Шахтные водоотличные установки. Методические указания по изучению конструкций центробежных насосов горных предприятий для студентов специальности
 Скачать 0.89 Mb.
|
|
8 11 10 12 13 14 15 16 Рис. 1.6. Сальниковое и гидравлическое уплотнение вала: 1 – подводящий канал; 2 – уплотнение; 3 – обойма; 4 – отводя- щий канал; 5 – канал гидрозатвора; 6 – подводящая камера; 7 и 11 – передний фонарь и дренажное отверстие в нем; 8 – на- жимной фланец; 9 – вал; 10 – разрезная защитная втулка вала; 14 12 – сальник; 13 – пробка; 14 – втулка гидрозатвора; 15 – рабочее колесо; 16 – задняя перегородка В корпусе такого уплотнения (рис. 1.6) устанавливаются кольца из мягкой сальниковой набивки. В осевом направлении кольца сальника поджимаются нажимным фланцем, при этом на- бивка прижимается к валу, уплотняя его. Величина нажимного усилия на сальник должна быть ми- нимальной, исходя из условий обеспечения требуемой герметич- ности. При правильной работе сальникового уплотнения через него должно протекать наружу некоторое количество жидкости, обеспечивая дополнительно гидравлическое уплотнение и охла- ждение сальника. Допустимое количество утечек жидкости через уплотнение всегда указывается в техническом паспорте насоса. Перед установкой набивки необходимо проверить состояние вала и корпуса сальника, свести к минимуму задиры на поверх- ности вала и по возможности его биение. Биение и особенно вибрация вала часто является основной причиной выхода из строя сальниковых уплотнений. Главным недостатком сальниковых уплотнений является малый срок службы, необходимость постоянного ухода – подтяжка и перена- бивка. В гидрозатворе образуется жидкостное кольцо, создающее герметизацию и охлаждение сальника 1.2.5. Разгрузочные устройства и способы уравновешивания осевого усилия в различных конструкциях насосов В многоступенчатых секционных насосах с рабочими коле- сами с односторонним подводом возникает осевое усилие, на- правленное в сторону всасывающего патрубка. Величина осевого усилия зависит от давления жидкости, диаметра рабочего колеса и числа колес и может достигать нескольких тонн, поэтому его уравновешивание требует применения в конструкциях насосов специальных устройств. Для компенсации осевых усилий в центробежных насосах применяются следующие типы устройств: гидравлическая пята (разгрузочный диск); применение рабочих колес с двухсторон- 15 ним подводом жидкости; встречное расположение рабочих колес; применение отверстий в заднем диске в насосах консольного ти- па; восприятие осевого усилия подшипниковыми опорами. Формирование осевого усилия поясняется на рис. 1.7. 2 3 4 5 6 7 8 10 11 12 13 14 1 9 15 Рис. 1.7. Установка разгрузочного диска в насосе ЦНС: 1 – отводящий канал; 2 и 15 – уплотнения; 3 – напорный патру- бок; 4 – разгрузочный диск; 5 – отвод воды из гидропяты; 6 – стопорная гайка; 7 – задняя подшипниковая опора; 8 – вал; 9 – нажимной фланец; 10 и 11 – задний фонарь и щит; 12 – каме- ра гидропяты; 13 – соединительный канал; 14 – рабочее колесо последней ступени Из последней секции насоса часть воды с максимальным давлением поступает через технологический зазор между корпу- сом и задним диском колеса и создает осевое усилие, направлен- ное в сторону всасывания. Суммарное осевое усилие от всех ра- бочих колес насоса передается на вал и смещает ротор в направ- лении всасывающего патрубка, при этом зазор между разгрузоч- ным диском и кольцом разгрузки на корпусе закрывается. Вода с высоким давлением по соединительному каналу поступает в ка- меру гидропяты, давит на рабочую поверхность разгрузочного диска и создает осевое