Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

КОНСТРУКЦИИ НАСОСОВ

В народном хозяйстве широко применяются лопастные насосы различных типов. В зависимости от рода перекачиваемой жидкости их можно разделить на две группы: общего назначения и специальные.

Насосы общего назначения применяются для перекачки чистой воды, содержащей взвешенных частиц не более 3—5 г/м3, и температурой не выше 40 °С.

Специальные насосы могут классифицироваться как по роду перекачиваемой жидкости, так и по способу установки. Имеются номенклатуры специальных насосов — нефтяных, питательных, химических, грунтовых, фекальных и т. д. К специальным насосам относятся скважинные и погружные, широко применяемые в гидротехнике для водопонижения и откачки воды из котлованов гидроузлов.

Осевые насосы — наиболее быстрохбдые из лопастных насосов. Они применяются для подачи воды с напором до 28 м и расходом от 0,07 до 40,5 м3/с. Они могут быть выполнены как пропеллерные (О), так и поворотнолопастные (ОП). Осевые насосы изготовляются в вертикальном (В) или горизонтальном (Г) исполнении. На рис. 19-24 показана конструкция осевого вертикального насоса QHB 11- 1-S5.. Рабочее колесо, состоящее из втулки 4, лопастей 2 и обтекателя 1, вращается в сферической камере 3. Выше рабочего колеса установлен неподвижный выправляющий (направляющий) аппарат 5, предназначенный для раскрутки потока за рабочим колесом. Положение вала 8 фиксируется подшипниками — нижним 6 и верхним 10. Осевая сила и вес ротора агрегата воспринимаются подшипниками электродвигателя. Соединение вала насоса с валом двигателя осуществляет фланец 11, в котором обычно располагается привод механизма разворота лопастей рабочего колеса. Механизм поворота лопастей рабочего колеса по конструкции аналогичен соответствующему механизму ПЛ турбины.


Насос имеет осевой отвод 7, переходящий в колено 9, внутри которого проходит вал насоса. Осевые насосы с коленчатым отводом широко используются, однако они имеют существенные недостатки, одним из которых является круп- ногабаритность конструкции по высоте. Высотный габарит насоса от оси рабочего колеса до соединительного фланца вала достигает (4,3—4,5) Dx, что требует строительства НС высотой примерно 18 D\¦ Наличие длинного вала и высота здания НС ограничивает предельный диаметр рабочего колеса вертикального осевого насоса, который в настоящее время равен 2,6 м. В связи с этим крупные насосные станции являются многоагрегатными, что усложняет условия эксплуатации и увеличивает капиталовложения на их строительство существенному снижению КПД на

Применение укороченного отвода с коленом на 90° позволяет незначительно снизить высотный габарит, но ведет к росту откоса.

Для устранения указанных недостатков в ЛПИ имени М. И. Калинина предложена новая компоновка с осевым отводом воды и спиральной камерой. На рис. 9-25 показана конструкция осевого насоса, состоящего из рабочего колеса 1, вращающегося в камере 2. Поток, выходящий из рабочего колеса, поступает в осевой отвод 3, в котором расположен направляющий аппарат 4, а затем в спиральную камеру 5.

Направляющий аппарат служит для согласования характеристик потока, выходящего из рабочего колеса и входящего в спиральную камеру. Применение данной конструкции позволяет снизить высотные габариты насоса на 2,9 ?>ь а здания станции на (6,9—7,0) Dx.

Осевой насос со спиральной камерой имеет короткий вал, что позволяет существенно увеличить предельный диаметр рабочего колеса. Отечественной промышленностью накоплен богатый опыт производства поворотнолопастных гидротурбин с диаметрами рабочих колес до 1 = 10,3 м, так что не должно быть принципиальных затруднений в освоении аналогичных насосов. Осевые насосы со спиральными камерами можно выполнить с осевым (рис. 9-25), диагональным или радиальным отводами, а направляющий аппарат — подвижным. Появляется возможность осуществлять осевым насосом двойное регулирование и использовать направляющий аппарат в качестве запорного органа, отказываясь в отдельных случаях от дорогостоящего сифонного водовыпуска.

