2.3.1.2. Типоразмеры грунтовых насосов и их устройство
В объединении “Трансгидромеханизация” на 1987 г. структура используемых грунтовых насосов была следующей: насосы типа ЗГМ-1М составляли 18 % общего количества; 12НЗУ и 12НЗУМ - 11% 20Р-11 – 7 %; 20Р-11МБ – 9 %; ГрУТ2000/63 (16ГрУТ-8М) – 43 %; ГрУТ4000/71 (20ГрУТ-8М) – 2 %.
Грунтовые насосы ЗГМ-1М, 12НЗУМ и 20Р-11МБ являются модернизированными вариантами соответствующих типоразмеров насосов выпуска прошлых лет, насосы 16ГрУТ-8М и 20ГрУТ-8М - типоразмеров насосов, выпускавшихся по прежнему стандарту. Типы грунтовых насосов даны в прил. 2.1-2.3.
Грунтовый насос ЗГМ-1 (землесос гидромеханизации, модель 1) является базовой моделью отечественных грунтовых насосов, конструкция которых разработана в 1936 г. Рабочее колесо трехлопастное с наибольшим проходным сечением 200 мм. Насос не имеет внутреннего защитного корпуса, что снижает его эксплуатационные качества.
Грунтовый насос ЗГМ-1М (модернизированный) отличается от насоса ЗГМ-1 двухкорпусным исполнением. Наружный корпус выполнен с горизонтальным разъемом для установки внутреннего корпуса. В остальном конструкция насоса и геометрические размеры проточного тракта остались без изменения. Передняя крышка отлита совместно с патрубком и фланцем для крепления к корпусу закладными болтами. Задняя крышка отлита совместно с консольной опорой (станиной) и крепится к корпусу шпильками. Всасывающая часть уплотнена подвижным уплотнительным кольцом, посаженным на установочное кольцо, закреплена шпильками. Нормальный зазор между уплотнительным кольцом и торцом рабочего колеса 0,2...0,3 мм, максимальный – 0,5 мм. Уплотнение напорной стороны сальниковое. Рабочее колесо имеет коническую посадку на вал со шпонкой и крепится шпильками к кольцевой гайке на валу. Вал вращается в подшипниках качения (рис. 2.5).
Грунтовый насос ЗГМ-1-350 представляет собой увеличенную на 1/6 модель насоса ЗГМ-1 с некоторыми конструктивными изменениями.
Конструкция грунтовых насосов ЗГМ-2 и ЗГМ-2М аналогична конструкции насоса ЗГМ-1. У насоса ЗГМ-2 увеличен диаметр рабочего колеса и снижена частота вращения. Отличительные особенности насоса ЗГМ-2М: разъемный корпус подшипников, увеличенный диаметр всасывающего патрубка.
Грунтовые насосы НЗУ (насос-землесос усовершенствованный) имеют два типоразмера - 8НЗУ и 12НЗУ (цифры указывают уменьшенный в 25 раз диаметр всасывающего патрубка — соответственно 200 и 300 мм). Это модернизированные модели ранее применявшихся насосов 8НЗ и 12Р7, имеют общую с ними конструктивную схему. Корпус насосов разъемный в тяжелом исполнении. Вал опирается на баббитовые подшипники скольжения. Осевые нагрузки воспринимаются упорными шариковыми подшипниками. Грунтовый насос 8НЗУ не применяется в транспортном строительстве из-за малой подачи (800 м3/ч) и низкого напора (28 м).
Грунтовый насос 12НЗУМ является модернизированным вариантом насоса 12НЗУ, отличается от своего прототипа конструкцией рабочего колеса, переднего бронедиска, крышки и узла уплотнения; у него увеличены диаметры всасывающего патрубка до 450 мм и входного отверстия рабочего колеса до 350 мм; изменен профиль лопаток рабочего колеса для разработки песчаных и гравийных грунтов, увеличены их толщина (соответственно на 40 и 60 мм), углы выхода (28 и 35°), радиус сопряжения лопаток. Промывочная вода подается в узел уплотнения через три отверстия передней крышки. В модернизированном насосе увеличились вакуумметрическая высота всасывания (с 5,9 до 8 м) и подача по грунту. Внешние характеристики насосов 12НЗУ и 12НЗУМ почти аналогичны.