усилие, направленное в противоположную 16 сторону. При этом также будет смещаться ротор насоса с одно- временным увеличением зазора в камере разгрузочного диска. При определенной величине зазора в камере разгрузочного диска наступит взаимное уравновешивание осевых усилий и самоуста- новка ротора насоса. Таким образом, компенсация осевого уси- лия происходит автоматически, а ротор насоса должен иметь осе- вой разбег. Гидравлическое разгрузочное устройство при работе насоса обусловливает объемные потери, которые составляют 2–5 % от номинальной производительности и могут увеличиваться при из- носе рабочих поверхностей колец разгрузочного диска. Узел раз- грузочного устройства показан на рис. 1.8. Рис. 1.8. Разгрузочное устройство насоса: 1 – разгрузочный диск (гидропята); 2 – кольцо гидропяты; 3 – кольцо разгрузки; 4 – втулка разгрузки; 5 – рабочее колесо последней ступени; 6 – соединительный канал; 7 – дистанционная втулка; 8 – заднее сальниковое уплотнение; 9 – вал; 10 – регулировочные кольца Минимальная величина торцового зазора между кольцами 2 и 3 должна быть не менее 0,001 от величины радиуса диска 1. Нормальный торцовый зазор должен выдерживаться в пределах от 0,1 до 0,2 диаметра разгрузочного диска. Однако этот размер необходимо контролировать при эксплуатации насоса в строгом соответствии с рекомендациями технической документации. За- 17 зор между кольцами разгрузочного диска 2 и 3 регулируется про- кладками 10. Изменяя толщину прокладок 10, производят регу- лирование необходимой величины зазора между кольцами раз- грузочного диска 2 и 3. Применение рабочих колес с двухсторонним подводом жидкости также обеспечивает компенсацию осевого усилия, так как площади дисков рабочего колеса со стороны всасывающих отверстий равны, поэтому осевое усилие не создается. Такой принцип уравновешивания осевых сил применяется в насосах типа Д (рис. 1.9, а). Рис. 1.9. Способы уравновешивания осевых усилий: а – применение рабочих колес с двухсторонним подводом жидко- сти; б – встречное парное расположение рабочих колес; в – встречное групповое расположение рабочих колес; г – приме- нение разгрузочного отверстия в заднем диске рабочего колеса; F 1 , F 2 , F 3 и F 4 – осевое усилие на 1-е, 2-е, 3-е и 4-е колесо Встречное расположение рабочих колес применяется в спи- ральных многоступенчатых насосах типа МД и ЦН, имеющих разъем корпуса вдоль оси вала. Рабочие колеса располагаются на валу симметрично попарно или симметрично группами (рис. 1.9, б и рис. 1.9, в). 18 Применение разгрузочных отверстий в заднем диске рабо- чего колеса консольных насосов типа К (рис. 1.9, г), совместно с уплотнительной втулкой позволяет минимизировать величину осевого усилия на ротор и облегчить работу подшипников. Этот способ устранения осевой нагрузки на ротор довольно простой, но увеличиваются объемные потери и уменьшается КПД насоса. Количество отверстий принимается от 4 до 8. Нали- чие отверстий выравнивает давление по разные стороны диска рабочего колеса и происходит частичное уравновешивание осе- вой силы. В секционных насосах с вертикальным валом осевые усилия воспринимаются подшипниковыми опорами. 