Как показали исследования 9-1, применение регулируемого направляющего аппарата расширяет зону оптимальной работы насоса. Так, например, зона подачи осевого насоса (ОПС 10-25) со спиральной камерой и уровнем КПД свыше 80 % при использовании двойного регулирования увеличивается в 1,8 раза.


Для крупных НС систем регионального перераспределения стока и водоснабжения мощных АЭС ведутся разработки осевых насосов с подачей 200 м3/с и более.

При вертикальной установке весьма перспективно применение крупных осевых насосов со спиральной камерой. Первые исследования, выполненные в ЛПИ, показали 9-1, что осевой насос со спиральной камерой может обладать хорошими энергетическими свойствами.

При горизонтальном расположении гидроагрегата перспективны капсульные агрегаты с осевым насосом (см. рис. 24-16). Отечественной промышленностью освоен выпуск горизонтальных капсульных агрегатов для ГЭС с гидротурбиной диаметром D 1=7,5 м и мощностью А = 47 МВт. Возможно освоение аналогичных горизонтальных капсульных насосных агрегатов.

Диагональные насосы

Принципиальное отличие конструкции диагонального насоса от осевого заключается в диагональном расположении лопастей рабочего колеса. Диагональное расположение лопастей позволяет увеличить диаметр корпуса. Лопасти рабочих колес расположены под углом (3 к оси агрегата. Угол |3 может быть равен 30, 45, 60°. Лопасти могут иметь жесткое крепление или быть поворотными. Рабочие колеса могут быть открытыми или закрытыми. Диагональный насос с закрытым рабочим колесом по конструкции аналогичен центробежному насосу.

На рис. 9-26 изображен разрез по диагональному насосу фирмы «Сигма» (ЧССР). Рабочее колесо 1 насоса, укрепленное на валу 5, вращается в конической камере 2. Длинный вал 5 насоса крепится в нижнем подшипнике 3, установленном в направляющем (выправляющем) аппарате 4 и в верхнем подшипнике на крышке насоса. Соединение вала насоса с валом двигателя осуществляет муфта. Для удобства транспортировки и монтажа все элементы насоса смонтированы в специальном цилиндрическом корпусе 6. У диа-гональных насосов отводы выполняют осевыми, переходящими в колено 7 (рис. 9-26), или спиральными. В настоящее время диагональные насосы используются при напорах до 120 м.


Центробежные насосы

Центробежные насосы конструктивно выполняются для вертикальной или горизонтальной установки.

Вертикальные центробежные насосы обозначаются как DriB — Q/Н, где DH — диаметр напорного патрубка, мм; В — вертикальный; Q — подача, м3/с.; Н — напор, м.

На рис. 9-27 дан разрез по центробежному насосу 2000 В-16/63. Рабочее колесо 1 закреплено на- валу 2, зафиксированном в подшипнике 3 с самоустанавливающимися сегментами, залитыми бабитом. Подшипник, работающий на масляной смазке, крепится на опоре 4, являющейся крышкой насоса. Корпус 5 насоса является основанием, на котором смонтированы все узлы и элементы насоса. Он связан с закладными частями здания НС. Перекачиваемая вода поступает из рабочего колеса в спиральную камеру 6, соединяемую с напорным трубопроводом.


Горизонтальные центробежные насосы выпускаются консольной конструкции — К и двухстороннего входа — Д. На рис. 9-28 представлен чертеж консольного центробежного насоса. Рабочее колесо 1 закреплено консольно на валу 6. Вал опирается на подшипники 4, 5, которые крепятся к опорной стойке 3. Подводящий патрубок 9 присоединен к цельнолитой спиральной камере 8, которая смонтирована на опорной стойке.


Для разгрузки рабочего колеса от осевого усилия используются разгрузочные отверстия 2, в которые поступает вода. Для предотвращения поступления воздуха в зону всасывания насоса выполнено сальниковое уплотнение 7.

Для удобства монтажа и эксплуатации промышленность выпускает моноблок-насосы КМ, представляющие собой единую конструкцию консольного насоса и электродвигателя. Моноблок имеет общий вал и общие подшипники насоса и двигателя. Габариты и масса моноблоков КМ меньше, чем консольных насосов с опорной станиной и электродвигателем.

Центробежные насосы двухстороннего входа Д обладают рядом достоинств по сравнению с насосами одностороннего входа. Они имеют лучшие кавитационные качества и разгруженность вала от осевых нагрузок.

