Шахтные водоотличные установки. Методические указания по изучению конструкций центробежных насосов горных предприятий для студентов специальности
 Скачать 0.89 Mb.
|
|
0 Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования šКУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ- Кафедра стационарных и транспортных машин СТАЦИОНАРНЫЕ МАШИНЫ Шахтные водоотливные установки Конструкции центробежных насосов Методические указания по изучению конструкций центробежных насосов горных предприятий для студентов специальности 150402 šГорные машины и оборудование- и других горных специальностей очной и заочной форм обучения Составитель В. Н. Бизенков А. П. Абрамов Ю. С. Щербаков Утверждены на заседании кафедры Протокол № 263 от 14.10.2008 Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией по специальности 150402 Протокол № 3 от 22.10.2008 Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ Кемерово 2008 1 ВВЕДЕНИЕ При изучении дисциплины šСтационарные машины- в раз- деле šШахтные водоотливные установки- студенты узнают принципы действия и конструкции различных типов насосов, приобретают навыки по их эксплуатации и проектированию во- доотливных установок горных предприятий, а также получают знания по теории их работы, усваивают требования правил безо- пасности [1], правил технической эксплуатации [2] и охраны тру- да. Изучение конструкций насосов производится на практических и лабораторных занятиях одновременно с теоретическим лекци- онным курсом. Для изучения конструкций насосов рабочей программой от- водится четыре часа, т.е. два занятия. На первом занятии студен- ты знакомятся с общими характеристиками, классификацией цен- тробежных насосов по конструктивным отличиям и назначению, а также изучают конструкции элементов и узлов центробежных насосов, которые являются идентичными для различных типов насосов и имеют одно и то же назначение. На втором занятии изучаются конструкции различных типов насосов с учетом их конструктивных отличий, областей приме- нения и назначения. Данные методические указания предназначены для изуче- ния раздела šШахтные водоотливные установки- и используются при выполнении лабораторных работ, курсового и дипломного проектирования студентами специальности 150402 šГорные ма- шины и оборудование- различных форм обучения. Методические указания полностью соответствуют рабочей программе и образовательному стандарту. В методических указаниях в сжатой форме даны описания различных конструкций и типов насосов, имеющих наибольшее распространение на горных предприятиях с подземной и откры- той технологией добычи. Приведены также конструкции насосов, применяемых для водоотливных установок, в технологических схемах гидромеханизации горных работ и гидротранспортных установках. В конце каждого раздела методических указаний приведены контрольные вопросы, по которым производится защита этой те- 2 мы студентами и оценка знаний. Предусматривается также тесто- вый контроль для оценки знаний студентов. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО КОНСТРУКЦИЯМ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ. Насосные установки широко применяются во многих отрас- лях промышленности. Они повсеместно используются в системах водоснабжения, теплоснабжения, канализации, в технологиче- ских гидротранспортных установках. Основное назначение насо- сов – это перекачивание воды и других жидкостей и смесей по напорным трубопроводам. Насосный агрегат и трубопровод, к которому он подключен, называются насосной установкой [1;2]. 1.1. Классификация центробежных насосов В производственных условиях преимущественное распро- странение получили лопастные центробежные насосы. В про- мышленности изготавливается большое число типов насосов. По- этому с целью удобства изучения конструкций, обозначений ти- пов насосов, их конструктивных особенностей и областей приме- нения, предложена классификация центробежных насосов. Схема классификации центробежных насосов приведена на странице 5. Классификация центробежных насосов проведена по характер- ным признакам. Признаки 1, 2, 3 объединяют насосы с горизонтальным расположением вала и отражают следующие конструктивные от- личия: 1 – многоступенчатые (многоколесные, секционные) – тип насосов ЦНС; 2 – одноколесные с консольным расположением рабочего колеса на валу – тип насосов К; 3 – одноступенчатые и многоступенчатые с рабочими коле- сами с двухсторонним подводом, а также со спиральным подво- дом и горизонтальным разъемом корпуса, – насосы типа Д, М, МД, ЦН. Классификационный признак 4 объединяет секционные на- сосы с вертикальным расположением вала в пространстве, что 3 определяет их назначение как скважинных или подвесных насо- сов, – насосы типов ЭЦВ, ЦТВ, ВП-340, ППН-50 и др. Признаки 1.1; 2.1; 3.1 конкретизируют области применения и конструктивные особенности отдельных типов насосов. Так, насосы типа ЦНС имеют секционную конструкцию корпуса с разъемами секций перпендикулярно оси вращения ва- ла. Насосы типа К характерны тем, что они одноколесные, т.