1.2.6. Корпусы насосов Корпус объединяет все неподвижные детали насоса в один общий узел. Корпусы центробежных насосов изготавливаются двух типов: секционные для насосов ЦНС, имеющие разъемы перпендикулярные оси вращения; корпусы для насосов типа Д, ЦН, МД с горизонтальной плоскостью разъема на уровне оси ва- ла. Секционный корпус состоит из нескольких одинаковых промежуточных и двух замыкающих секций, объединенных с всасывающим или напорным патрубками (рис. 1.10). Последняя ступень давления обычно размещается в замы- кающей секции с напорным патрубком насоса. Каждая секция представляет цилиндрическую, литую из чугуна или стали, тол- стостенную оболочку, в которой расположен направляющий ап- парат и рабочее колесо. Достоинством секционной конструкции корпуса является возможность изменять величину напора, созда- вая из одинаковых секций насосы с различным числом ступеней (от 2 до 10 и более). При этом изменяются только размеры вала и стяжных болтов. Недостатками секционной конструкции корпуса являются сложность сборки и недоступность к рабочим колесам при оста- новке насоса для производства технических осмотров и ремон- тов. Для осмотра и ремонта колес секционного насоса необходи- 19 мо снять стяжные шпильки и последовательно разбирать секции насоса (рис. 1.10). Корпус с горизонтальным разъемом состоит из двух цель- нолитых частей (крышка и постель) (рис. 1.11) получил широкое применение в насосах с одним рабочим колесом. Рис. 1.10. Секционный корпус насоса ЦНС: 1 – всасываю- щая секция с патрубком; 2 – промежуточная секция; 3 – стяжная шпилька; 4 – секция нагнетания с напорным патрубком Рис. 1.11. Корпус насоса типа Д: 1 – крышка; 2 и 3 – всасы- вающий и нагнетательный патрубки; 4 – корпус (постель) Размещение патрубков в нижней части корпуса создает зна- чительные удобства при разборке и ремонте насоса, так как в этом случае нет необходимости отсоединять трубопроводы. У на- сосов такого типа каналы проточной части (подвод и отвод) вы- полняются непосредственно в отливке корпуса. 20 Материал для корпусов насосов выбирается из соображений прочности и коррозионной стойкости. Наиболее распространен- ным материалом является чугун или углеродистая сталь, в кото- рую могут добавляться антикоррозионные присадки. 1.2.7. Вал и ротор насоса Вал насоса является ответственной деталью и при работе находится в сложном напряженном состоянии. Вал изготавлива- ется из углеродистых конструкционных или специальных леги- рованных сталей. Вал с установленными на нем деталями назы- вается ротором (рис. 1.12). Роторы центробежных насосов в заво- дских условиях подвергают статической балансировке. У не- больших насосов производится статическая, а у крупных стати- ческая и динамическая балансировки. Рис. 1.12. Ротор секционного насоса: 1 – гайка муфты; 2 – зубчатая муфта; 3 и 7 – защитные втулки переднего и заднего сальниковых уплотнения; 4 – рабочее колесо; 5 – вал; 6 – дистан- ционная втулка; 8 и 15 – шейки для заднего и переднего подшип- ника; 9 – квадрат под головку динамометрического ключа; 10 – гайка; 11 – разгрузочный диск; 12 и 13 – шпонка разгрузоч- ного диска и рабочего колеса; 14 – уступ вала Основное назначение защитных втулок – предохранение вала от коррозии и износа. Наиболее ответственными являются втулки вала в зоне концевых уплотнений насоса. В зависимости от типа уплотнения меняется и назначение втулок. Втулки на ва- 21 лу фиксируются шпонками. В осевом направлении они зажима- ются гайками вала. Для предотвращения протечек жидкости под втулкой предусматриваются специальные уплотнения. Рабочие колеса на валу закрепляются шпонками. 1.2.8. Подшипники В корытообразных кронштейнах корпуса насоса устанавли- ваются подшипники. В настоящее время наибольшее распростра- нение в шахтных насосах получили подшипники качения. Основ- ные преимущества подшипников качения – минимальные потери мощности на трение, небольшие размеры, простота замены, спо- собность воспринимать радиальные и осевые нагрузки. При сборке насоса подшипники регулировочными винтами могут перемещаться в плоскости, перпендикулярной оси насоса. После того как ротор займет нужное положение, подшипники фиксируют. Подшипники ротора насоса смазываются консистентными смазками. При высоких окружных скоростях их работоспособность уменьшается, что приводит к увеличению эксплуатационных расходов. 