ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК
Шахтные водоотливные установки. Центробежные насосы. Винтовые насосы.
НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК
Разработка месторождений полезных ископаемых, как правило, сопровождается поступлением в горные выработки подземных и поверхностных вод, а также инфильтрационных вод из рек и поверхностных водоемов. Наличие воды в разрабатываемых горных массивах и ее приток в горные выработки затрудняют условия работы людей и машин, а в ряде случаев существенно сказываются на физических свойствах горных пород, приводя к снижению устойчивости горных массивов, ухудшению качества добываемого полезного ископаемого. Поэтому произ-водство горных работ открытым и подземным способами в большинстве случаев требует проведения комплекса мероприятий по полному или частичному осушению разрабатываемых горных массивов, исключению или уменьшению водопритока в горные выработки, а также сбору и отводу поступающей в выработки воды.
Указанный комплекс мероприятий на строящемся или действующем горном предприятии выполняется специальной системой осушения (дренажной системой), включающей в себя сеть специальных дренажных выработок и технических средств по сбору и отводу подземных и поверхностных вод.
Необходимым составным элементом дренажной системы является водоотливная установка – комплекс энергомеханического оборудования, служащий для откачки подземных и поверхностных вод из дренажных горных выработок шахт и карьеров.
|
|
|
По характеру взаимодействия с откачиваемой жидкостью в составе любой водоотливной установки выделяют два главных элемента: силовой насосный, или вакуум-насосный агрегат, служащий для преобразования механической энергии в энергию движущейся жидкости, и трубо-5 проводную (внешнюю) сеть – систему каналов, по которым жидкость перемещается от водосборных сооружений к водоотводным. Поступая в насос, жидкость получает необходимый запас энергии, который расходуется при ее перемещении в каналах внешней сети.
В состав водоотливной установки, обеспечивая необходимую надежность и эффективность работы основного оборудования, входят также следующие элементы: пускорегулирующая и предохранительная арматура (задвижки, вентили, переключатели потоков, обратные и предохранительные клапаны, воздуховыпускные устройства – вантузы, компенсаторы температурных изменений длины трубопроводов, гасители и компенсаторы гидравлических ударов); контрольно-измерительная аппаратура (манометры, вакуумметры, расходомеры, индикаторы движения жидкости, уровнемеры, реле заливки насосов и пр.); системы ручного и автоматического управления приводом насоса с комплектом электроизмерительной аппаратуры.
|
|
|
По назначению водоотливные установки подразделяют на главные (центральные), вспомогательные (участковые) и временные (проходческие). К главным относятся установки, предназначенные для перехвата и откачки всего или большей части ожидаемого притока воды в горные выработки. При большой протяженности шахтных и карьерных полей может использоваться несколько главных водоотливных установок. Однако известны также примеры эффективного использования одной главной установки для откачки воды из дренажных систем группы близлежащих шахт.
Вспомогательные установки служат для местного водопонижения в отдельных забоях и для откачки воды с участков, расположенных ниже водосборника главной водоотливной установки. Временные установки используются в период проходки капитальных горных выработок строящегося предприятия или в период чрезвычайных ситуаций по водопритоку.
По расположению основного оборудования относительно осушаемого массива водоотливные установки подразделяют на зумпфовые, основное оборудование которых располагается вне осушаемого массива у водосборника относительно большой емкости, скважинные и иглофилътровые. На скважинных установках силовое насосное оборудование расположено непосредственно в осушаемом массиве, в котором пройдена скважина соответствующих размеров. На иглофильтровых установках основная часть силового оборудования расположена вне осушаемого массива, а в скважину помещена только водозаборная его часть. Водоотливные установки подразделяют также на стационарные, полустационарные и передвижные. К последним относят вспомогательные установки, перемещаемые по мере продвижения забоев. Полустационарные установки изменяют свое местоположение периодически через относительно большие интервалы времени, по мере продвижения фронта горных работ и по глубине разрабатываемого массива.
|
|
|
ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО ВОДООТЛИВНЫХ УСТАНОВОК
Зумпфовые водоотливные установки имеют наибольшее распространение на горных предприятиях. Отличительным признаком таких установок является наличие зумпфа-водосборника относительно больших размеров, который аккумулирует воду, поступающую в него из горных выработок самотеком по дренажным каналам.
|
|
|
По местоположению водосборника относительно дневной поверхности зумпфовые водоотливные установки подразделяются на открытые и подземные, или шахтные. Первые применяются только для водоотлива на карьерах, а вторые – на шахтах и подземных рудниках, а также на карьерах при подземном способе осушения карьерных полей.
