Общие сведения о насосных установках и конструкции насосов.

Основную группу насосов используемых в промышленности составляют динамические насосы. Динамические насосы, в которых приращение энергии про­исходит в результате взаимодействия потока жидкости с вра­щающимся рабочим органом, подразделяют на два типа — лопастные и вихревые.

В лопастных насосах жидкость получает приращение энер­гии за счет взаимодействия с вращающейся лопаткой рабочего колеса. В рабочем колесе происходит приращение потенциаль­ной и кинетической энергии жидкости. Кинетическая энергия в неподвижных элементах насоса (отвода) превращается в энергию давления. Из-за отсутствия самовсасывания для за­пуска в работу лопастных насосов необходимо их заполнение перекачиваемой жидкостью.

В вихревых насосах приращение энергии перекачиваемой жидкости осуществляется за счет турбулентного обмена энер­гией потоков — основного в канале насоса и вторичного в ра­бочем колесе (путем завихрения маловязкой жидкости рабочим колесом).

Лопастные насосы по направлению потока в рабочем ко­лесе подразделяют на центробежные и осевые.

Работа динамических насосов основана на общем принципе — силовом взаимодействии лопаток рабочего колеса с обтекающим их потоком перекачиваемой жидкости. Однако принцип этого взаимодействия у насосов перечисленных типов различен, что, естественно, приводит к существенным отличиям их конструкций и эксплуатационных показателей.

Водоотливная установка — это комплекс технических средств для удаления воды из горных выработок и выдачи ее на поверхность. Для откачки подземных вод применяют водоотливные установки, которые в зависимости от назначения подразделяют на центральные, главные, участковые, вспомогательные, перекачные, проходческие и скважинные.

Водоотливные установки (рис. 1) оборудуются в основном цен­тробежными насосами.

Водоотливная установка состоит из насоса 1 с двигателем, вса­сывающего трубопровода 9 с приемной сеткой 11 и клапаном 10, нагне­тательного трубопровода 5 с задвижкой 3 и обратным клапаном 4, трубки 6 с вентилем 7 для заливки во­дой насоса перед его пуском. Дав­ление во всасывающем 9 и нагнета­тельном 5 трубопроводах измеря­ется вакуумметром 8 и маномет­ром 2.

Вертикальное расстояние от уровня воды в заборном резервуа­ре (колодце) до оси насоса назы­вается геодезической (геометричес­кой) высотой всасывания h_вс, a вертикальное расстояние от оси на­соса до сливного отверстия трубо­провода - геодезической (геомет­рической) высотой нагнетания h_н.Сумма геодезических высот всасы­вания и нагнетания есть геодезичес­кая (геометрическая) высота пода­чи Нг , которая по существу являет­ся полной геодезической высотой водоподъема.

В главных насосных установках шахт и рудников широкое распространение получили горизонтальные центробежные секционные насо­сы (рис. 4) типа ЦНС (центробежный насос секционный), имеющие вертикальный разъем корпуса. Каждая секция имеет корпус 4 с направ­ляющим аппаратом 5 и рабочее колесо 6 одностороннего всасывания. Рабочие колеса устанавливаются на одном валу 7, а корпуса секций вместе с крышками всасывания 8 и нагнетания 3 соединены стяжными шпильками 7 и образуют единый герметичный корпус насоса. Места вы­хода вала 1 из корпуса насоса герметизируются сальниковыми уплотне­ниями 2.

При работе насоса жидкость последовательно проходит через все рабочие колеса, получая в каждой секции приращение напора. Жидкость из одной секции (ступени) в другую перетекает по каналам неподвиж­ных лопаточных направляющих аппаратов.

В обозначениях типоразмеров насосов ЦНС цифры после букв: первая — подача (м^з/ч) при максимальном значении к.п.д.; через де­фис - напоры(м) — наименьший и наибольший. Если насос предназна­чендля откачки кислотных вод, то добавляется буква К, для грязевых насосов — буква Г.

Основные параметры насосов

Объемная Q (массовая G) подача — это объем (масса) жидкости, подаваемой насосом через напорный патрубок в еди­ницу времени. Объемная подача измеряется обычно в м³/ч; массовая — в кг/ч.

Напор насоса - величина, определяемая выражением Н=р/(ρg) = р/γ.

Напор насоса ориентировочно можно оценивать по показаниям мано­метра и вакуумметра на выходе и входе насоса:

Кавитационный запас. Кавитация – разрыв жидкости и образование в ней полостей, заполненных газом, паром или их смесью. Для обеспечения работы насоса без кавитации на входе в насос необходим избыток напора сверх напора H=p_H /(pg)_, определяемого давлением насыщенного пара при температуре жидкости, перемещаемой насосом. Этот избыток напора носит название кавитационного запаса.

Мощность N — мощность, потребляемая насосом (подводи­мая на вал насоса от двигателя). Очевидно, N>N_n на вели­чину потерь мощности в насосе.

Коэффициентом полезного действия насоса называют отно­шение полезной мощности к мощности насоса: η = N_n / N.

Коэффициен­том быстроходности η_S- называется частота вращения такого на­соса, который, развивая напор в 1 м, затрачивает мощность 0,736 кВт.

Режим работы насосов.

Насос в процессе работы должен обеспечивать необходимые пода­чу, экономичность и устойчивость режима работы.

Необходимая подача обеспечивается, если

Qд ≥ Qр

где Qд — подача насоса в действительном режиме работы, м^з/ч;

Qр — рас­четная производительность водоотливной установки, определяемая по притоку воды в водосборник, м^з/ч.

Экономичность режима работы обеспечивается эксплуатацией насо­са в зоне высоких к.п.д., которая определяется из условия

η_д ≥ 0,9 η_max

где η_д — к.п.д. насоса в действительном режиме работы;

η_max - максимальный к.п.д. насоса.

Устойчивость режима работы означает отсутствие значительных его колебаний и автоматическое восстановление режима после устранения причин, вызвавших его изменение. Это требование обеспечивается нали­чием только одной точки пересечения характеристики внешней сети с напорной характеристикой насоса Н. Устойчивость режима может быть обеспечена при выполнении условия

Нг ≤ 0,9 Н₀

где Н₀ — напор насоса при нулевой подаче, м;

Нг — геодезическая вы­сота подъема жидкости, м.

Действительный режим работы насоса определяют графически по точке пересечения напорной харак­теристики насоса с напорной характеристикой внешней сети (рис. 5).

Для определения действительного рабочего режима необхо­димо воспроизвести графически напорную характеристику вы­бранного насоса. Затем в координатной сетке напорной характеристики насоса по расчетным данным, строят характеристи­ку Н_с внешней сети. Точка Мих пересечения и будет отображать действительный режим работы насоса, т.е. ордината Н_д точки М будет соответствовать действительному напору, а ее абсцисса Q_д— действительной подаче. Соответствующим по­строением, находят действительный КПД насоса η_д по его гидромеханической характеристике η и дей­ствительную допустимую вакуумметрическую высоту всасывания Н_вд.д или допустимый кавитационный запас Δh_д._д по кавитационным характеристикам Н_вд или Δh_д.