Грунтовые насосы

Грунтовые насосы представляют собой гидравлические машины, служащие для перекачивания разбавленных водой механических смесей (гидросмесей) с твердыми включениями по напорным трубопроводам. Размещаются грунтовые насосы на землесосных снарядах (плавучая машина для выемки грунта и горных пород, находящихся подслоем воды) или землесосных установках. Родиной первого грунтового насоса является Франция. Именно там, в 1859 году, был выпущен первый грунтовой насос для землесосного снаряда. Насос был поршневого типа, а 5 лет спустя появились грунтовые насосы центробежного исполнения, которые очень скоро вытеснили поршневые. В Российской империи первые землесосы были разработаны и выпущены в конце 19 века. Широко используемый в литературе по гидромеханизации термин "землесос" был заменён термином "грунтовой насос". Сегодня грунтовые насосы представляют собой, как правило, одноступенчатые (центробежные), где всасывание происходит с одной стороны. Грунтовые насосы могут быть с горизонтально и вертикально расположенным валом. Однако второй вариант используется крайне редко и при особых условиях.

Также грунтовые насосы могут быть однокорпусной и двухкорпусной конструкции. Двухкорпусные грунтовые насосы служат для перекачивания сложных материалов (абразивных, крупнообломочных), для чего их корпуса оснащаются защитной рубашкой. Главным рабочим элементом грунтового насоса служит рабочее колесо, которое отвечает за передачу энергии потоку гидросмеси, обеспечивая при этом минимальные потери, а внутренняя оболочка (в случае двухкорпусных насосов) служит для защиты основного внешнего корпуса от абразивных частиц перекачиваемой среды.

Насосы данного типа находят широкое применение в различных областях:

• разработка карьеров и котлованов;
• гидротехнические строительные работы;
• горное дело;
• транспортировка грунта;
• транспорт полезных ископаемых;
• золоудаление на ТЭС;
• перекачивание абразивных смесей плотностью макс. 1600 кг/м³ на обогатительных предприятиях;
• шлакоудаление;
• очистка буровых растворов;
• использование на цементных заводах.

Конструктивно грунтовой насос обычно представляет собой агрегат, состоящий из насоса и привода, в качестве которого служат, как правило, электрические или дизельные двигатели. Конструктивные решения при проектировании грунтовых насосов имеют свои особенности, их определяет немалое количество твердых частиц в перекачиваемой среде и их абразивное воздействие на комплектующие насоса. То есть требуется обеспечить возможность транспортирования абразивных включений крупного размера, таких как галька и камни, попадающих вместе с грунтом, увеличив проходное сечение. Однако увеличение проходных сечений способствует понижению скорости, делает насос тихоходным и, соответственно, обуславливает увеличение габаритов и массы. Чтобы крупные включения проходили без препятствий, число лопастей в рабочем колесе берут от двух до четырех и закладывают ширину рабочего колеса большего размера. КПД у грунтовых насосов значительно ниже в сравнении с насосами такой же производительности, предназначенными для перекачки чистой воды.

Проточная часть грунтового насоса включает в себя один или два корпуса (внутренний и наружный), где размещается центробежное рабочее колесо (закрытого типа). В связи с тем, что абразивные включения гидросмесей могут привести к преждевременному износу крышки корпуса, место между рабочим колесом и крышкой оснащают диском, защищающим и предохраняющим от износа. Ходовая часть грунтового насоса представлена валом, который установлен в шарикоподшипниковых опорах. Консольно на валу устанавливается рабочее колесо. Место выхода вала из корпуса насоса герметизируется с помощью уплотнения.

Основной элемент - рабочее колесо, состоящее из двух дисков (закрытый тип). Между дисками располагаются лопасти. Колесо создаёт при вращении в своей центральной области разрежение, благодаря которому обеспечивается подсос перекачиваемой среды. Через патрубок, расположенный на входе, гидросмесь поступает на колесо, в области которого на каждую частицу пульпы оказывают воздействие центробежные силы, под действием которых перемещаемая среда выбрасывается в пульпопровод, находящийся под напором.

В зависимости от транспортируемой среды и условий работы агрегатов насосы данного назначения подразделяются на:

• песковые;
• грунтовые;
• пульповые;
• рефулерные;
• шламовые.

Так откачивание пульпы (смесь из грунта и воды) в горноперерабатывающей отрасли и при добыче полезных ископаемых часто является проблемой, для решения которой с успехом применяется грунтовый насос. Сложность работы с такого рода средами заключается в том, что оборудование и инструмент, контактирующие с перемещаемой жидкостью, подвержены сильному абразивному износу. Для противодействия износу грунтовые насосы изготавливаются из прочных и износостойких сплавов, а выходящие из строя элементы делают легкозаменяемыми. Рабочие элементы насоса защищаются прочными броневыми дисками. Кроме того грунтовые насосы могут оснащаться промывочными системами, препятствующими возникновению засоров.

