Средства гидромеханизации напорного гидротранспорта

Грунтовой насос (землесос) представляет собой центробежный одноступенчатый насос с рабочим колесом одностороннего входа, консольно насаженным на вал.
Так как землесосы, в отличие от насосов, предназначены для транспортирования грунта с водой, то по своей конструкции они несколько отличаются от обычных центробежных водяных насосов. Корпус землесоса и рабочее колесо выполняются массивными, на корпусе имеется герметически закрывающийся люк для ревизии (осмотра) и удаления застрявших между лопастями крупных кусков породы.
Напорный патрубок отливается вместе с корпусом землесоса и располагается либо снизу, либо сверху корпуса. В гидравлическом отношении (т. е. в смысле влияния на потери или величину создаваемого напора) расположение напорного патрубка никакой роли не играет; оно учитывается только при монтаже землесоса. Так, например, при монтаже землесосов на землесосных снарядах оказываются более удобными землесосы с напорным патрубком, направленным вверх. При монтаже землесосов в закрытых наземных помещениях, как правило, более удобны землесосы с напорным патрубком, расположенным внизу.
Рабочее колесо — основной рабочий элемент землесоса, так как именно лопатки колеса передают жидкости механическую энергию.
Напор, создаваемый землесосом при данной частоте вращения, определяется диаметром рабочего колеса. Если нельзя изменять частоту вращения вала двигателя, то для создания различных напоров используют дополнительные рабочие колеса разного внешнего диаметра.
В каталогах и справочниках характеристики насосов для перекачивания гидросмесей приводятся для условий их работы на воде независимо от того, для каких гидросмесей они предназначены.
Для гидротранспорта абразивных материалов наибольшее применение получили грунтовые насосы, заменившие старые конструкции машин (землесосы). Грунтовые насосы предназначены для перекачивания гравийных, песчано-гравийных, шламовых, золошлаковых и других абразивных гидросмесей. Эти грунтовые насосы имеют широкие каналы проточной части для пропуска больших кусков породы. Поэтому главными конструктивными отличиями грунтовых насосов являются малое число лопастей и большая ширина каналов рабочего колеса и отвода.
В настоящее время применяются землесосы более ранних лет выпуска (табл. 7.17) типа НЗ, Р, ЗГМ и грунтовые насосы более поздних лет — типа Гр, ГРТ, ГРК, ГРА, НПБР (табл. 7.18—7.23).

Насосы типа ГРТ, ГРК,
ГРА в основном используются для транспортирования гидросмеси на обогатительных фабриках цветной и черной металлургии.
Характеристика грунтовых насосов (землесосов) (рис. 7.45) представляет собой график зависимости развиваемого напора Q—H, потребляемой мощности Q—N, коэффициента полезного действия Q—η, допустимой вакуумметрической высоты всасывания Q — Нвак доп; от подачи насоса Q при постоянной частоте вращения п (β — параметр, представляющий собой отношение полного напора, развиваемого гидроэлеватором за диффузором, к полному действующему напору перед горловиной гидроэлеватора).
Для расширения области использования одного и того же насоса, обеспечения требуемой подачи и заданного режима применяют обрезку рабочих колес по внешнему диаметру D2 (уменьшение диаметра D2). При обрезке колес уменьшаются подача и напор насоса в соответствии со следующими формулами:

где D2' — диаметр обрезанного рабочего колеса, м; Q' u H' — соответственно подача (м3/с) и напор (м) насоса с колесом уменьшенного диаметра.
Показатели степени m и n характеризуются следующими данными.

Рабочим полем насоса называется рекомендуемая область применения насоса по подаче и напору, получаемая изменением частоты вращения или обточкой рабочего колеса по внешнему диаметру (рис. 7.46)


