Механическое оборудование установок
Загрузочные устройства, служащие для ввода насыпного груза в находящийся под высоким давлением трубопровод, не должны при работе пропускать воду из трубопровода. Это достигается двумя основными способами загрузки трубопроводов: 1) питатель, работающий под открытым бункером или воронкой, преодолевая давление воды, механически вводит груз в полость трубопровода высокого давления; 2) насыпной груз перепускается («шлюзуется») через одну или две последовательно расположенные камеры с попеременно открывающимися и закрывающимися отверстиями в верхней и нижней части. Питатели, работающие по второму способу, называются камерными.
Бескамерные питатели характеризуются непрерывностью действия, а камерные - цикличностью, причем цикл их работы складывается из времени наполнения камеры, ее опорожнения и маневрирования поочередно закрывающимися и открывающимися затворами. Для достижения непрерывного или почти непрерывного действия камерные питатели устраивают обычно из двух рядом стоящих секций, и управление затворами осуществляется на них таким образом, что в период, когда выпускная камера одной секции заполняется грузом, вторая разгружается в трубопровод.
Рис. 3. Винтовой питатель гидротранспортной установки
Бескамерный винтовой питатель непрерывного действия (рис. 3) состоит из трех узлов: привода 3 (двигатель, турбомуфта и редуктор), винта 2 в цилиндрическом кожухе, входящего с одной стороны в приемную воронку, и трубопровода 1, примыкающего к свободному от винта цилиндрическому патрубку и образующего в этом месте смесительную камеру. Трубопровод снабжен задвижками, которые могут перекрывать его или перепускать воду для промывки в обход смесительной камеры.
Насыпной груз подается ленточным конвейером в воронку и из нее перемещается винтом к цилиндрическому патрубку и далее - к смесительной камере, в которой образуется гидросмесь. Создающееся в цилиндрическом патрубке уплотнение материала (для чего винтовой питатель выполняют иногда с уменьшающимся к выходному отверстию шагом винта) препятствует проникновению воды через винт в воронку. Надежная герметизация достигается только при условии, что скорость подачи материала в патрубок превышает скорость фильтрации воды через толщу уплотненного транспортируемого вещества. Поэтому винтовые питатели не применяют при транспортировании грузов, состоящих из твердых, несминающихся кусочков, так как вода под давлением быстро проникает через промежутки между кусками. Нецелесообразно использовать питатели этого типа и при перемещении абразивных грузов, вызывающих повышенный износ винта, кожуха и патрубка. КПД винтового питателя, подсчитанный по установленной мощности двигателя, не превышает 20-30%.
Преимуществом, винтового питателя являются непрерывность его действия и относительно небольшие размеры. Однако из-за трудности достижения герметичности и высокой производительности на стационарных установках более широкое применение находят камерные питатели, производящие «шлюзование» насыпного груза из внешнего пространства в трубопровод высокого давления.
Схема такого питателя, состоящего из двух секций с двумя соединенными между собой камерами в каждой, изображена на рис. 4.
Верхняя перепускная (шлюзующая) камера каждой секции снабжена клапанными затворами вверху и внизу. Нижняя выпускная смесительная камера внизу затвора не имеет. Перемещаемый насыпной груз (уголь, порода крупностью до 70 мм) с конвейера передается на двухсекторный опрокидываемый дозатор 1, объем каждой секции, которого равен полезному объему перепускной камеры 3. При подаче груза в камеру 3 через короб 2 нижний затвор между камерами 3 и 4 остается закрытым, а верхний открыт. После загрузки перепускной камеры верхний затвор автоматически закрывается, и в нее для выравнивания давления в обеих камерах подается вода под напором, затем открывается нижний затвор, и груз поступает в смесительную камеру 4 и из нее в пульпопровод 5.
Во второй секции в это время аналогичным образом происходит наполнение верхней перепускной камеры, так что работа обеих секций смещена во времени одна относительно другой на половину продолжительности цикла. Автоматическое управление дозатором и клапанами осуществляется с помощью гидравлических цилиндров.
В последнее время в установках для транспортирования рядовых и куско-ватых грузов под высоким напором все более широкое применение находят камерные трубчатые питатели, характеризующиеся относительной простотой конструкции, автоматичностью действия и приспособленностью для работы с кусковатыми грузами.
