Файл: Лобанов, Д. П. Гидромеханизация геологоразведочных и горных работ учеб. пособие.pdf

для воды. Например, площадь входа в рабочее колесо опреде­ ляется максимальным размером частиц или кусков гидросмеси, рабочие колеса имеют меньшее число лопаток и большую ширину, а также параллельное расположение дисков. С целью предотвраще­ ния заклинивания твердых частиц между колесом и нижней частью

Рис. S4. Действительные рабочие характеристики центробежного на­ соса на гидросмеси при различных концентрациях

спирали оставляется значительное кольцевое пространство (диф­ фузор). Большинство насосов для гидросмеси имеет меньшее число оборотов, чем обычно центробежные насосы, поэтому их размеры при одинаковых расходах значительно больше, а развиваемые напоры меньше.

В насосах для воды и гидросмеси вследствие конечного числа лопаток при движении жидкости в проточных каналах возникает циркуляция, что приводит к потерям энергии и уменьшает величину теоретически возможного напора. В насосах для воды в меньшей степени, чем в грунтовых насосах, углесосах и др., наблюдается

190

изменение профилей распределения осредненных скоростей в про­ точных каналах.

Мощность, потребляемая насосом для гидросмеси, реализуется в машине на полезную работу по подъему, преодоление гидравли­ ческих сопротивлений, протекание части расхода через уплотнения,

Рис. 85. Кавитационная характеристика насоса с крутопада­ ющей кривой Н (Q) на воде и гидросмесп

механические потери (трение в сальниках, подшипниках и др.), дополнительное движение жидкости в проточной полости, перетокии сопротивления при движении гидросмеси (при взаимодействии твердых частиц с водой, деградации частиц и др.). Наличие дополнитель­ ных потерь в насосах для гидросмесей уменьшает их к. п. д. при­ мерно на 10—20% по сравнению с насосами для воды; к. п. д. умень­ шается и по мере износа деталей машин. Полные данные об эксплуа­ тационных свойствах насосов для гидррсмеси дает рабочая характе­ ристика. Она определяется испытаниями машины (рис. 84 и 85).

191

воде и гидросмеси существенно отличны. Как следует из рис. 84, максимальная производительность грунтовых насосов, развиваемая

вого насоса при работе на воде, с гидродинамической точки зрения мало отличаются от таковых в обычных центробежных насосах (с качественной стороны). Теоретический напор насоса при работе па воде определяют в гидравлике из равенства

# т = N ly0Q0r ~ M0a>/y0Q0,

рабочего колеса; с2и и c iu — касательная составляющая абсолютной скорости воды при выходе и входе в рабочее колесо.

При работе насоса на гидросмеси должно учитываться наличие в потоке твердых частиц. Приблизительно влияние частиц можно учесть так: на входе и выходе из рабочего колеса твердые частицы имеют скорости с'1и и с2и, а момент количества движения, получен­ ный от рабочего колеса твердыми частицами и водой, можно выра­ зить соответственно

М, = (ysQJ,g) (с*и>2—с\иГ&

[М0= (y0Qo/g) (c2I/ 2— c1(/l)-

Тогда суммарный момент количества движ ния, переданный рабочим колесом насоса, можно представить в виде суммы M s и М 0, а теоретический напор, развиваемый насосом при работе на гидросмеси,

192

Таким образом, в соответствии с изложенными выше особен­ ностями работы насосов для гидросмеси, теоретический напор их уменьшается в соответствии с уравнением (VIII.1) по сравнению с соответствующим напором для насоса, работающего на однородной жидкости данной плотности. Величина Нт выражается в столбах гидросмеси. Причем это уменьшение определяется величиной и существенным уменьшением касательной составляющей абсолютной скорости движения гидросмеси с с2и До с2и.

Потери напора на трение и гидравлические удары в насосе можно выразить по формуле гидравлики

удары в рабочем колесе при относительной скорости на входе ш,. Если обозначить через Цг гидравлический к. п. д ., учитываю­ щий все указанные выше гидравлические потери, утечки напорной

то полный к. п. д. насоса для гидросмеси можно представить произ­ ведением

Л = ЛгЧобЛм-

Действительный напор, развиваемый насосом, равен произведе­ нию теоретического напора и гидравлического к. п. д. Таким обра­ зом, для расчета действительного напора грунтового насоса уравне­ ние (VIII.1) приобретает вид

величины входящих в нее коэффициентов. Результатами стендовых испытаний различных грунтовых насосов и углесосов подтверждена зависимость И от входящих в формз^лу параметров. Однако помимо их влияния на величине напора существенно сказываются конструк­ тивные особенности исполнения насосов. Из размерностного анализа уравнения (VIII.2) и обобщения опытных данных следует

щей ЖИДКОСТИ.