е. низконапорные и предназначены для работы на чистой воде, что и определяет их область применения. Насосы типа Д также одноколесные с двухсторонним под- водом жидкости в рабочее колесо с горизонтальным разъемом корпуса вдоль оси вала. Признаки 4.1; 4.2; 4.3; 4.4 объединяют скважинные и под- весные проходческие насосы с вертикальными валами с погруж- ными и непогружными электродвигателями, что также определя- ет их назначение. Признак 2.2 характеризует насосы консольного типа, пред- назначенные для перекачивания гидросмесей в технологических схемах и схемах гидротранспорта, это насосы типа ШН, одноко- лесные углесосы типа У, грунтовые насосы ГР, 3ГМ-2М и др. Признак 3.2 определяет конструктивные отличия спираль- ных многоступенчатых насосов с горизонтальным разъемом кор- пуса с комбинированным расположением колес с односторонним и двухсторонним подводом жидкости. Остальные признаки уточняют назначение насосов и указы- вают на другие конструктивные особенности. Насос ЦНС имеет следующую маркировку: Ц – центробеж- ный, Н – насос, С – секционный. Цифры после букв обозначают номинальную подачу насоса, м 3 /ч; цифры после дефиса обозначают номинальный напор в мет- рах водяного столба. Например, ЦНС180-680 обозначает центро- бежный насос секционный с подачей 180 м 3 /ч и напором 680 м. Насос типа К – консольный, насос типа Д – с двухсторонним подводом. Они обозначаются следующим образом. Например, тип насоса 3К-9: К – консольный насос, а цифра, стоящая перед буквой, определяет диаметр всасывающего патрубка (мм), 4 уменьшенный в 25 раз; цифра после дефиса равна коэффициенту быстроходности, уменьшенному в 10 раз. Насос с обозначением 6НДс или 6НДв расшифровывается как насос одноступенчатый с двухсторонним подводом жидкости в колесо со средним (с) или высоким (в) давлением, а цифра 6 оп- ределяет диаметр всасывающего патрубка в дюймах. В настоящее время для консольных насосов типа К в соот- ветствии с ГОСТ 22247-76Е и для насосов типа Д по ГОСТ 10272-77 приняты обозначения аналогичные насосам ЦНС. Например, К90-55 – консольный насос с производительно- стью 90 м 3 /ч и с номинальным напором 55 м. Насос Д200-95 – насос с двухсторонним подводом в рабочее колесо с подачей 200 м 3 /ч и напором 95 м [3; 4; 5]. 6 6 1.2. Конструктивные элементы и узлы центробежных насосов В конструкциях центробежных насосов следует выделять отдельные элементы и узлы, имеющие одинаковое назначение, которые конструктивно незначительно отличаются в других ти- пах насосов. Основные элементы и узлы центробежных насосов: рабочие колеса, подводы и отводы, направляющие аппараты, разгрузоч- ные устройства, валы, роторы, подшипники и корпусы. Основные элементы и узлы трехколесного центробежного насоса показаны на рис. 1.1. Рис. 1.1. Схема трехколесного центробежного насоса: 1 – соединительная муфта; 2 и 12 – передняя и задняя подшипни- ковые опоры; 3 и 13 – переднее и заднее сальниковые уплотне- ния; 4 – подводящая камера; 5, 6 – направляющие аппараты; 7, 18, 20 – рабочие колеса; 8 и 22 – нагнетательный и всасываю- щий патрубки; 9 – разгрузочный диск; 10 – отвод воды из разгру- зочной камеры; 11 – стопорная гайка; 14 и 23 – задний и перед- ний фонарь; 15 и 21 – передний и задний щиты; 16 – соедини- тельный канал; 17 и 19 – уплотнения; 24 – вал; 25 – шпонка 7 Рабочие колеса для увеличения напора соединены гидрав- лически последовательно и установлены на валу неподвижно за счет дистанционных втулок, шпонок и стопорной гайки. 1.2.1. Рабочие колеса центробежных насосов В современных центробежных насосах устанавливаются ра- бочие колеса трех типов: 1 – закрытой конструкции, 2 – полуот- крытой конструкции, 3 – открытой конструкции (рис. 1.2). Боль- шинство насосов имеют рабочие колеса закрытой конструкции, которые сложнее в изготовлении, но имеют высокую надежность и КПД. Рабочие колеса полуоткрытой и открытой конструкции применяются в технологических насосах специального назначе- ния для перекачивания жидких гидросмесей (шламовые, фекаль- ные, углесосы и т.