Насосы грунтовые: конструкция, сферы применения, монтаж, возможные поломки

При добыче полезных ископаемых и ведении горноперерабатывающих работ зачастую возникает необходимость откачки смеси воды и грунта, именуемой пульпой. Справится с таким заданием помогает грунтовый насос. Насос для откачки грунта используют также в угольнодобывающей промышленности, когда следует выкопать шахту или котлован.

Откачивать пульпу необходимо потому, что инструмент и оборудование, которые соприкасаются с ней, могут быстро истираться, так как в смеси находятся в большом количестве частицы, воздействующие как абразивные, приводящие к быстрому износу и поломке оборудования.

1 Что такое грунтовой насос?

Насос грунтовой – это гидравлическое устройство, которое служит для перекачки гидросмесей с различными твердыми частицами по напорным трубопроводам. Представляет собой одноступенчатый центробежный насос с усиленной конструкцией. Установка насосов грунтовых происходит на земленосных снарядах, плавучей машине для поднятия грунта, находящейся под слоем воды, или на земленосных установках.

Первый грунтовой насос был выпущен в 1859 году во Франции. Это был поршневой механизм, а через 5 лет появились первые центробежные насосы, которые быстро вытеснили поршневые. В Российской империи стали выпускать землесосы в конце 19 столетия. Позже название было заменено на «грунтовый насос». На сегодняшний день это центробежные устройства, в которых всасывание осуществляется с одной стороны. Вал в помпе может быть расположен горизонтально или вертикально. Но последний вариант используется редко.

Насосы для откачки грунтовых вод могут быть однокорпусные и двухкорпусные.  Аппараты с двухкорпусной конструкцией используют для перекачки абразивных, крупнообломочных материалов. Для этого их корпус оснащается защитной рубашкой. Рабочее колесо служит для передачи энергии потоку пульпы при минимальных потерях, внутренняя оболочка защищает внешний корпус от абразивных частиц, находящихся в смеси.
к меню ↑

1.1 Применение аппаратов

Грунтовые насосы используют во многих сферах промышленности:

• разработке карьеров, котлованов;
• гидротехнических строительных работах;
• горном деле;
• транспортировке грунта или полезных ископаемых;
• золоудалении на ТЭС;
• перекачивании абразивной смеси плотностью до 1600 кг/м³ на обогатительных производствах;
• шлакоудалении;
• очищении буровых растворов;
• на цементных предприятиях.

к меню ↑

1.2 Конструкция механизма

Грунтовый насос – это агрегат, который состоит из самого насоса и электрического или дизельного двигателя. Конструктивная особенность аппаратов определяется высоким содержанием твердых частиц в перекачиваемой смеси и их воздействие на детали механизма, схожее с абразивным. Поэтому следует решить вопрос транспортировки таких включений, как галька, камни, которые могут попасть вместе с грунтом. Для этого увеличивают проходное сечение, что, в свою очередь понижает скорость и ведет к увеличению массы механизма и его габаритов. Для того, чтобы особо крупные элементы проходили беспрепятственно, в рабочем колесе делают от двух до четырех лопастей, и само рабочее колесо делают шире. КПД грунтовых помп ниже, чем то, которое имеет водный насос с такой же производительностью.

Проточная часть аппарата состоит из одного или двух корпусов (внутреннего и наружного), в котором размещена крыльчатка закрытого типа. Чтобы оградить крышку корпуса от преждевременного износа в следствии воздействия абразивных частиц, между крыльчаткой и крышкой устанавливают защитный диск. В ходовой части механизма расположен вал, установленный в шарикоподшипниковых опорах. Крыльчатку на вал устанавливают консольно. При помощи уплотнения герметизируют выход вала из корпуса.

Устройство оснащено системой, производящей промывочное действие, предупреждающее возникновение засоров.

Крыльчатка служит основным элементом и состоит из двух дисков, между которыми расположены лопасти. В центральной части рабочего колеса при вращении создается разрежение, в следствии которого рабочая среда поступает в насос через патрубок. Под действием центробежной силы пульпа из крыльчатки поступает в пульпровод, который находится под напором.

Грунтовой механизм оснащается мощным двигателем, благодаря чему насос не только извлекает, но и транспортирует откачанную пульпу на расстояние до 5000 метров, если оборудовать устройство дополнительной станцией, способной осуществлять перекачку. Вырабатываемый насосом напор может варьироваться в зависимости от модели, но средняя величина – 60 метров.

Устройство оснащено специальными броневыми дисками для защиты деталей насоса от воздействия абразивных частиц, и продления их рабочего ресурса.
к меню ↑

1.3 Какое назначение у грунтовых насосов?

Условия работы и транспортируемая среда разделяет насосы на такие типы:

• песковый;
• грунтовый;
• пульповый;
• рефулерный;
• шламовый.