Насосы типа ГpA и НПБР являются новым поколением центробежных насосов, предназначены для замены большей части насосов типа Гр и ПБ и других типов центробежных насосов для абразивных гидросмесей при значительном расширении области их применения по перекачиваемым средам.
Следует иметь в виду, что поля Q—H (области назначения по подаче и напору) насосов ГрА и НПБР не соответствуют полям насосов Гр и ПБ. Так, поле одного насоса Гр (ПБ) покрывается полями нескольких насосов типа ГрА (НПБР) и наоборот. Поэтому подбирать насосы типов ГрА и НПБР для замены насосов типа Гр или другого типа следует только по требуемым гидравлическим параметрам установки с учетом свойств перекачиваемой среды и других особенностей эксплуатации.
Центробежные насосы типов ГрА и НПБР — горизонтальные консольные одноступенчатые с приводом от электродвигателя через упругую муфту или клиноременную передачу, применяются для перекачивания абразивных гидросмесей на обогатительных фабриках горнорудной и угольной промышленности, черной и цветной металлургии, на предприятиях по производству цемента, в системах золошлакоудаления тепловых электростанций.
Насосы не предназначены для работы на взрыво- и пожароопасных производствах и установках и не используются для перекачивания горючих и легковоспламеняющихся жидкостей.
Давление на входе в насос должно быть не более 0,2 МПа (2 кгс/см2). По согласованию с заводом-изготовителем допускается последовательная работа насосов. При этом максимальное давление на входе в насос первой ступени не более 0,1 МПа (1 кгс/см2). Насосы изготавливаются Бобруйским машиностроительным заводом, Уфимским опытным заводом горного оборудования.
При выборе насоса следует учитывать, что требуемые параметры насоса (подача и напор) должны находиться в пределах рабочей области его характеристики. Технические данные и графические характеристики насосов приведены при работе на воде.
Насосы типа ГрА. Электронасосный агрегат типа ГрА состоит из центробежного горизонтального консольного одноступенчатого насоса с осевым входом и электродвигателя переменного тока, соединенного с насосом с помощью упругой муфты или клиноременной передачи. Предназначены для перекачивания высокоабразивных гидросмесей с водородным показателем pH от 6 до 12, плотностью до 2200 кг/м3, температурой от 278 до 343 К (от 5 до 70 °С), с содержанием твердых включений до 30 % по объему. Максимальный размер твердых включений в зависимости от материала проточной части насосов следующий: износостойкий сплав — до б мм, абразивный материал на органической связке — до 1 мм.
В отдельных случаях по согласованию с заводом-изготовителем возможно использование насосов для гидросмесей плотностью свыше 2200 кг/м, с содержанием твердых включений по объему до 35 % с размером более 6 мм.
Конструктивно насосы изготавляют в двух исполнениях: с внутренним корпусом из износостойкого металла (T); с корпусом, футерованным абразивным материалом на органической связке (К).
Параметрический ряд насосов типа ГрА включает в себя 10 типоразмеров с подачей от 30 до 2500 м3/ч и напором от 16 до 71 м (рис. 7.47). Они комплектуются электродвигателями мощностью от 15 до 1000 кВт, частотой вращения 1450, 1200, 965, 830, 725, 580 и 485 об/мин.
Насосы делятся на две группы: нижняя — с напором до 40 м и верхняя — напором до 71 м. Параметрический ряд насосов типа ГрА построен таким образом, что диапазон наиболее употребительных напоров от 20 до 40 м обеспечивается насосами как верхней, так и нижней группы. Это позволяет на одни и те же параметры в зависимости от степени абразивности перекачиваемой среды подобрать наиболее подходящий насос: для легких условий эксплуатации — менее материалоемкие насосы нижней группы, а для более тяжелых условий — надежные насосы верхней группы.
Профили проточных каналов рабочих колес и отводов построены с учетом закономерностей движения и распределения абразивных частиц в каналах, что обеспечивает их равномерный износ.
Насосы типа ГрАТ — двухкорпусные, внутренний корпус выполнен из износостойкого металла; насосы типа ГрАК — однокорпусные, с футеровкой проточной части корпуса абразивным материалом на органической связке. Технические характеристики и установочные размеры насосов одинаковые.

Насосы типа НПБР. Электронасосный агрегат типа НПБР состоит из центробежного горизонтального консольного одноступенчатого насоса с боковым входом и электродвигателя переменного тока, соединенного с насосом с помощью упругой муфты или клиноременной передачи.
Предназначены для перекачивания продуктов обогащения руд горных производств и других абразивных гидросмесей с pH от 6 до 8, плотностью до 1900 кг/м, температурой от 278 до 333 К (от 5 до 60 0C), с содержанием твердых включений до 30 % по объему и микротвердостью до 11 000 МПа с максимальным размером твердых включений до 2 мм, Детали проточной части насосов выполнены из износостойкой резины (P).
Насосы выпускаются двух типоразмеров на подачу от 110 до 350 м3/ч и напор от 20 до 44 м.
Для гидротранспорта угля и малоабразивных пород применяются углесосы консольного типа (табл. 7.24), которые выполняются одно- и многоступенчатыми. Наибольшее применение получили одноступенчатые углесосы.