Грунтовый насос 20Р-11 с четырехлопастным рабочим колесом по конструкции аналогичен насосу ЗГМ-1. Условные обозначения: 20 - диаметр всасывающего патрубка, мм, уменьшенный в 25 раз; Р - условное обозначение грунтового насоса; 11 - уменьшенный в 10 раз и округленный коэффициент быстроходности. Вал вращается в подшипниках скольжения, смазка кольцевая.
Грунтовый насос 20Р-11МБ является модернизированной моделью насоса 20Р-11, в отличие от него выполнен в тяжелом (двухкорпусном) исполнении. Наружный корпус имеет горизонтальный разъем.
Грунтовые насосы 16ГрУТ-8М и 20ГрУТ-8М должны заменить насосы 12НЗУ и 20Р-11. В процессе эксплуатации эти грунтовые насосы претерпели ряд изменений. Обозначения типоразмера насоса: первые две цифры указывают диаметр входного патрубка в мм, уменьшенный в 25 раз; буквы Гр и ГрУ - грунтовый насос с нормальным и увеличенным (У) проходным сечением проточного тракта; Т - тяжелое (двухкорпусное) исполнение корпуса; цифры в конце обозначения - коэффициент быстроходности, уменьшенный в 10 раз и округленный.
Рис. 2.5. Конструктивная схема грунтового насоса ЗГМ-1М
С 1 июля 1977 г. введен ГОСТ 9075-75 “Насосы центробежные грунтовые”, по которому должны изготовляться грунтовые насосы типов Гр и ГрУ 28 типоразмеров с подачей от 50 до 12500 м3/ч при напоре от 16 до 90 м с максимальными проходными сечениями от 35 до 400 мм.
Схема условного обозначения насоса типа ГрУТ2000/63: Гр - Грунтовый с нормальным (ГрУ - с увеличенным) проходным сечением проточного тракта; Т - тяжелое исполнение (двухкорпусное с броневкладышем); в насосах легкого (однокорпусного) исполнения эта буква отсутствует; цифры в числителе дроби - подача насоса, м3/ч, в знаменателе - напор, м; Р и К - материал деталей проточной части - резиновый и абразивный на органической связке (для других типов насоса - износостойкий металл).
У насосов типа ГрУ отвод выполнен полуспиральным с конической формой напорного патрубка, отводной канал корпуса сужен и по ширине соответствует расстоянию между дисками рабочего колеса, что уменьшает износ канала отвода.
ГОСТ 17011-87 “Насосы центробежные для абразивных гидросмесей. Общие технические требования” (дата введения 01.07.88) устанавливает перспективные требования к техническому уровню и качеству ряда центробежных насосов.
Грунтовый насос ГрУТ2000/63 имеет тяжелое (двухкорпусное) исполнение, разработан на основе модели насоса 16ГрУТ-8 и предназначен для замены насоса 12НЗУ, по сравнению с которым имеет большие подачу, напор и более износостойкие рабочие органы. Всасывающему патрубку придана конусность, его можно снять с передней крышки. Установочное и уплотнительное кольца крепят к всасывающему патрубку шпильками. Напорный патрубок расположен в верхней части корпуса и направлен под углом 90° к горизонтальной оси насоса. Задняя крышка корпуса отлита вместе со станиной (консолью).
Вал вращается в подшипниках качения. Смазка подшипников консистентная. Рабочее колесо посажено на конус вала и крепится на нем шпонкой и шпильками к упорной гайке. Рабочие колеса трехлопастные, выполняются двух типов: для гравийных грунтов - с утолщениями входных кромок лопаток у заднего диска (в зоне повышенного износа), для песчаных грунтов - с утолщениями на входных кромках лопаток.