д.). Основные элементы рабочего колеса (рис. 1.2): передний диск с подводящим отверстием, задний (коренной) диск; ступица; лопатки рабочего колеса. Рабочие колеса насосов производятся: закрытой конструк- ции, имеющие все перечисленные элементы; полуоткрытой; т. е. без переднего диска; открытой конструкции – без переднего и заднего дисков. Рабочие колеса изготавливают с односторонним и двухсто- ронним всасыванием. Рабочие колеса двухстороннего всасывания (рис. 1.2, д) представляют собой соединенные в одном изделии два обычных колеса. Из условия прочности диски колес утолща- ются по направлению к втулке. Скорость по внешней окружности для литых чугунных колес не более 35 м/с. Профиль лопаток должен быть такой, чтобы по всей ее длине приращение абсо- лютной скорости было равномерным. Лопатки профилируются по дуге окружности или по лога- рифмической спирали и имеют толщину: 4–8 мм чугунные, 3–8 мм стальные и более 3–6 мм бронзовые. КПД насоса зависит от числа и длины лопаток, от плавности изменения сечения каналов проточной части, от чистоты обра- ботки поверхностей межлопаточных каналов колеса. 8 Рис. 1.2. Рабочие колеса центробежных насосов: а, б – закрытой конструкции с односторонним подводом воды; в – полуоткрытой конструкции; г – открытой конструкции; д – закрытой конструкции с двухсторонним подводом воды Элементы рабочих колес: 1 – передний диск; 2 – задний диск; 3 – ступица; 4 – лопатки; 5 – всасывающее отверстие; 6 и 8 – уплотнительные втулки;7 – разгрузочные отверстия; 9 – коренной диск При числе лопаток более 4–5 движение воды в колесе ста- новится более плавным. При значительном увеличении их числа (более 10–12) возрастает сопротивление движению потока жид- кости. Обычно в одном колесе 6–9 лопаток. В шахтных насосах чаще применяются колеса закрытой конструкции, так как они допускают осевой разбег вала, необхо- димый при наиболее распространенном способе уравновешива- ния осевого усилия с применением разгрузочного диска; при этих колесах меньше утечек жидкости через зазоры между колесом и корпусом. По удельному числу оборотов рабочие колеса центробеж- ных насосов делятся на три типа: тихоходные (n У = 40–80 об/мин), нормальные (n У = 80–150), быстроходные (n у = 150–300). Диаметр рабочего колеса может достигать 800 мм и более. Для неагрессивной воды рабочие колеса изготавливаются литыми из чугуна или стали, для агрессивной воды – из легиро- ванных хромом или никелем сталей, хромистого или кремнистого чугуна, кислотоупорных бронз или пластмасс [6; 8; 9]. 9 1.2.2. Подводящие и отводящие элементы Подвод предназначен для обеспечения равномерного входа жидкости во всасывающее отверстие колеса с минимальными по- терями давления. В современных насосах подводы выполняются в виде: конических патрубков (конфузоров) с прямой и искрив- ленной осями, кольцевой камеры и спиральной камеры (рис. 1.3). Прямолинейный конфузор представляет собой конический патрубок с прямолинейной осью (рис. 1.3, а), в котором иногда устраивается решетка в виде пластин, расположенных в мери- диональных плоскостях. Решетка обеспечивает поступление по- тока в рабочее колесо без вращения. Поток в конфузоре движется ускоренно с увеличением скорости на 15–20 %. Это обеспечивает протекание жидкости в канале с минимальными гидравлически- ми потерями и выравнивание поля скоростей перед входом в ра- бочее колесо. Рис. 1.3. Типы подводов: а – конфузор с прямой осью; б – конфузор с радиусной осью; в – кольцевой подвод; г – спи- ральный подвод. Элементы подводов: 1 – всасывающий патрубок; 2 – рабо- чее колесо; 3 – камера Конфузор с прямой осью является лучшим типом подводя- щего канала, но применяется только в одноступенчатых насосах. 