Гидроэлеватор представляет собой водоструйный насос, применяемый при более коротких расстояниях (до 100 м) и высоте подъема 6—20 м. Высота всасывания достигает 6—7 м.
Область применения гидроэлеваторов очень большая, что объясняется простой эксплуатацией, надежностью и долговечностью в работе, возможностью индивидуального изготовления, быстрой замены износившихся частей, небольшой массой (рис. 7.48).
Гидроэлеваторы применяются на открытых горных работах как транспортирующие машины, на водоотливе из шахт и котлованов, на чистке зумпфов, стволов шахт, на удалении шлака и золы на тепловых электростанциях, на предприятиях химической и металлургической промышленности, на перекачке мелкой рыбы и т. д. Однако гидроэлеваторы имеют низкий коэффициент полезного действия, на горных работах он не превышает 20—30 %. Поэтому гидроэлеваторные установки требуют значительных расходов воды, работая с соотношением T:Ж = 1:8—1:40.

Серийно выпускаемые гидроэлеваторы — ГЭ-140/250, ГЭ-170/350, ГЭ-170/400, ГЭ-190/400 (числитель — диаметр горловины, знаменатель — диаметр пульпопровода). Серийные гидроэлеваторные устройства, в состав которых кроме гидроэлеваторов входят загрузочные бункеры с ограничительными решетками и пульпопроводы длиной до 20 м, имеют следующую характеристику.

Горловина выполнена из легированной стали 70X1 с термообработкой (до полного износа технический ресурс составляет 16—26 тыс. м3) или из высоколегированной — группа 300х1215 (26 тыс. м3).
Продольные размеры: L1 = (2,7/3) Dr, L2 = (5/6) D3; L3 = (10/12)D3, где D1 — диаметр насадки, мм; D3 — диаметр горловины, мм.

Загрузочные аппараты, называемые также питателями, являются перспективным средством напорного гидротранспорта. Они предназначены для загрузки твердого материала в напорный трубопровод. В гидротранспортных установках с загрузочными аппаратами насос работает на чистой воде, а твердый материал в сухом виде или в виде гидросмеси подается загрузочным аппаратом в нагнетательный трубопровод. Это обеспечивает таким гидротранспортным установкам следующие достоинства:
• возможность транспортирования пород на большое расстояние без станций перекачки за счет применения высоконапорных многоступенчатых насосов для чистой воды;
• значительное уменьшение износа основного гидротранспортного оборудования и увеличение срока его службы;
• увеличение крупности транспортируемого твердого материала, которая в данном случае ограничивается только сечением нагнетательного трубопровода;
• возможность регулирования и увеличения консистенции перекачиваемой гидросмеси; увеличение КПД гидротранспортной установки за счет применения более экономичных насосов для чистой воды.
Кроме того, при гидротранспорте с больших глубин возможно использование U-образных уравновешенных систем гидроподъема, при которых значительно снижается расход энергии.
К недостаткам гидротранспортных установок с загрузочными аппаратами следует отнести сложность системы управления.
В настоящее время известно много типов загрузочных аппаратов, различающихся как по принципу действия, так и по конструктивному исполнению. По принципу действия их можно разделить на аппараты цикличной подачи (камерные, плунжерные, поршневые) и непрерывной (шнековые, траковые, центробежные и др.).
Для открытых горных работ перспективными следует считать камерные загрузочные аппараты, работа которых основана на принципе шлюзования. Твердый материал загружается в шлюзовую камеру, устанавливаемую на нагнетательном трубопроводе насоса. По окончании загрузки шлюзовая камера герметизируется путем закрытия загрузочного клапана. Давление в камере уравнивается с давлением в нагнетательном трубопроводе, и твердый материал потоком чистой воды вытесняется в трубопроводе.
Основным недостатком таких загрузочных аппаратов является цикличность их действия. Для устранения этого недостатка были изготовлены многокамерные аппараты, в которых камеры работают поочередно, что позволяет получить практически непрерывный и достаточно равномерный процесс загрузки трубопровода твердым материалом.
Загрузочный аппарат конструкции Гидропроекта (рис. 7.49) состоит из трех шлюзовых камер. Аппарат испытан при строительстве Зейской ГЭС
Техническая характеристика камерных загрузочных аппаратов приведена в табл. 7.25.
Трубчатые загрузочные аппараты, в которых в качестве камер используются трубы, загружаются гидросмесью с помощью грунтовых насосов или гидроэлеваторов.
Во ВНИИгидроугле разработана конструкция загрузочного трубчатого аппарата АЗТ-500, работа которого основана на принципе шлюзования.