Уплотнение рабочего колеса с всасывающей стороны выполнено в двух вариантах: с торцовым регулируемым зазором между торцом рабочего колеса и уплотнительным кольцом и с резиновым контактным уплотнением. Уплотнение вала насоса с напорной стороны также выполнено в двух вариантах: в виде сальниковой набивки и в виде набора резиновых и разрезных металлических колец. Для защиты от абразивного износа в отверстия во всасывающей крышке и в уплотнение вала вспомогательным насосом подается чистая вода в объеме 200 м3/ч при напоре 70 м. Корпус насоса и узел сальникового уплотнения не рассчитаны на последовательную работу двух насосов, установленных рядом. Насос обычно агрегируется с электродвигателями мощностью 630 и 500 кВт при диаметрах рабочих колес соответственно 1030 и 980 мм. В зависимости от условий производства работ параметры насоса могут изменяться.
Монтаж, пуск, регулирование и эксплуатация насоса производятся в соответствии с требованиями инструкции по эксплуатации и паспорта насоса.
Грунтовый насос ГрУТ4000;71 (20 ГрУТ-8М) выполнен в тяжелом двухкорпусном исполнении на базе насоса 20ГрУТ-8; его конструкция аналогична конструкции насоса 16ГрУТ-8М. Опорной частью насоса является кронштейн с валом, опирающимся на две опоры с подшипниками качения. Радиальную нагрузку воспринимают два роликовых подшипника. В задней опоре установлено два шариковых радиальных упорных подшипника: левый воспринимает постоянно действующую осевую нагрузку, правый фиксирует вал и воспринимает кратковременную нагрузку, действующую в обратном направлении при пуске и остановке насоса. Смазка подшипников жидкая из масляной ванны. Уровень масла поддерживается на расстоянии 60 мм от оси вала. Циркуляция масла происходит при выбросе его из опор в общую ванну с помощью крыльчатки.
Рабочие колеса применяются трех типов в зависимости от вида грунтов: для песчаных - трех- и четырехлопастные, для гравийных - трехлопастные. В колесах выходные кромки рабочих лопаток выполнены: для песчаных грунтов с утолщением на выходе, для гравийных с утолщениями у заднего диска в зоне повышенного износа. Уплотнение рабочего колеса со всасывающей стороны выполнено с торцовым регулируемым зазором между торцом рабочего колеса и уплотнительным кольцом, а уплотнение вала насоса с напорной стороны имеет сальниковую набивку. Корпус насоса и сальниковое уплотнение не рассчитаны на последовательную работу двух насосов, установленных рядом.
Насос агрегируется с электродвигателями мощностью 1250 или 1600 кВт с рабочими колесами диаметрами соответственно 1250 и 1360 мм, предназначен для замены эксплуатирующихся насосов 20Р-11 и 20Р-11МБ.
Для расширения области применения грунтовых насосов можно уменьшить диаметр рабочего колеса на 10-12 % (для трехлопастных) или на 12-15 % (для четырехлопастных колес).
Монтаж, пуск, регулирование и эксплуатация насоса производятся в соответствии с требованиями инструкции и паспорта насоса.
Абразивный износ рабочих деталей снижает эффективность работы земснаряда. Согласно инструкциям по эксплуатации грунтовых насосов 16ГрУТ-8М и 20ГрУТ-8М максимальный износ дисков рабочего колеса не должен превышать 30 мм.
Большое влияние на износ имеет металлическое уплотнение входа в рабочее колесо. Сотрудниками ВНИИ транспортного строительства совместно с работниками объединения “Трансгидромеханизация” предложена новая конструкция всасывающего уплотнения с элементами из полимерного материала (резины, полиуретана). Благодаря способности к самоуплотнению и возможности регулировки зазора это уплотнение позволяет поддерживать минимальный зазор между элементами пары трения, что способствует уменьшению перетока пульпы из напорной части во всасывающую. Испытания показали эффективность нового уплотнения, позволяющего снизить износ рабочего колеса, расход металла, трудовые затраты и повысить производительность земснаряда.