Водосборники шахтных водоотливных установок представляют собой систему горных выработок, разделенную на две-три части (секции).
Секции отделены от приемного колодца бетонными перемычками, оборудованными перепускными клапанами. Это позволяет попеременно отключать секции водосборника и производить их чистку. Водосборник открытой водоотливной установки обычно представляет собой котлован удлиненной пирамидальной формы.
Выполняя функции приемных резервуаров и отстойников для осветления воды, водосборники одновременно являются и регулирующими емкостями, компенсирующими разницу между притоком воды из горного массива и расходом откачивающих ее насосов.
Возможны четыре варианта расположения насосов относительно водосборника и уровня воды в нем (рис. 1). Наиболее часто насосы располагают около водосборника выше уровня воды (рис.1, а). Насос 4 соединен с водосборником 1 посредством всасывающего трубопровода 3 и заборного наконечника 2, снабженного предохранительной сеткой, которая предотвращает попадание в насос крупных механических включений. При работе водоотливной установки вода перемещается по нагнетательному трубопроводу (ставу) 5 к водоотводному устройству 7 на поверхности, в которое она свободно изливается через сбросной наконечник 6. 7 Размещение насосов на высоте 4 – 5 м над уровнем воды в водосборнике и 1 – 1,5 м над почвой прилегающих к насосной камере горных выработок в определенной степени предохраняет насосную станцию от аварийного затопления и не требует специальной гидроизоляции ее помещения. Однако для откачки воды с относительно большой глубины необходимы насосы с повышенной всасывающей способностью. У центробежных насосов, наиболее часто используемых на водоотливных установках, с увеличением номинальной производительности, как правило, уменьшается всасывающая способность. Кроме того, при таком расположении насосов необходима их предварительная заливка перед очередным пуском.
Откачка воды из затопленных шахт и открытых котлованов часто производится насосными станциями, располагаемыми на плаву на специальных понтонах. По мере откачки воды и понижения ее уровня опускается и плавучая насосная станция. В таких случаях насосы соединяют с магистральным участком трубопровода посредством гибких или шарнирно - поворотных труб.
Условия всасывания воды насосами значительно улучшаются при их расположении у водосборника ниже уровня воды в нем (рис. 1, б). Водоотливные установки с таким расположением насосов часто называют установками с заглубленными насосными станциями. Помещение насосной станции в этом случае имеет специальную гидроизоляцию от водосборника и близлежащих горных выработок. Разновидностью предыдущего варианта является расположение насоса под водой – погружение (рис. 1, в). При этом варианте используются специальные насосы с вертикальной ориентацией приводного вала. Крупные модели указанных насосов изготовляют с удлиненным приводным валом, обеспечивающим передачу насосу 4 крутящего момента от двигателя 8, смонтированного над водосборником 1. 8
Рис. 1. Расположение насосов относительно водосборника:
а) выше уровня воды; б) ниже уровня воды; в) погружной насос; г) на специальных подвесках
Малые модели насосов, используемые на вспомогательных установках, имеют погружной электродвигатель, размещаемый вместе с насосом под водой в зумпфе на нагнетательном ставе или на специальных подвесках (рис. 1, г).
Недостатком насосов погружного типа с удлиненным приводным валом является сложность их ремонтного обслуживания в стесненных условиях, в связи с чем в последнее время на водоотливных установках подземного типа от такого расположения насосов отказываются.
Центробежные насосы являются одной из самых распространенных разновидностей динамических гидравлических машин. Они широко применяются: в системах водоснабжения, водоотведения, в теплоэнергетике, в химической промышленности, в атомной промышленности, в авиационной и ракетной технике и др.
Рис. 1 Принципиальная схема центробежного насоса:
1 - рабочая камера; 2 - рабочее колесо; 3 - направляющий аппарат; 4 - вал;
5 - лопатка рабочего колеса;
6 - лопатка направляющего аппарата; 7 - нагнетательный патрубок;
8 - подшипник; 9 - корпус насоса (опорная стойка);
10 - гидравлическое торцовое уплотнение вала (сальник);
11 - всасывающий патрубок.