Рис. 4. Схема двухкамерного питателя гидротранспортной установки
Схема трубчатого питателя, состоящего из двух камер-труб 4 с соответственной арматурой, показана на рис. 5. Концы труб соединяются с одной стороны с подающим пульпу трубопроводом 1 и подающим воду трубопроводом 2, а с другой - с транспортным магистральным трубопроводом 5. Ввод в камеры-трубы пульпы и вымывание ее водой в магистральный трубопровод регулируются четырьмя автоматически управляемыми обратными клапанами 3, а подвод и слив воды производятся по программе при помощи задвижек 8 и 6, управляемых с пульта 7. Таким образом, процессы попеременного заполнения одной камеры пульпой и подачи пульпы в магистральный трубопровод из другой камеры происходят одновременно и почти непрерывно.
Рис. 5. Схема камерно-трубчатого питателя
Желоба. Для транспортирования грузов в жидкой среде применяют желоба (лотки) полукруглого и трапецеидального сечения, изготавливаемые из стальных листов толщиной 3-4 мм.
Для обеспечения наименьших сопротивлений при транспортировании песка и глинистых материалов применяют полукруглые лотки.
Форма желобов и взаимное расположение зумпфа и насосов представлены в табл. 1.
В практике работы обогатительных фабрик напорного гидротранспорта хвостов, продуктов и концентрата принимают как стальные, так и чугунные и асбестоцементные трубы. Трубопроводы соединяются с помощью сварки или быстроразъемных соединений.
Трубопроводы устанавливаются на опорах и рассчитываются на усилия, возникающие при температурных деформациях. Опоры и подвески не следует располагать под стыками труб.
Допустимый средний пролет (Lcp) между опорами или подвесками определяется по формуле:
,
где R - расчетное сопротивление стали (Н/см2) по пределу текучести; Р - расчетное давление в трубопроводе, Н/см2; Dн - наружный диаметр трубы, см; δ -толщина стенки трубы, см; m - коэффициент условия работы (0,8); qрасч - вес 1м трубы с водой (пульпой), Н; ω - момент сопротивления поперечного сечения трубы, см3; g - ускорение свободного падения, м/с .
,
где Dвн – внутренний диаметр трубы, см.
Крайние пролеты трубопровода (Lкр) следует принимать равными Lкр= 0,8∙Lср.
Рациональное использование материала труб при обеспечении минимального износа представлено в табл. 2.
Таблица 2
На магистральных участках по условию прочности, приемлемы трубы толщиной 5-6 мм, но для обеспечения необходимой долговечности из-за больших износов их толщину приходится увеличивать на 4...6 мм.
Длины звеньев труб с учетом удобства их транспортирования к месту использования принимают 8 м для карьеров и 4-6 м для подземных выработок.
Для повышения износостойкости труб их внутренняя поверхность подвергается упрочнению закалкой токами высокой частоты или армированием базальтом и стальными вкладышами. Последнее значительно утяжеляет трубы и этот метод не нашел широкого применения.
Вспомогательное оборудование.
При пуске в ход и регулировании работы транспортных систем широкое применении получили задвижки типа Лудло с выдвижным шпинделем диаметром от 200 до 400 мм, а также однодисковые задвижки, вентили и др. Шиберные задвижки диаметром более 400 мм имеют механический привод.
В последнее время внедряют задвижки с выдвижным устройством, выполненным в виде резиновой износоустойчивой оболочки (рис. 6), которые обеспечивают (по сравнению с шиберными задвижками) более плавное очертании местного сужения трубы, а резиновая оболочка препятствует проникновению твердых частиц в зазоры трущихся поверхностей.
Рис. 6. Задвижка с выдвижным устройством
Обязательным условием является то, что каждая гидротранспортная установка оборудуется обратным клапаном (рис. 7, а), который перед пуском открывают, а перед остановкой закрывают с помощью рукоятки.
Кроме того, устанавливают вантузы (рис. 7, б) - это небольших размеров полый резервуар, привариваемый к трубе и имеющий на выпускном патрубке кран для периодического выпуска воздуха.
Рис. 7. Гидротранспортная установка: а - обратный клапан; б - вантуз
Гидроэлеваторы - это так называемые струйные насосы (рис. 8), состоящие из насадка 2, через который подается напорная вода, которая выходя из насадка с большой скоростью создает в камере вакуум и пульпа засасывается через патрубок 1. Попадая в горловину 3, струя создает напор в нагнетательном трубопроводе 4.
