Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

СТАЦИОНАРНЫЕ МАШИНЫ

Долганов А. В.,

4.4. Шахтные насосы. Типаж, конструктивное исполнение

Главные шахтные насосные установки расположены в специальной насосной камере, вблизи околоствольного двора на свежей струе воздуха. По ПБ главные водоотливные установки и установки капитальных уклонов с притоком воды более 50 м3/ч должны иметь не менее трех насосных агрегатов. Производительность каждого агрегата должна обеспечить откачку нормального суточного притока воды не более чем за 20 ч [6].

Насосные камеры. Насосы и аппаратура автоматизации водоотливных установок размещаются обычно в специальных горных выработках – насосных камерах. Насосная камера 1 наклонным ходком 8 соединяется с околоствольным двором и трубно-кабельным ходком 4 – со стволом 5, а с помощью труб с задвижками – с водосборником (рис. 4.4).

На рис. 4.4. представлена типовая технологическая схема главного водоотлива шахты (а) и план горных выработок (б):1 – насосная камера; 2 – водосборник; 3 – всасывающий колодец; 4 – трубный ходок; 5 – ствол; 6 – отстойник шахтных вод; 7 – подземная электроподстанция; 8 – ходок в околоствольный двор; 9 – насосы; 10 – трубопровод.

Рис. 4.4. Технологическая схема главного водоотлива шахты

Обычно насосная камера располагается на свежей струе в околоствольном дворе и примыкает к подземной подстанции. Размеры насосной камеры определяются числом и размерами применяемых насосных агрегатов, которых по правилам безопасности должно быть не менее трех (один в работе, один в резерве и один в ремонте). Устройство насосной камеры должно обеспечивать безопасную эксплуатацию оборудования, удобную его доставку и монтаж, а также свободный доступ при обслуживании насосных агрегатов. Для предотвращения затопления насосной камеры пол ее следует располагать на 0,5 м выше отметки околоствольного двора.

Для размещения всасывающих трубопроводов насосная камера оборудуется групповыми или индивидуальными колодцами 3, соединенными с водосборником 2 через приемный коллектор или непосредственно.

Насосные камеры могут располагаться выше и ниже уровня воды в водосборнике. В первом случае насосы имеют положительную, а во втором – отрицательную высоту всасывания, т. е. работают с подпором, что является благоприятным обстоятельством, так как исключает появление кавитации в насосах и необходимость их заливки. Однако недостатками камер, располагаемых ниже уровня воды в водосборнике (погружных), являются трудность обеспечения их герметичности (вода из водосборника попадает в камеру) и большие капитальные затраты. Насосные камеры в зависимости от местных условий, располагаются выше или ниже уровня воды в водосборнике [6].

Главная водоотливная установка шахты (рис. 4.5) должна иметь не менее двух водоотливных трубопроводов: один – рабочий, другой – резервный. Нагнетательный трубопровод из насосной камеры к стволу прокладывают по наклонному ходку 4 и соединяют со стволовым трубопроводом на высоте 12 – 15 м над отметкой околоствольного двора. Нагнетательные трубопроводы в насосной камере соединяют в кольцо и устанавливают задвижки так, чтобы каждый из насосных агрегатов мог работать на любой из трубопроводов.

Главные и участковые водоотливные установки должны иметь водосборники, состоящие из двух и более горных выработок. Вода по канавам поступает в крылья водосборника 6, откуда по каналу течет в коллектор и далее – во всасывающие (водосливные) колодцы 7.

Всасывающие колодцы делают круглого сечения с диаметром 1 м и располагают не ближе 2 м от фундамента насосной установки. В стенки колодца заделывают скобы для удобного спуска в колодец.

Расположение насосных установок в камере

Насосная камера должна быть соединена с околоствольным двором двумя ходками с герметически закрывающимися дверями и наклонным ходком под углом 25 – 300 со стволом, на высоте не менее 7 м от уровня пола насосной камеры. По наклонному ходку выводятся в ствол трубы и кабели, а также осуществляется связь камеры с поверхностью при затоплении.

Заглубленные водоотливные установки, расположенные ниже уровня воды в водосборнике

Водоотливные установки с расположением ниже уровня воды в водосборнике широко используют в горнорудной промышленности в условиях притоков шахтных вод от 1000 до 20000 м3/ч. Применяют три типа установок: заглубленные насосные камеры; установки с вертикальными насосами и с подкачивающим насосом.

К достоинствам установок относятся: надежность в работе; отсутствие сбросов нагрузки или подсосов воздуха во всасывающей системе насоса; значительная наработка на отказ сальниковых уплотнении при воздействии на них незначительного избыточного давления вместо вакуума. Расширяется область применения высокооборотных и спиральных насосов с высоким к.п.д. и малой высотой всасывания.

К недостаткам установок следует отнести большой объем проходки горных выработок во всем водоотливном комплексе, сложность строительства и монтажа оборудования.

При строительстве и эксплуатации заглубленных водоотливных установок необходимо руководствоваться положениями Ростехнадзора РФ [7].

Основные детали центробежных насосов

Рабочее колесо (рис. 4.6) образовано двумя стенками – дисками криволинейной формы (закрытое) и одной стенкой криволинейной формы (открытое), к которым прикреплены лопасти 3, составляющие одно целое с его стенками. Лопасти колеса начинаются у входного отверстия и продолжаются до его наружного диаметра. Задний диск 1 в центральной части заканчивается утолщенной втулкой (ступицей) 2, которая служит для закрепления колеса на валу [5].