Однако, несмотря на все принимаемые меры, детали грунтовых насосов все равно подвергаются сильному изнашиванию: гидроабразивному, кавитационному и механическому. Гидроабразивный износ считается основным видом изнашивания пульпопроводящих деталей грунтового насоса. Его интенсивность зависит от целого ряда критериев, характерных для пульпы или частиц добываемого материала, и от износостойкости пульпопроводящих деталей насоса. Гидроабразивный износ может быть общим и местным. Общий износ заключается в сравнительно равномерном уменьшении толщины деталей и характерен для поверхностей бронедисков, боковых и радиальных облицовок, патрубков. Местному износу, значительно превосходящему по интенсивности общий, подвергаются места образования вихрей и зон кавитации.

Кавитационный износ, как правило, вызывают нарушения режима работы самого насоса и увеличение вакуума в линии всасывания. Неровные стыки деталей, бугорки, оставшиеся от электросварки, неровности поверхности, образующиеся при износе деталей, способствуют образованию кавитации, от которой вследствие нарастания вибрации насоса изнашиваются абсолютно все его детали: приводной вал, опорные подшипники и даже фундамент. Чтобы уменьшить возникновение кавитации, в грунтозаборное устройство вставляют эжектирующие насадки.

Механический износ грунтового насоса вызывают такие явления, как трение и удары твердых камней гидросмеси по деталям насоса. Это типично для работ, выполняемых на грунтах, богатых гравием. От износа любого типа ухудшаются характеристики насоса, падает подача, и величина падения может составлять 20 - 30%, после чего насос подлежит обязательному и безотлагательному ремонту. Для каждого элемента грунтового насоса характерен свой преобладающий тип износа.

Детали грунтовых насосов изготавливают из различных сортов легированных сталей с использованием последующей термообработки, в результате чего детали получают дополнительную механическую стойкость и износопрочность. В качестве добавок к сталям, идущим на изготовление деталей грунтовых насосов, используются хром, кремний, марганец, никель, вольфрам и ванадий. В свою очередь чугун редко используется для изготовления деталей, соприкасающихся с песком, гравием и крупными включениями, так как чугун практически не оказывает сопротивления нагрузкам (ударным). Простой серый чугун имеет в 10-15 раз меньшую износопрочность по сравнению со специальными сплавами из стали. Одним из перспективных направлений в совершенствовании конструкции грунтовых насосов является гуммирование, заключающееся в обрезинивании деталей насоса. Однако резина неудовлетворительно ведет себя при столкновении с крупнообломочными включениями, поэтому обрезиненными грунтовыми насосами рекомендуется перекачивать пульпы, содержащие твердые компоненты мелкой фракции.

В общем случае для снижения износа грунтовых насосов могут применяться следующие методы:

• улучшение гидравлических условий протекания пульпы по трактам грунтовых насосов;
• защита имеющихся в грунтовых насосах зазоров от проникновения в них твёрдых фракций;
• увеличение износопрочности материалов, идущих на производство деталей насосов;
• использование защитных вкладышей;
• усовершенствование конструктивных решений при проектировании грунтовых насосов.

Основными параметрами в выборе насосов являются показатели расхода, напора, мощности и КПД. Также для грунтовых насосов важен режим подачи, оптимальная величина которого является важным критерием, влияющим на долговечность и энергоэффективность. При проектировании также необходим анализ перекачиваемой гидросмеси (пульпы), ее свойств и фракционного состава твердых частиц. В свою очередь долговечность проточной системы грунтового насоса определяется концентрацией твердых веществ и размерами частиц. Потоки гидросмесей при разном наборе характеристик ведут себя по-разному, и, соответственно, характер абразивного изнашивания в проточных системах грунтовых насосов будет отличаться. Полный расчет процесса, учитывающий все факторы, в большинстве случаев крайне сложен, поэтому при подборе грунтовых насосов используется ряд специально разработанных нормативных документов, являющихся универсальными для случаев насосного оборудования, работающего со средами, имеющими большое количество твердых включений.

Насос для перекачивания водо-бетонной пульпы и высоковязких смесей

Схема насоса:

Графики рабочих характеристик:

Грунтовой насос, производительность 900 м³/ч

Техническое описание:

Схема и габаритные размеры насоса:

Графики рабочих характеристик:

Схема конструкции:

	1. Узел подшипников 2. База 3. Втулка вала 4. Сальник 5. Крышка 6. Проставка втулки вала 7. Задняя втулка 8. Рабочее колесо 9. Корпус 10. Фланец всасывания 11. Заглушка 12. Крышка 13. Стяжное кольцо 14. Заглушка 15. Фланец нагнетания 16. Стяжное кольцо 17. Переходная плита 18.Сальник 19.Уплотнение Центробежное уплотнение: 20. Проставка 21. Втулка с выточкой 22. Экспеллер 23. Кольцо экспеллера

Объем поставки:

• Насос;
• Электродвигатель;
• Рама-основание;
• Муфта с защитой.