Рис. 8. Гидроэлеватор
Гидроэлеваторы применяют при небольших расстояниях транспортирования и производительностях. Хотя они имеют низкий КПД (не более 0,20), в то же время они обладают рядом достоинств: отсутствие движущихся частей, нечувствительность к попаданию воздуха в трубопровод, способность пропускать крупные фракции груза, простота обслуживания, небольшие размеры и вес.
Насосы
Для транспортирования жидкого сырья и полуфабрикатов применяются шестеренные, центробежные и другие насосы.
Шестеренный насос. Насосная установка с шестеренным насосом (рис. 9, а) применяется для перекачивания вязкого сырья и полуфабрикатов к местам потребления. Установка состоит из насоса 2, редуктора 3 и электродвигателя 4, смонтированных на станине 1.
Принцип действия шестеренного насоса показан на рис. 9, б. Перекачиваемый продукт всасывается через патрубок 1 в корпус 5, в котором вращаются две шестерни 3 с зубьями крупного профиля. Шестерни плотно пригнаны к поверхности корпуса. Одна шестерня (ведущая) через вал 4 получает вращение от редуктора, а другая поворачивается за счет зацепления с ведущей. При вращении шестерен в патрубке создается разрежение и происходит всасывание продукта. Продукт затекает во впадины между зубьями, перемещается вверх, где выдавливается из впадин входящими туда зубьями и удаляется через нагнетательный патрубок 2.
Рис. 9. Шестеренный насос: а - общий вид; б - схема
Рис. 10. Центробежный насос
Центробежный насос. Состоит из электродвигателя 4 и собственно насоса 2, прикрепленного к электродвигателю болтами (рис. 10). Насос одноступенчатый, одностороннего всасывания. Внутри корпуса на конце вала электродвигателя установлены изогнутые лопасти 7 из нержавеющей стали.
При работе лопасть 7 вращается против часовой стрелки (если смотреть со стороны крышки насоса) и плотно заходит в паз наконечника. Лопасть располагается в корпусе с минимальными зазорами.
Корпус снабжен нагнетательным патрубком 5 и фланцем сальника. Корпус и крышка отштампованы из листовой стали. Необходимое уплотнение в месте соединения вала с рабочей зоной насоса обеспечивается резиновой манжетой 3, установленной в гнезде на фланце корпуса. Перед пуском насоса 2/3 его рабочей емкости необходимо заполнить перекачиваемой жидкостью. Насос легко разбирается, для чего следует открыть замок 1 затяжного устройства с хомутом.
Перед пуском в эксплуатацию всасывающий патрубок 6 и трубопровод центробежного насоса заливают транспортируемой жидкостью вплоть до нагнетательного патрубка 5, а также необходимо удостовериться в соответствующем направлении вращения колеса и электродвигателя. Вращение от электродвигателя передается рабочим лопастям 7. Залитая в насос жидкость увлекается лопастями, под действием центробежной силы движется от центра лопасти 7 к ее периферии и подается через спиральную камеру в нагнетательную трубу через нагнетательный патрубок 5.
Ротационный насос. Предназначен для перекачивания вязких масс.
Насос (рис. 11) состоит из корпуса 4, в котором предусмотрена рубашка 1 для обогрева его горячей водой, двух приводных валов 2 с фасонными лопастями луночного типа 3, вращающимися от передаточных шестерен. При работе насоса полуфабрикат, поступающий через всасывающее отверстие, захватывается и с силой выталкивается вращающимися фасонными лопастями ротора насоса в продуктопровод.
Эксцентриковый лопастный насос. Применяют для транспортирования жидкостей различной вязкости. Он может работать как под заливом, так и за счет всасывания массы из емкостей, находящихся ниже насоса.
В корпусе насоса 9 (рис. 12), снабженном рубашкой для обогрева 8, вращается ротор 6, эксцентрично посаженный на приводной вал. Внутри ротора находятся пазы 5, в которых могут свободно перемещаться пластины 3. При быстром вращении ротора пластины под воздействием центробежной силы выходят из пазов, захватывают и проталкивают массу от всасывающего отверстия 2 к выбрасывающему отверстию 4. Горячая вода для обогрева насоса подается через патрубок 1. Отверстие 7, закрытое пробкой, используется для очистки насоса.