10 Конфузор с радиусной криволинейной осью выполняется в виде конического колена с большим радиусом поворота (рис. 1.3, б). Такой подвод сложен в изготовлении и создает до- полнительные потери давления. Кольцевой подвод (рис. 1.3, в) представляет собой канал по- стоянного сечения, который расположен по окружности входа в рабочее колесо. При такой конструкции равномерность поля ско- ростей нарушается из-за образования вихревых потоков вокруг вала. Этот тип подвода устраивается лишь в некоторых конст- рукциях насосов, имеющих разъем, перпендикулярный к валу. Для устранения вихревой зоны применяется спиральный подвод (рис. 1.3, г), представляющий собой канал переменного сечения по окружности входа в колесо. Благодаря этому одна часть потока попадаете в колесо, не обтекая вала, а другая часть плавно обтекает вал, равномерно распределяясь по окружности. Этот тип подвода в настоящее время применяется в большинстве конструкций насосов типа Д. Отвод должен обеспечивать движение жидкости от рабочего колеса во внешнюю сеть насоса с наименьшими потерями скоро- сти. В современных насосах применяют кольцевой отвод, спи- ральный отвод и направляющий аппарат. Кольцевой отвод представляет собой цилиндрическую кольцевую камеру постоянной ширины, охватывающую рабочее колесо насоса. Такие отводы используются в конструкциях насо- сов, предназначенных для перекачки загрязненных жидкостей и в углесосах. Спиральный отвод состоит из спирального канала и диффу- зора. Обычно спиральный канал комбинируют с кольцевой каме- рой. Спиральный канал имеет цилиндрическое или грушевидное поперечное сечение. В диффузорах происходит дальнейшее снижение скорости движения потока жидкости и преобразование его кинетической энергии в энергию статического давления. Скорость жидкости на выходе как правило ограничена 2–3 м/с. Спиральные отводы применяются в одноступенчатых насо- сах, особенно при низких и умеренных напорах. 11 1.2.3. Направляющие аппараты Направляющие аппараты предназначаются для перевода по- тока жидкости из одного рабочего колеса в другое, поэтому они устанавливаются в многоступенчатых насосах. Каждое рабочее колесо в таких насосах располагается внутри направляющего ап- парата. Направляющие аппараты бывают двух типов лопаточные и канальные. Лопаточный направляющий аппарат показан на рис. 1.4. Рис. 1.4. Лопаточный направляющий аппарат: 1 и 7 – под- водящие каналы; 2 и 10 – уплотнения; 3 – обойма; 4 и 6 – перед- няя и задняя перегородки; 5 и 8 – отводящие каналы; 7 – подво- дящий канал; 9 – вал; 11 – шпонка; 12 – рабочее колесо У лопаточных аппаратов каналы расположены с обеих сто- рон перегородки и образуют отводящие и обратные (подводящие к следующему колесу) каналы. Жидкость, выходящая из рабочего колеса, попадает в расположенную за ним радиальную решетку лопастей направляющего аппарата. Далее поток жидкости, пово- рачиваясь в кольцевом канале на 180Á, поступает в обратную ра- диальную решетку, где обычно происходит окончательное рас- кручивание потока и подвод его в следующее рабочее колесо. Аппараты с канальными подводами и отводами более ком- пактны, поэтому получили преимущественное применение в цен- тробежных насосах. Канальный направляющий аппарат показан на рис. 1.5. 12 Рис. 1.5. Канальный направляющий аппарат секционных насосов: 1 – отводящий канал; 2 – рабочее колесо; 3 – подводящий канал Каналы также оборудованы лопастями, но утолщенными к выходу, в результате чего отводящие каналы на выходе прямоли- нейны, что уменьшает концевые потери. Далее отводящие каналы переходят в обратные каналы, образуя с ними единые каналы сплошной формы. Спиральная часть канала, в целях обеспечения возможности механической обработки, выполняется постоянной ширины. Ло- паточные и канальные отводы применяются в многоступенчатых насосах и обеспечивают компактность конструкции насоса. 1.2.4. Уплотнения и гидравлические затворы Уплотнения служат для уменьшения утечек в местах выхода вала из корпуса, уменьшения внутренних перетоков между вса- сывающей и нагнетательной сторонами рабочего колеса, а также для предотвращения утечек между секциями корпуса в многосту- пенчатых насосах. 13 Для уплотнения вала насоса в местах выхода его из корпуса предусматриваются концевые уплотнения, основное назначение которых состоит в предотвращении утечек перекачиваемой жид- кости из насоса и в недопущении попадания воздуха в насос при работе последнего с разряжением на входе. Концевые уплотнения могут быть разделены на три вида: уп- лотнения с мягкой сальниковой набивкой, уплотнения щелевого типа и торцовые уплотнения. В шахтных центробежных насосах и насосах общего назначения сальниковая набивка является наи- более простой с точки зрения конструктивного исполнения и об- служивания, и поэтому является самым распространенным типом уплотнения. Набивку для сальников выполняют в виде шнуров, сплетенных из волокнистых материалов пеньки, льна, асбеста. Набивка пропитывается графитовой смазкой на основе техниче- ского жира или консистентной смазки. 3 4 7 5 1 2 6 9 |