ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 166
Скачиваний: 7
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
В зависимости от расположения насосов относительно водосборника и уровня воды в последнем различают четыре типа зумпфовых водоотливных установок (см. рис. 6.1). Наиболее распространенными являются установки, в которых насосы располагаются около водосборника выше уровня воды в приемном зумпфе (рис. 6.1, а). Насос 4 соединен с приемным зумпфом 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.
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 при помощи гибких или шарнирно-поворотных труб.
Условия всасывания воды насосами значительно улучшаются при их расположении у водосборника ниже уровня воды в приемном зумпфе (рис. 6.1, б). Водоотливные установки с таким расположением насосов часто называют установками с заглубленными или погружными насосными станциями (ПНС). Помещение насосной станции в этом случае имеет специальную гидроизоляцию от водосборника 1 и близлежащих горных выработок.
Разновидностью предыдущего типа установок являются зумпфовые водоотливные установки с расположением насосов под водой или их погружением (рис. 6.1, 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 приемным зумпфом 1. Малые модели насосов, используемые на вспомогательных установках такого типа, имеют погружной электродвигатель, размещаемый вместе с насосом под водой в зумпфе на нагнетательном трубном ставе или на специальных подвесках (рис. 6.1, 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 такое расположение насосов становится все более редким.
В зависимости от количества насосов в последовательном соединении водоотливные установки и системы водоотлива подразделяют на одноступенчатые и многоступенчатые (рис. 6.2). В первом случае (рис. 6.2, а) откачка воды из водосборника на поверхность обеспечивается одним насосным агрегатом. При многоступенчатых установках возможно размещение насосных агрегатов в одной насосной камере (рис. 6.2, б) или их рассредоточение по трассе трубопроводов. Причем рассредоточение может быть выполнено без разрыва сплошности потока воды (рис. 6.2, в) или с ее разрывом и применением промежуточного зумпфа-водосборника (рис. 6.2, г).
Рис. 6.2. Одноступенчатая (а) и многоступенчатые (б, в и г) схемы водоотлива.
Размещение последовательно соединенных насосов в одном помещении упрощает их обслуживание. Однако большинство применяемых в настоящее время насосов имеют ограничение по давлению на входе. Рассредоточение насосов улучшает условия работы их уплотнительных узлов. Применение промежуточного водосборника связано с дополнительными капитальными затратами. Вместе с тем его отсутствие приводит к более жесткой взаимозависимости последовательно соединенных насосных агрегатов и требует более внимательного обслуживания установки с необходимым соблюдением определенного режима пуска насосов.
В зависимости от местоположения в цепи аппаратов водоотливной установки насосы и насосные станции соответственно называют головными и перекачивающими. При больших водопритоках используют параллельное и смешанное соединения насосов на головных и перекачивающих станциях водоотливных установок. При смешанном соединении в параллельную работу на общий нагнетательный трубопровод включается несколько пар последовательно соединенных насосов.
Рис. 6.3. Схемы скважинной (а) и иглофильтровой (б) водоотливных установок.
Скважинные водоотливные установки (рис. 6.3, а) применяются главным образом для предварительного понижения уровня подземных вод в горном массиве. На таких установках силовое насосное оборудование расположено непосредственно в осушаемом массиве, в котором пройдена скважина соответствующих размеров.
Сбор воды на скважинных установках перед ее откачкой на поверхность производится в водоносной толще горного массива посредством вертикальных скважин, пробуренных с поверхности. Обсадные трубы 2 скважины 1 на участке пересечения водоносного горизонта заменены специальными фильтрами 5. Вода через фильтр поступает в скважину, откуда насосом 4, смонтированным на водоподъемном трубном ставе 6, откачивается в водоотводную канаву или трубный коллектор 8, в который подается вода от группы скважин. Насос погружен в воду, и его всасывающая магистраль формируется одним лишь заборным наконечником 3, Двигатель 7 насоса располагается на поверхности, как это показано на рис. 6.3, а, или погружен в скважину вместе с насосом.
Наряду со специальным трубным ставом для подъема воды могут использоваться и обсадные трубы скважины. В последнем случае насос с двигателем и заборным наконечником подвешивается на специальном канате, а всасывающий и нагнетательный участки скважины разделяются при помощи специального гидроуплотнительного устройства.
Иглофильтровые водоотливные установки (см. рис. 6.3, б) в основном используются для предварительного водопонижения на небольших участках горных работ с ограниченной их глубиной. Основное силовое оборудование установки располагается на поверхности или в необводненной (осушенной) части горного массива, а сбор и подъем воды из скважины обеспечивается за счет разряжения, создаваемого у ее устья вакуум-насосным агрегатом. Таким образом, на иглофильтровых установках основная часть силового оборудования расположена вне осушаемого массива, а в скважину помещено только водозаборное устройство.