Вода из рубашки
Рис. 11. Насос с лопастями луночного типа. Рис. 12. Эксцентриковый лопастный насос
Плунжерный насос. Сиропные продуктовые насосы-дозаторы благодаря регулированию хода плунжера используются как в качестве дозатора, так и для перекачки фруктово-ягодных масс, начинок, какао-масла и других густых, вязких пищевых масс.
Производительность насоса можно регулировать с помощью кулисного устройства, приводимого в движение рукояткой и винтом. На кулисе регулирующего устройства прикреплена шкала с делениями для установки необходимого хода плунжера. Насос смонтирован на вертикальной стойке. Привод насоса осуществляется от электродвигателя через редуктор, кривошип и шатун.
Принцип работы плунжерного насоса-дозатора состоит в следующем. Электродвигатель 9 (рис. 13, б)через муфту 8 приводит в движение червячный редуктор 7. Выходной вал редуктора снабжен кривошипом 6, который посредством шатуна 5 приводит в колебательное движение рычаг 4, поворачивающийся относительно опоры, установленной на подвижной гайке 12. Положение гайки 12 можно изменять вращением винта 11с помощью рукоятки 13 (тонкой линией показано крайнее левое положение гайки). При изменении положения гайки 12 ползун 3, сквозь который свободно проходит рычаг 4, может совершать большее или меньшее перемещение в вертикальной плоскости (Smin и Smax - соответственно минимально и максимально возможный ход плунжера). С ползуном 3 жестко связаны шток 10 и плунжер 2, скользящий в цилиндре 1. При движении плунжера вверх происходит засасывание жидкости через клапан 16 в цилиндр 1, а при обратном движении плунжера жидкость перетекает через нагнетательный клапан 14. Клапаны располагаются в клапанной коробке 15, которая подсоединяется к патрубкам продуктового трубопровода.
16
Продукт
Рис. 13. Плунжерный насос-дозатор: а - общий вид; б - кинематическая схема
Винтовой насос. Позволяет плавно перекачивать продукты без пульсации, ровным потоком. Рабочая часть насоса - стальной винт, вращающийся в резиновой обойме, внутренняя полость которой представляет собой винтовую поверхность.
На рис. 14 представлен винтовой насос, состоящий из следующих основных частей: рабочей части, станины, подшипникового узла и привода (на рис. 14 не изображен). Основным элементом насоса (см. рис. 14) является рабочая часть, состоящая из всасывающего патрубка 1, однозаходного винта 2, выполненного из коррозионно-стойкой стали и вращающегося в резиновой с металлическим кожухом 4 обойме 3. При вращении винта продукт перемещается вдоль оси винта в нагнетательный патрубок 6.
Рис. 14. Винтовой насос
Любое поперечное сечение (А- А) винта 2, перпендикулярное оси вращения, представляет собой круг. Центры этих кругов лежат на винтовой линии, осью которой является ось вращения винта. Расстояние от центра поперечного сечения винта до его оси называется эксцентриситетом и обозначается буквой е. Сечение внутренней полости обоймы образовано двумя полуокружностями и двумя касательными. Ширина полости обоймы на 0,5-0,8 мм меньше диаметра винта, что обеспечивает герметичность камер, образующихся во время вращения винта в обойме. Ось винта перемещается по окружности диаметром D=2e.
Крутящий момент от приводного устройства через шпонку 15 и вал 16, выполненный с полым левым хвостовиком 10, передается карданным валом 11 винту 2. Карданный вал 11, снабженный шарнирными пальцами 5 и 14, создает условия для вращения винта 2 и перемещения его оси с максимальным отклоненнием от оси кожуха 4 на величину 4е. Пальцы 5 и 14 фиксируются в гнездах пробками-заглушками 17. Чтобы заглушки не отвинчивались в процессе работы насоса, они закрепляются специальными упорными шайбами 18.
Полый хвостовик 10 вращается в шарикоподшипниках 13, заключенных в корпусе 12, который крепится на станине 19. В том месте, где хвостовик 10 входит в кожух 4, установлено герметизирующее сальниковое уплотнение, которое состоит из фетровых колец 7, нажимной втулки 8 и накидной гайки 9.
Простота конструкции и небольшое число деталей рабочего органа при правильной эксплуатации обеспечивают бесперебойную работу насоса. И только сальниковое уплотнение нуждается в периодическом наблюдении.