2. РУДНИЧНЫЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ

Водоотливные установки оборудуются в основном центро­ бежными насосами. Это обусловливается большой надежностью их работы, высокой экономичностью по сравнению с поршне­ выми, возможностью использования высокоскоростных электро­ двигателей, что сокращает их габариты, а также невысокими затратами на откачку 1 м3 воды. Важное значение имеет беспе­ ребойная работа центробежных насосов, которая зависит от правильности выбора типа, точности изготовления, качества монтажных работ и выполнения правил технической эксплуа­ тации.

Фактором, определяющим выбор типа насоса, является рас­ чет его подачи и напора с учетом перспективного притока шахт­ ных вод и их химического состава.

При выборе центробежных насосов высокого давления для глубоких горизонтов шахт дополнительно учитывается наличие высоких давлений в трубопроводах и правильный выбор ма­ териалов при коррозионном влиянии шахтных вод.

Для покрытия полей Q — Н применяют горизонтальные сек­ ционные насосы с подачей до 800 м3/ч и насосы со спиральным отводом при подаче от 450 до 1500 м3/ч.

Поршневые и эрлифтные установки имеют ограниченную об­ ласть применения в горнорудной промышленности. Секционные вертикальные насосы используются для осушения месторожде­ ний и устанавливаются в скважинах диаметром 350—600 мм.

Водоотливная установка состоит из центробежного насоса, нагнетательного и всасывающего трубопроводов, оборудованных обратными клапанами и задвижками (рис. 2.1).

Расстояние по вертикали от нижнего уровня воды в водо­ сборнике до оси насоса называется геометрической высотой вса­ сывания # пс; расстояние от оси насосд до оси выходного сече­

определяется как сумма высот всасывания и нагнетания. Центробежный секционный насос показан на рис. 2.2. Жид­

кость поступает в рабочее колесо насоса в аксиальном направ­ лении и подается в его камеру, а лопатки рабочего колеса соз­ дают вращательно-поступательное движение и необходимое давление. Рабочее колесо подает жидкость в направляющий ап­ парат' и под давлением — в нагнетательный трубопровод.

В спиральных насосах равномерный отвод жидкости к вы­ ходному патрубку выполняет спиральная камера с постепенно

2* 35

Насосы с последовательным соединением рабочих колес на­ зываются секционными; напор этих насосов равен сумме напо­ ров отдельных ступеней, а подача равна подаче одной сту­ пени.

В насосах с параллельным соединением колес напор равен напору одной ступени, а подача насоса равна сумме подач от­ дельных элементарных насосов. Насосы этого типа в горноруд­ ной промышленности применяют в условиях обводненных ме­ сторождений.

Центробежные насосы используют при оборудовании глав­ ных и участковых водоотливных установок, при проходке вы­ работок, тоннелей и при осушении карьеров. С помощью цент­ робежных насосов осуществляется откачка хвостов на обога­ тительных фабриках и пульпы при добыче угля, образование гидроотвалов на карьерах и доставка различных взвешенных веществ.

2.2. Основное уравнение центробежных насосов

Жидкость, поступая в рабочее колесо по всасывающему трубо­ проводу из водосборника, увлекается его лопатками и подвер­ гается действию центробежной силы, что обусловливает ее по­ дачу в нагнетательный трубопровод.

При выводе основного уравнения используют закон момен­ тов количества движения и исходят из представления о среднем значении скорости по сечению потока. При расчете рабочего ко­ леса насоса строят треугольники скоростей при входе и выходе жидкости из колеса [6].

При движении жидкости в рабочем колесе насоса разли­ чают абсолютную и относительную скорости (рис. 2.3). Абсо­ лютная скорость потока Ci — это скорость относительно непо­ движного корпуса машины; она равна геометрической сумме относительной скорости и окружной скорости Ui. Относитель­ ная скорость — это скорость жидкости относительно вращаю­ щегося рабочего колеса насоса. Таким образом, частицы жид­ кости, перемещающиеся внутри рабочего колеса, участвуют в переносном и относительном движениях.

Важными элементами являются угол а между векторами окружной и абсолютной скоростей и угол р, образованный век­

тором относительной скорости и обратным вектором окружной скорости. Правильный выбор этих параметров определяет ра­ циональную форму лопастей насоса и более эффективный ре­ жим его работы.

Втеории центробежных насосов рассматривают окружные и

ирадиальные г составляющие абсолютных и относительных скоростей. Например, с2и— окружная составляющая абсолют­ ной скорости на выходе из рабочего колеса.

Из параллелограмма скоростей (см. рис. 2.3) можно за­ писать:

Внешние силы к потоку жидкости в центробежном насосе приложены через воздействие лопаток рабочего колеса, что по­ зволяет определить моменты количества движения потока (Н- м) на его входе соответственно при радиусе колеса Ri и R2:

где р — плотность жидкости, кг/м3; QT — теоретическая подача насоса, м3/с; Си с2— абсолютная скорость потока соответ­ ственно при радиусе колеса Ri и R2\ l\= R\ cos а и l2—R2cos а — плечи, значения которых получены из треугольника скоростей (см. рис. 2.3), м.

Основателем вихревой теории центробежных насосов Г. Ф. Проскурой для случая безударного входа потока в ка­ налы колеса была получена формула теоретического напора с учетом конечного числа лопаток рабочего колеса

(2.15)

где i — число колес турбомашины; К — коэффициент циркуля­ ции; 62=180°— ,р2; ф2= 62/£)2; Ь2— ширина лопатки на вы­ ходе, м.

Коэффициент циркуляции К, учитывающий влияние конеч­ ного числа лопаток,

где ф— коэффициент, зависящий от шероховатости проточной части рабочего колеса (0 ,8— 1 — с направляющим аппаратом; 1—1,3 — без направляющего аппарата); z — число лопаток ра­ бочего колеса; Z?i — внутренний диаметр рабочего колеса, м.

Основные конструктивные размеры центробежного насоса и его параметры (подача, напор, к. п. д. и частота вращения) на­ ходятся в определенной зависимости. Зависимость tfT= /(Q ) характеризуется уравнением (2.15) и график ее представляет прямую линию. Известно, что Нт< Н тоо, поэтому характеристика насоса при конечном числе лопаток проходит ниже теорети­ ческой характеристики при бесконечном числе лопаток. Расхож­ дение напоров объясняется несоответствием положений струй­ ной теории об осевой симметрии потока в каналах рабочего ко­ леса с реальной действительностью. Получить действительную характеристику расчетным путем весьма сложно, поэтому на практике пользуются опытными характеристиками, получен­ ными при заводских испытаниях насосов.

Уравнение центробежных насосов (2.11) устанавливает за­ висимость между энергией, сообщаемой потоку в рабочем ко­ лесе лопастного насоса, и скоростями потока в нем. Это основ­ ное уравнение лопастного насоса впервые выведено Л. Эйлером в 1751 г., а более подробный вывод его приведен в работе [6].

Теоретический напор колеса можно получить также, поль­ зуясь основным уравнением, если известны скорости с2и и ciu. Определение их связано с исследованием поля скоростей в соот­ ветствующих сечениях потока. Движение жидкости в колесе на­ соса является трехмерным, а скорости жидкости по сечению по-