На рабочем колесе имеются лопатки (лопасти), которые имеют сложную форму. Жидкость подходит к рабочему колесу вдоль оси его вращения, затем направляется в межлопаточный канал и попадает в отвод. Отвод предназначен для сбора жидкости, выходящей из рабочего колеса, и преобразования кинетической энергии потока жидкости в потенциальную энергию, в частности в энергию давления. Указанное выше преобразование энергии должно происходить с минимальными гидравлическими потерями, что достигается специальной формой отвода.
Корпус насоса предназначен для соединения всех элементов насоса в энергетическую гидравлическую машину. Лопастный насос осуществляет преобразование энергий за счет динамического взаимодействия между потоком жидкой среды и лопастями вращающегося рабочего колеса, которое является их рабочим органом. При вращении рабочего колеса жидкая среда, находящаяся в межлопаточном канале, лопатками отбрасывается к периферии, выходит в отвод и далее в напорный трубопровод.
Рис. 2 Схема многоступенчатого центробежного насоса
В центральной части насоса, т. е. на входе жидкости в рабочее колесо насоса, возникает разрежение, и жидкая среда под действием давления в расходной емкости направляется от источников водоснабжения по всасывающему трубопроводу в насос.
Частоту вращения рабочего колеса насоса обозначают через n (об/мин), а угловую скорость - через ω .
Связь между ω и n определяется выражением
ω = π n / 30Рис. 5 Сх 
емы различных рабочих колес:
а - открытого типа; б - полузакрытого типа; в - закрытого типа;
г - рабочее колесо закрытого типа с двусторонним входом;
1 - втулка; 2 - лопатка; 3 - несущий диск; 4 - покрывающий диск
Но центробежные насосы обладают и рядом недостатков:
требуют заливки перед пуском;
имеют склонность к кавитации;
имеют пониженное значение КПД при перекачивании вязких жидкостей;
имеют небольшое значение КПД при малой подаче жидкости Q и большое значение напора Н и др.
Центробежные насосы целесообразно использовать в области больших подач жидкости Q и низких и средних напоров жидкости.
Шнековый насос (винтовые насосы)— это устройство, в котором напор перекачиваемого вещества создаётся при помощи его вытеснения металлическими роторами, вращающимися внутри статора, который, в свою очередь, выполнен из эластомера в соответствующих формах.
Использование винтовых насосов Винтовые шнековые насосы используются для работы как с вязкими, густыми и тягучими массами, так и для перекачки продуктов низкой вязкости. Особенности конструкции насосов и материалов, из которых они производятся, влияют на сферу перекачиваемых жидкостей, например, агрессивного типа (к ним относятся, например, кислоты и щелочи, растворители, коррозионные смеси, полиол, бензол, изоцианаты). В этом случае необходимо, чтобы частицы жидкости не разрушались и не дробились.
Классификация насосов
Одновинтовые насосы. Насосы горизонтального типа, которые состоят из однофазного винта и статичной резиновой обоймы с двухфазной винтовой поверхностью. Вращение винта внутри обоймы создаёт полости, в которые попадает перекачиваемая жидкость и далее движется вдоль оси шнека.
Двухвинтовые насосы. Насосы, в конструкции которых заложено наличие двух роторов. Основным применением данного типа насосов является перекачивание пресной, морской и минеральной воды.
Трёхвинтовые насосы. Насосы, отличным образом подходящие для переноса сред неагрессивного типа без абразивных примесей.
Также насосы можно классифицировать по количеству ступеней. Помимо одноступенчатых, существуют многоступенчатые винтовые насосы. Отличаются от одновинтовых они тем, что выполнены из ряда шнековых витков с постепенно уменьшающимся шагом. Витки расположены на валу, который, в свою очередь, помещается в цилиндрический корпус насоса. После каждого витка имеются радиальные направляющие для потоков перекачиваемого вещества.
Количество ступеней насоса - один из важных параметров его выбора, поскольку определяется тем, какой тип жидкости наиболее эффективно перекачивать с помощью насоса такой конструкции. Правильный выбор позволяет снизить расход энергии и продлить срок службы насосного оборудования.
1. Ротор.
2. Статор.
3. Вал ротора.
4. Соединительная шпилька.
5. Входящий патрубок.
6. Нагнетающий патрубок.
7. Эластичная муфта.
8. Электродвигатель.
9. Станина.
10. Рабочая камера.
Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 2820; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!