1.2.9. Вопросы для контроля и усвоения материала 1. Какое назначение имеют подводы и отводы в насосе? 2. Какое назначение выполняют уплотнения со стороны передне- го и заднего дисков рабочего колеса? 3. Что произойдет, если не будет отвода воды из камеры гидроза- твора? 4. Почему происходит повышенный износ съемных колец на раз- грузочном диске? 5. Как осуществляется компенсация осевого усилия в насосах типа К, Д и ЦНС? Покажите эти устройства на рисунках. 6. Какое назначение выполняет сальниковое уплотнение? 7. Как обозначаются типы центробежные насосы? 8. Назвать и показать на макете насоса все виды уплотнений. 22 9. Из какого материала изготавливается и чем пропитывается сальниковая набивка? 10. Почему необходим дренаж воды через сальниковую набивку? 11. Какое назначение имеют отверстия в заднем диске рабочего колеса насоса типа К? 12. Почему возникает осевое усилие при работе центробежного колеса? 13. Назвать назначение направляющих аппаратов в насосе типа ЦНС. 14. Перечислить основные элементы рабочего колеса. 15. Показать движение жидкости в проточной части насоса. 16. Указать особенности конструкции рабочего колеса насоса ти- па К. 17. Назвать типы направляющих аппаратов в насосах типа ЦНС. 18. Перечислить детали, установленные на вал насоса. 19. Назвать разновидности корпусов насосов. 20. Какое назначение имеет гидрозатвор в сальниковых уплотне- ниях? 21. Как проверяется правильность установки ротора насоса ЦНС? 22. Как закрепляются рабочие колеса на валу насоса? 23. Назвать и показать составные элементы отвода на насосе. 24. Назвать назначение верхнего и нижнего отверстий на корпусе насоса типа К и показать их на рисунке. 25. Как осуществляется смазка подшипников насоса типа К? 26. Назвать способы смазки подшипников у насосов разных ти- пов. 23 2. КОНСТРУКЦИИ НАСОСОВ Ниже рассматриваются конструкции основных типов лопа- стных центробежных насосов: секционных, консольных и спи- ральных с горизонтальным разъемом корпуса. 2.1. Конструкции насосов ЦНС Конструкции насосов ЦНС рассматриваются на примере на- соса главного водоотлива ЦНС300-300 (рис. 2.1). Это горизон- тальные, многоступенчатые агрегаты с вертикальными разъема- ми секций корпуса. Насосы этих типов устанавливаются в шахтах глубиной до 600 м для откачки нейтральных вод. В секционном насосе жидкость движется последовательно из одного колеса в другое через направляющие аппараты, установленные в каждой секции. Осевое усилие от рабочих колес воспринимается гидрав- лической пятой. Основные элементы конструкции статора насоса (поз. 10, 12, 14, 16, 27, 39) изготавливаются из чугуна. Секции стянуты стальными шпильками. Стыки между секциями уплотнены рези- новыми шнурами диаметром 10 и 6 мм. Ротор насоса представляет собой вал, на котором непод- вижно установлены 5 рабочих колес, дистанционные и упорные втулки, разгрузочный диск, роликовые подшипники качения, стопорные гайки, водоотбойное кольцо, защитные втулки и по- лумуфта для соединения с двигателем. Правильное положение ротора относительно корпуса насоса проверяется по контрольной риске, которая выполняется резцом на валу у передней крышки подшипника со стороны муфты. Опорами вала служат два ради- альных сферических подшипника качения. Внутренние уплотне- 24 ния насосов щелевые, образованные поясками рабочих колес и уплотняющими