Открытые колеса применяются при небольших напорах и перекачивании густых и загрязненных жидкостей. Роль переднего диска выполняет стенка корпуса насоса. Изменяя расстояние между торцами лопастей и стенкой корпуса, регулируют производительность насоса.

Большинство центробежных насосов изготовляют с рабочими колесами закрытого типа. На наружной поверхности их переднего диска имеется кольцевой выступ для сведения до минимума объемных утечек в зазор между расточкой корпуса и наружной поверхностью этого кольцевого выступа.

В колесах с удельной быстроходностью до 100 лопастям придается цилиндрическая форма, а при большей быстроходности их выполняют в виде лопастей двоякой кривизны.

Рабочие колеса в большинстве случаев отливают из чугуна, стали, бронзы, капрона или других материалов, при этом для перекачивания кислотных вод они отливаются из хромистой или хромоникелевой стали.

Всасывающий подвод предназначен для обеспечения равномерного заполнения входа жидкости во всасывающие отверстия колеса с минимальными потерями давления. В случае неравномерного его заполнения в насосах с двусторонним входом появляется усилие вдоль оси колеса, стремящееся сместить колесо в этом направлении.

В настоящее время всасывающие подводы изготовляют в виде прямолинейного конического патрубка (рис. 4.7, а), кольцевого подвода (рис. 4.7, б) и полуспирального подвода (рис. 4.7, в).

Конический патрубок обычно применяется в одноступенчатых консольных насосах.

В кольцевом подводе равномерное заполнение нарушается за счет вращения потока перед колесом и вследствие этого вокруг вала образуется вихревая зона. Подобный подвод встречается только в насосах с разъемом в плоскости, перпендикулярной валу машины.

Для устранения вихревой зоны подвод воды осуществляют патрубками полуспирального типа, снабженными «языком». Он делит всасывающее отверстие как бы на две зоны. Половина всей жидкости поступает сразу в колесо, а вторая ее часть движется с постоянной скоростью вдоль спиральной камеры и вытекает тоже в колесо. Этот подвод применяется во всех многоступенчатых насосах со спиральным отводом воды после колеса и в одноколесных насосах с двусторонним всасыванием.

Вал насоса изготовляется из кованой мартеновской или нержавеющей стали. Рабочие колеса на нем закрепляются либо на резьбе, либо на шпонках, а весь ротор в единое целое стягивается с помощью двух гаек на его концах. Между рабочими колесами устанавливаются дистанционные втулки. Они упираются в торец втулок рабочих колес. Для обеспечения спокойного хода и безопасного перехода через критическое число оборотов ротора насоса подвергается статической и динамической балансировкам.

Сальники устанавливаются в пространство между кожухом и валом для герметизации места его выхода. В качестве набивки применяют пеньку, хлопок, бумажную пряжу, пропитанные салом вместе с графитом.

Подшипники насоса служат для поддержания ротора насоса в рабочем положении и обеспечения его беспрепятственного вращения. В большинстве случаев центробежные насосы имеют подшипники скольжения с чугунными вкладышами с баббитовой заливкой и жидкостной смазкой либо шариковые или роликовые подшипники с жидкой или густой смазкой.

В ряде скважинных насосов применяют подшипники с водяной смазкой – резиновые, пластиковые, текстолитовые и из других материалов.

Аппараты для отвода воды из рабочего колеса. В связи с тем, что скорость движения воды в трубопроводе обычно значительно меньше скорости на выходе из колеса, излишек кинетической энергии в насосах преобразовывают в давление (статический напор) в специальных аппаратах, устанавливаемых сразу же после рабочего колеса. В качестве таких аппаратов применяют спиральный корпус, конический диффузор, кольцевой диффузор, направляющий аппарат.

В таких аппаратах жидкость, покидая рабочее колесо 1 (рис. 4.8, а), сразу же поступает в спиральную камеру 2. В этой схеме преобразование динамического напора в статический связано с большими потерями энергии, поэтому в современных конструкциях насосов спираль играет только роль резервуара для сбора и отвода воды и скорость в ней всюду остается постоянной. Преобразование скорости в давление с незначительными потерями в настоящее время осуществляют в прямолинейном коническом диффузоре 3 за насосом. Если между спиральной камерой 2 и колесом 1 расположить кольцевой диффузор 4, охватывающий рабочее колесо по внешней окружности, то в нем скорость движения воды по мере прохождения через кожух будет постепенно понижаться, так как площадь его вдоль радиуса возрастает от входа к выходу. Потери на преобразование динамического напора в статический в рассматриваемой схеме (рис. 4.8, б) будут меньше, чем в предыдущей схеме.

Вместо кольцевого диффузора в рудничных насосах широко применяют диффузоры с направляющими лопатками, показанные на рис. 4.8, в. Направляющий аппарат 5 состоит из ряда неподвижных лопаток, образующих между собой каналы, имеющие форму, соответствующую действительному направлению воды, выбрасываемой из вращающегося рабочего колеса.

Корпус насоса отливается из чугуна при давлении до 40 ат и из стали при больших давлениях.

Корпус насоса с разъемом в плоскости, перпендикулярной оси насоса, состоит из отдельных секций, которые скрепляются вместе стяжными болтами. В случае разъема корпуса по оси можно удалить целиком ротор насоса без разборки трубопроводов как со стороны всасывания, так и нагнетания. Для подключения измерительных приборов (манометра, вакуумметра, воздушных кранов) в корпусе имеются отверстия с резьбой.