбонасос Н-1М имеет подачу 25 м3/ч, напор 40 м, потребляет 6 м3/мин
воздуха при давлении 0,45 ÷ 0,5 МПа.
Малые габариты и масса турбонасоса позволяют применять его как
переносной, он не требует водосборников и фундамента, постоянного надзора
во время работы.
Для откачки неосветленной шахтной воды, чистки водосборников и
зумпфов
от
шлама
применяются
центробежные
шлам о в ы е
о д н о с т у п е н ч а т ы е к о н с о л ь н ы е н а с о с ы с открытыми рабочими
колесами с двумя лопастями. Такие насосы применяются при плотности
перекачиваемой суспензии до 2200 кг/м3, максимальных размерах твердых
частиц до 20 мм и температуре воды до 60 °С.
3 . В и н т о в ы е н а с о с ы относятся к группе объемных насосов,
принцип действия которых отличается от центробежных машин. В объемных
насосах процессы всасывания и нагнетания происходят благодаря изменению
под действием поршня (поршневые насосы) или винта объема камеры, в
которой находится перекачиваемая жидкость.
Подача объемного насоса определяется размерами его цилиндра и
частотой вращения вала. Напор теоретически не ограничен и зависит от
мощности двигателя и прочности деталей насоса.
На шахтах применяются винтовые насосы трех типоразмеров: 1В6/5,
1В20/5, 1В20/10 (1В – одновинтовой, числитель – подача в л за 100 об/с вала,
знаменатель – давление в МПа или в метрах, уменьшенный в 10 раз). При
частоте вращения вала насоса 1450 об/мин указанные насосы обеспечивают
соответственно: подачу – 6; 17 и 17 м3/ч; на пор – 50, 50 и 100 м, к.п.д. – 0,48;
0,60 и 0,64, потребляется мощность 1,8; 3,5 и 7,2 кВт. Вакуумметрическая
высота всасывания этих насосов 6 м.
Основными частями винтового насоса 1В (рис. 17) являются стальная
обойма 1, резиновый статор 2, стальной ротор 3 и карданный вал 4. В статоре,
представляющем собой двухзаходную спираль, вращается ротор в виде
однозаходного винта с шагом, вдвое меньшим шага спирали статора. Центры
сечений винта эксцентричны относительно его оси вращения, в связи с чем
при
вращательном
движении
ротора
возникает
поступательно
перемещающееся полое пространство. Благодаря этому с одной стороны
статора образуется разрежение и происходит всасывание воды по патрубку 5,
а через патрубок 6 – нагнетание воды в трубопровод.
Карданный вал соединяется с помощью приводного вала 7 и упругой
муфты с валом двигателя. Вал 4 снабжен двумя шаровыми шарнирами 8,
соединенными посредством пальцев 9 с ведущей 10 и ведомой 11 муфтами.
Шарнир карданного вала в патрубке 6 защищен от песка и грязи резиновым
сильфоном 12, Уплотнение вала производится с помощью сальника,
состоящего из втулки 13, набивки 14 и стального кольца 15, через которое из
масленки подается в сальниковую набивку масло.
Рисунок 17. Винтовой насос 1В.
Вал 7 располагается в двух радиально-упорных шарикоподшипниках 16,
находящихся в гнездах станины опорной части 17. Осевая сила, возникающая
при работе насоса, передается на подшипники 16 через пальцевое соединение,
карданный и приводной валы. Благодаря резиновому статору насос может
перекачивать загрязненную воду.
Вода в перемещающемся пространстве служит смазкой между ротором и
статором. Без воды в этом пространстве нельзя пускать насос, так как статор
выйдет из строя. Для заливки насоса подводящая и напорная стороны
соединены перепускной трубкой с вентилем. Кроме того, благодаря
повернутому вверх отверстию подводящего патрубка в корпусе при
остановке насоса остается некоторое количество воды.
Перепускная трубка используется также для регулирования подачи
насоса. Если при работе насоса открыть вентиль на перепускные трубы, то
часть перекачиваемой воды вернется из полости нагнетания в полость
всасывания и подача уменьшится. Эксцентриситет составляет 5 ... 6 мм, шаг
винта 70 ... 80 мм.
Винтовые насосы имеют малые габариты и массу, могут перекачивать
загрязненную воду.
4. Приборы для измерения давления.
При эксплуатации и испытаниях насосов необходимо замерять напор
(давление), подачу, частоту вращения вала и мощность. Д а в л е н и е
и з м е р я е т с я манометром, устанавливаемым на напорном патрубке
насоса.
Рисунок 21. Манометр.
В манометре (рис. 21) имеется упругая латунная трубка 1 овального
сечения. Один конец трубки запаян и соединен с помощью рычагов и
зубчатой передачи со стрелкой 2. Другой конец трубки открыт и включается в
напорный трубопровод. Трубка под действием разности измеряемого
абсолютного р и атмосферного (барометрического) ра давлений (р – ра) будет
выпрямляться при увеличении абсолютного давления и закручиваться при
уменьшении этого давления, причем запаянный конец трубки будет
перемещаться, и стрелка на шкале манометра покажет избыточное
(манометрическое) давление рм = р – ра. Для получения абсолютного давления
необходимо к манометрическому прибавить давление атмосферного воздуха.
Вакуумметр, измеряющий разрежение, аналогичен по устройству
манометру и устанавливается на подводящем патрубке насоса. Показываемое
вакуумметром разрежение (вакуум) рв = рл – р.
И з м е р е н и е п о д а ч и насоса производится механическими
водомерами, а также расходомерами (дифманометрами) с использованием
дроссельных устройств (диафрагм). Измерения с применением диафрагм
основаны на замере перепада давления жидкости.
В механических водомерах использован принцип замера скорости
течения воды в трубопроводе с помощью лопастной вертушки (аналогия с
анемометром), которая связана со стрелками, указывающими на шкале
водомера количество протекающей жидкости.
Диафрагма (рис. 22) представляет собой тонкий диск с отверстием,
имеющим острую прямоугольную кромку со стороны входа жидкости.
Диафрагма на напорном трубопроводе устанавливается таким образом, чтобы
прямолинейный участок движения потока до диафрагмы был не менее 20
диаметров трубопровода, а после нее – не менее пяти диаметров.
Рисунок 22. Измерение подачи насоса с помощью диафрагмы и
дифманометра.
Литература.
1. Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А. Горная механика. М.: Недра, 1982
с. 109-115; 118-119.