Обработка данных стендовых испытаний насосов различиого типа в безразмерных параметрах по (VIII.3) показывает, что с доста­ точной для практики точностью п = 0,85 — const для всех испытан­ ных типов грунтовых насосов, углесосов и рудососов. В то же время величина К' принимает различные значения, например, К' — 0,5

для грунтовых насосов 8ГР, 12НЗУ и 10НЗУ; К' = 0,6 — для углесосов и грунтовых пасосов 5НШВ, 8НЗУ, 20Р-11, 20ГР, 1000-80 и 10УВ-6.

Стендовые испытания насосов на различных гидросмесях и обыч­ ных для гидромеханизации концентрациях ие обнаружили существен­ ного влияния крупности частиц (исключая влияние через износ). Это объясняется значительными (до 20 м/с) и примерно близкими по величине скоростями движения частиц в каналах насосов. Отсюда и отсутствие размера частиц в формуле (VIII.3).

Потребляемая насосом мощность при работе на воде и на гидро­ смеси также различна (влияние крупности частиц не обнаружено):

N 0 = Q0ff0y0/ m % и N = QEy/l02r\.

Так как определяем потребляемые мощности при одинаковом расходе для воды и гидросмеси, то можно записать

N = N0Hr\0/H0r\.

По опытным данным, значения величины в квадратных скобках уравнения (VIII.1) изменяются в пределах 0,8—1, а отношение ЛобЛЬб — в пределах 1—1,2 (в зависимости от удельного веса гидро­ смеси). Произведение этих величин приблизительно равно единице. Поэтому для расчета мощности пасосов при работе на гидросмеси можно пользоваться приближенной формулой

концентрациях смеси и заданных условиях всасывания. Эта харак­ теристика показывает, что начало кавитации грунтового насоса определяется точкой пересечения характеристики всасывающего трубопровода Н (Q) и кавитационной характеристики грунтового насоса Нввк кр (Q). На рис. 85 показана кавитационная характеристика для насоса ЗГМ с крутой характеристикой Q—H.

Из графиков рис. 85 следует, что существенное влияние на кави­ тационные условия (рм. также гл. V) имеют характеристика вса­ сывающего трубопровода и высота всасывания. Характерно, что, как и при работе на гидросмеси по напорной кривой Н (Q), с повы­ шением у нри прочих равных условиях уменьшается расход грунто­ вого насоса. Это значит, что нужно стремиться к снижению гидравли­ ческих сопротивлений во всасывающем трубопроводе. С увеличением высоты всасывания кавитационные явления в грунтовых насосах наступают при меньших расходах.

Согласно анализу, изложенному в гл-V, критический вакуум Нвв = # в'ак. кр грунтового насоса можно определить из формулы (V.7).

194

При пересчете кавитационной характеристики для одних и тех же - условий всасывания используют приближенное соотношение

званные входом жидкости в насос и наличием твердых частиц (по дан­ ным испытаний);

£0 — коэффициент местных сопротивлений.

Как уже отмечалось, на практике в расчетах используют не

сывания (при расчетных режимах). Для условий перекачки воды эта величина и указывается в каталогах (для гидросмесей эта вели­ чина меньше).

При конструктивном выполнении насосов учитываются особен­ ности эксплуатации машин на гидросмесях. Проточные каналы должны пропускать твердые частицы заданных размеров. Для уменьшения абразивного действия частиц детали насосов выпол­ няются из износостойких материалов, а толщина стенок корпуса, дисков, лопастей и других деталей берется с учетом износа.

Конструкции насосов должны обеспечивать легкость сборки и разборки, а также замены быстроизнашивающихся деталей. Осо­ бенно прочными должны быть уплотнения, поскольку частицы вызы­ вают их интенсивный износ. В таких условиях наиболее целесооб­ разны конструкции регулируемых уплотнений.

При эксплуатации насосов для гидросмеси возможны забивки всасывающих труб и каналов рабочих колес. В связи с этим упорные подшипники должны рассчитываться с учетом возможности кавита­ ции и возникновения больших и меняющихся осевых нагрузок. Неравномерный износ рабочих колес насосов приводит к разбалансированию агрегата, что вызывает резкое увеличение нагрузок на подшипники. Этому способствует и частичная забивка каналов колеса. Поэтому при расчетах и выборе опорных подшипников должны учитываться экстремальные нагрузки.

Станина и рама насосов для гидросмеси выполняются более жесткими, чем у обычных насосов. Весьма важным фактором с точки зрения успешной эксплуатации насосов для гидросмесей (особенно угля и других сравнительно хрупких материалов) является скорость вращения рабочего колеса. При увеличении скорости вращения от 790 до 1450 об/мин резко возрастает степень деградации частиц и износ рабочих деталей насосов. Поэтому для условий транс­ портирования даже таких сравнительно малоабразивных матери­ алов, как уголь, сланцы и др., в виде крупных классов, скоростй вращения рабочих колес машин ограничивают величинами 740— 920 об/мин. Повышенные скорости вращения вполне оправданы при