чугунными кольцами (поз. 18). Насос соединяется с электродвигателем через упругую вту- лочно-пальцевую муфту. Направление вращения насоса правое по часовой стрелке со стороны электродвигателя. Габаритные и присоединительные размеры секционных насосов участкового и главного водоотлива различных типоразмеров приводятся в спра- вочной литературе [5; 6; 7]. Рис. 2.1. Конструкция насоса ЦНС300-300: 1 – глухая крышка; 2 и 21 – стопорная гайка; 3 и 26 – роликовые подшипни- ки; 4 и 22 – задняя и передняя подшипниковая опоры; 5 и 20 – защитные втулки сальника; 6 – патрубок для дренажа во- ды из гидропяты; 7 – разгрузочный диск; 8 – гнездо для установ- ки манометра; 9 – расточка под прокладку; 10 и 16 – напорный и всасывающий патрубки; 11 – стяжная шпилька; 12 – корпус про- межуточной секции; 13 – резиновое кольцевое уплотнение; 14 – спиральный направляющий аппарат; 15 – рабочее колесо 2-й ступени; 17 – канал подвода воды на гидрозатвор сальника; 18 – уплотняющее кольцо рабочего колеса; 19 – кольцевой водо- распределительный канал; 23, 35 и 38 – дистанционные втулки; 24 – полумуфта; 25 – вал; 27 и 39 – передний и задний фонари; 28 – дренажное отверстие; 29 – заглушка; 30 и 36 – передний и задний сальники; 31 и 32 – спиральные каналы направляющего 25 аппарата; 33 – уплотняющее кольцо направляющего аппарата; 34 – калибрующая втулка; 37 – водоотбойное кольцо 2.2. Консольные одноколесные насосы типа К Консольные одноколесные насосы типа К предназначены для подачи чистой неагрессивной воды с температурой не более 85 ÁС и применяются в участковом и вспомогательном водоотли- ве шахт. Они также находят широкое применение для других вспомогательных целей. Изготавливается около двадцати типоразмеров насосов типа К с производительностью от 6 до 250 м 3 /ч и напором до 90 м. Конструкция консольного насоса показана на рис. 2.2. Рис. 2.2. Консольный насос типа К: 1 и 4 – всасывающий и нагнетательный патрубки; 2 и 3 – гнезда для установки вакуум- метра и манометра; 5 и 26 – верхняя и нижняя пробки корпуса; 6 – опорный фланец для корпуса насоса; 7 и 29 – кольцевые уп- лотняющие втулки; 8 – канал гидрозатвора сальника; 9 – фланец сальника; 10 – крышка камеры подшипников; 11 – щуп; 12 – вал; 13 – камера подшипников; 14 – шпонка; 15 – соединительная муфта; 16 – стопорная гайка полумуфты; 17 и 19 – дистанцион- ные втулки; 18 – задний радиально-упорный подшипник; 20 – сливное отверстие для масла; 21 – передний радиальный под- шипник; 22 – дренажное отверстие; 23 – защитная втулка; 26 24 – водораспределительная втулка; 25 – сальниковая набивка; 27 – корпус насоса; 28 – передний щит; 30 – стопорная гайка ра- бочего колеса; 31 – рабочее колесо Основные элементы консольного насоса типа К: спираль- ный корпус, подводящий (всасывающий) патрубок, напорный патрубок, рабочее колесо, вал, опорный кронштейн, сальниковое уплотнение, подшипниковая опора и упругая муфта. Внутренняя полость чугунного корпуса, отлитого заодно с напорным патрубком, выполнена в виде спирали, переходящей в диффузор отвода. В верхней и нижней частях корпуса имеются отверстия, закрытые пробками. Пробки служат для выпуска воз- духа при заливке насоса перед пуском и слива воды перед ремон- том. Подводящий патрубок отлит заодно с крышкой корпуса, что обеспечивает осевой подвод жидкости в рабочее колесо. Опорный кронштейн представляет собой чугунную отливку сложной конфигурации, образующую элементы опоры и камеру подшипников с масляной ванной. Технические характеристики, габаритные и присоединительные размеры консольных насосов также приводятся в справочной литературе [4; 5; 6; 7]. |