Песковое оборудование относят к отдельному типу грунтовых насосов, поскольку песок имеет мелкую фракцию, но при этом высока абразивность. Это горизонтальные или вертикальные помпы с осевым или боковым входом, в конструкции которых имеется асинхронный двигатель.

Шламовые устройства – это центробежные одноступенчатые насосы с открытой крыльчаткой. Есть два вида шлама. В «неоседающем» шламе твердые частицы распределены равномерно. В «оседающем» шламе твердые частицы быстро оседают. К этому виду относят разнородные смеси. Большинство шламовых механизмов оснащено мешалками.
к меню ↑

2 Износ деталей

Составляющие грунтового насоса подвержены сильному износу, несмотря на защитные приспособления.
к меню ↑

2.1 Гидроабразивный износ

Это основной вид изнашивания деталей, по которым движется пульпа. На его интенсивность влияют характеристики пульпы и износостойкость пульпопроводящих элементов помпы. Данный износ может быть как общим, так и местным. При общем износе наблюдается сравнительно равномерное уменьшение толщины деталей. Подвержены износу бронедиски, боковые и радиальные облицовки, патрубки. Местный износ намного интенсивнее общего. Ему подвержены области образования вихрей и места кавитации.
к меню ↑

2.2 Кавитационный износ

Вызывается нарушением режима работы устройства и увеличением вакуума. Кавитация образуется из-за неровных стыков деталей, бугорков, оставшихся от электросварки, неровностей поверхностей, образующихся при износе. От кавитации нарастает вибрация устройства, что ведет к износу всех его деталей: приводного вала, опорных подшипников и даже фундамента. Эжектирующие насадки, которые вставляют в грунтозаборное оборудование, уменьшают возникновение кавитации.
к меню ↑

2.3 Механический износ

Данный вид износа обусловлен трением и ударами твердых камней пульпы по деталям помпы. Зачастую он случается при работах с грунтами, имеющими большое количество гравия.

Любой тип износа ухудшает характеристики устройства, уменьшается подача, и эта величина может достигать 20-30%. После этого необходим безотлагательный ремонт помпы. Для каждой детали механизма характерен определенный тип износа.
к меню ↑

3 Материалы для изготовления деталей агрегатов

Для дополнительной механической стойкости и износопрочности деталей грунтовых насосов, для их изготовления используют легированную сталь с последующей термообработкой. К стали в качестве добавки используют хром, вольфрам, кремний, никель, ванадий, марганец. Из чугуна довольно редко изготовляют детали устройства, которые соприкасаются с песком и крупными частицами, потому что у чугуна низкое сопротивление ударным нагрузкам. Износопрочность серого чугуна в 10-15 раз меньше, чем у специальных сплавов из стали.

В последнее время предлагается гуммирование, как один из способов совершенствования конструкций грунтовых устройств, которое заключается в обрезинивании деталей помпы. Но резина не подходит для работ с крупнообмолочными частицами, поэтому обрезиненными грунтовыми механизмамирекомендуют откачивать пульпу с содержанием мелких включений.
к меню ↑

3.1 Методы для снижения износа

Чтобы снизить износ грунтового оборудования, применяют такие методы:

• улучшают гидравлические условия продвижения гидросмеси по трактам насоса;
• ащищают зазоры от попадания в них твердых частиц;
• увеличивают износопрочность материалов, из которых изготовляют детали помпы;
• используют защитные вкладыши;

к меню ↑

4 Выбор грунтовых устройств

При выборе насоса обращают внимание на такие основные параметры, как напор, мощность, расход и КПД. На долговечность и энергоэффективность  влияет также оптимальная величина режима подачи.

Кроме того, прежде, чем выбрать насос, делают анализ гидросмеси, узнают ее свойства и состав. Потому как концентрация твердых частиц  и их размеры влияют на долговечность проточной системы устройства. Довольно сложно провести полный расчет, который учитывает все факторы, поэтому при подборе механизма используют нормативные документы, которые универсальны для оборудования, что работает с гидросмесями с большим количеством твердых частиц.
к меню ↑

5 Пример грунтового агрегата

Насос DRAGFLOW  — итальянский шламовый погружной насос, который применяют для дноуглубления, выкачки грунта, транспортирования шламов. Способен перекачивать гидросмесь с содержанием твердых частиц размером до 120 мм и транспортировать ее по трубопроводу, не задействуя в работу грузовики, конвейеры и другие механические средства.

Для работы  необходима лишь вода и электричество. В конструкции данного устройства имеется рыхлитель, который, при погружении в материал, способен создавать в рабочей среде концентрацию твердых включений до 70% по весу.
к меню ↑

5.1 Как работает земснаряд с погружным грунтовым насосом? (видео)