Вакуумная магистраль 3 (рис. 6.3, б) насосного агрегата 4 соединена с коллектором 2, к которому подключено несколько иглофильтров 7, погруженных в горный массив. Кольцевая магистраль 5 агрегата 4 замыкается через циркуляционный бак 6, обеспечивая непрерывную работу вакуум-насоса. В баке 6 происходит накопление воды и выделение воздуха, поступающего из скважины вместе с откачиваемой водой. Перелив бака откачивается насосом 7 по нагнетательному трубопроводу 8 к водоотводным сооружениям.
На водоотливных установках с глубоким погружением иглофильтров разрежение создают у забоя скважины. Для этих целей используются водоструйные насосы, получающие энергию от силовых насосных агрегатов, установленных на поверхности или в горных выработках осушенной части горного массива.
По степени мобильности основного оборудования водоотливные установки подразделяются 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 в плане и по глубине разрабатываемого массива.
Способы преобразования энергии в насосах и их классификация
Насос, являясь основным силовым элементом водоотливной установки, предназначен для преобразования подводимой к нему энергии в гидравлическую энергию движущейся жидкости. В зависимости от вида подводимой и преобразуемой энергии насосы подразделяют на: тепловые, электрические (электрогидродинамические или электромагнитные, электроискровые и магнитострикционные) и механические.
На водоотливных установках в настоящее время применяются исключительно механические насосы, в которых механическая энергия твердого, жидкого или газообразного рабочего тела преобразуется в гидравлическую энергию транспортируемой жидкости. Поскольку насосы являются преобразователями энергии, в основу классификации механических насосов полагают энергетический признак, отражающий механизм передачи энергии от рабочего тела к транспортируемой жидкости, а также характер сил, преобладающих в этом преобразовательном механизме.
В процессе преобразования энергий в насосе на жидкость и в жидкости действуют в основном три вида сил: массовые, жидкостного трения и поверхностного давления. В зависимости от вида сил, преобладающих в рабочем процессе, механические насосы подразделяются на два класса: динамические и объемные (насосы давления).
К динамическим относятся насосы, в которых транспортируемая жидкость приобретает энергию под силовым воздействием на нее в камере, постоянно сообщающейся с входным и выходным отверстиями насоса. Природой преобладающих сил в рабочем процессе динамических насосов является инерция или вязкость, а в большинстве случаев — инерция и вязкость одновременно. По виду силового воздействия на жидкую среду в этом классе насосов выделяют две группы: лопастные насосы (турбомашины) и насосы трения.
Лопастные насосы. В этой группе насосов преобразование энергии и перемещение жидкости в проточных каналах осуществляется за счет силового воздействия на нее вращающегося лопастного колеса. В зависимости от направления движения жидкости в межлопастных каналах по отношению к оси вращения лопастного рабочего колеса насосы этой группы подразделяют на три типа: центробежные (радиальные), диагональные (радиально-осевые) и осевые. К группе лопастных относят также вихревые насосы, рабочий процесс которых, как это будет подробно показано ниже, существенно отличается от упомянутых ранее трех типов лопастных.
Насосы трения. В насосах этой группы жидкая среда перемещается под преимущественным воздействием сил трения, возникающих на контакте с движущимся рабочим телом. По виду рабочего тела эти насосы подразделяются на следующие типы: дисковые, черпаковые, вибрационные, шнековые, вихревые, свободновихревые, струйные (водоструйные и газоструйные) и эрлифты (воздушные подъемники). На горных предприятиях находят применение четыре последних типа насосов трения.
Объемными называют насосы, в которых жидкая среда перемещается путем периодического изменения объема занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся с входным и выходным отверстиями насоса. В зависимости от формы движения рабочего органа этот класс насосов разделяют на две группы: возвратно-поступательные и ротационные (роторные) насосы.
Возвратно-поступательные насосы. Эта группа насосов имеет прямолинейное возвратно-поступательное движение рабочих органов независимо от характера движения ведущего звена. Для массовой подачи жидкостей и водогрунтовых смесей в условиях горных предприятий используются следующие типы возвратно-поступательных насосов: плунжерные, поршневые и диафрагменные.
В диафрагменном насосе роль вытеснителя выполняет одна из стенок рабочей камеры, изготовленная из резины. Вдавливание резиновой диафрагмы в камеру и ее вытягивание осуществляются периодически посредством толкателя с эксцентриковым приводом.
Ротационные насосы. В этой группе насосов изменение объема рабочих камер производится в процессе вращательного движения рабочего органа — ротора. Для подачи жидкостей в условиях горных предприятий используются три типа ротационных насосов: винтовые, шланговые и пластинчатые.
На водоотливных установках горных предприятий в качестве основного силового оборудования преимущественное применение получили лопастные насосы, имеющие мягкие напорные характеристики. Кроме того, лопастные насосы компактны, имеют небольшие габариты при относительно больших подачах и напорах, а также просты в эксплуатации.