На рис. 9-29 показана конструкция центробежного насоса двухстороннего входа. Вода подводится к рабочему колесу 2 с двух сторон по спиральным подводящим каналам 1, соединенным со всасывающим патрубком. Из рабочего колеса вода подается в спиральный отвод 6 и далее в напорный трубопровод. Вал 7 насоса опирается на подшипники 3 и соединяется муфтой 4 с валом электродвигателя. Для защиты от засасывания воздуха во всасывающую полость насоса имеется сальниковое уплотнение 5.

Многоступенчатые насосы


Многоступенчатые насосы могут быть как осевыми, так и центробежными. Их особенностью является то, что на валу насоса размещается несколько рабочих колес (ступеней) и перекачиваемая жидкость проходит через каждую ступень. Подача насоса Q сохраняется одинаковой для всех ступеней, а напор нарастает от ступени к ступени. Общий напор многоступенчатого насоса Н— У Hi, где г—-число ступеней, Hi — напор, создаваемый г-й ступенью. Многоступенчатые насосы являются высокбнапорными. Имеются насосы, развивающие напор 4000 м и более. Они используются для питания парогенераторов АЭС и ТЭС, откачки воды из подземных выработок и шахт.

Крупные многоступенчатые насосы в вертикальном или горизонтальном исполнении применяются на высоконапорных ГАЭС. На рис. 9-30 показана конструкция пятиступенчатого вертикального насоса, изготовленного в ЧССР (завод «ЧКД — Бланско») для ГАЭС Белмекен (НРБ). Основные параметры насоса следующие: Q = 5,7— 6,9 м3/с, Н = 680—748 м, М=52 МВт, н = 500 об/мин.

Вода из всасывающей трубы 11 поступает на лопасти первой ступени 2 рабочего колеса, затем, проходя через выправляющие 3 и на- прашшющие 4 лопатки, попадает на лопасти второй ступени 5 рабочего колеса. Из пятой (последней) ступени рабочего колеса вода выбрасывается в спиральную камеру 10, соединенную с напорным трубопроводом 6. Вертикальный вал 7 установлен в подпятнике 1, воспринимающем вертикальное осевое усилие, и подшипнике 9. Верхний торец вала соединяется с валом двигателя с помощью специальной муфты 8, которая может разъединяться и отключать насос при работе электромашины в генераторном режиме.

Специальные насосы

Особую конструкцию имеют скважинные лопастные насосы, пред-назначенные для понижения уровня грунтовых вод и откачки котлованов при строительстве гидротехнических сооружений и гидроэнергетических установок.

Скважинные насосы изготовляют двух систем: 1 — с двигателем, расположенным на поверхности земли и трансмиссионным валом; 2 — с погружным электродвигателем, закрепленным на нижнем конце вала у дна скважины.

Скважинный насос с трансмиссионным валом (рис. 9-31, а) состоит из трех основных частей: насоса I, напорного трубопровода и проходящего внутри него трансмиссионного вала 11, электродвигателя 111, расположенного на специальной фундаментной плите. Конструкция насоса АТН (артезианский .турбинный насос) с трансмиссионным валом показана на рис. 9-31,6.

Секционная конструкция насоса позволяет изменить при монтаже нис.ло ступеней, а следовательно, напор насоса. Сложно выполнить насос с трансмиссионным валом более 100 м. У насоса с погружным элек-тродвигателем отпадает необходимость в трансмиссионном вале. В по-гружных насосных установках двигатель опускается в скважину ниже насоса. В СССР серийно выпускаются насосы с трансмиссионным валом для скважин диаметром до 600 мм, подачей до 0,35 м3/с, напором от 25 до 200 м и насосы с погружным двигателем для скважин диаметром до 400 мм, подачей до 0,28 м3/с и напором до 600 м.

Грунтовые насосы предназначены для перекачки смеси воды с грунтом, назы-ваемой пульпой. Они применяются в гидротехническом строительстве при раз.- работке котлованов, намыве плотины и дамб, дноуглублении водных путей и транспортировке сыпучих материалов.


Конструктивно грунтовые насосы выполняются До схеме центробежного кон- сольного насоса. Однако-его конструкция учитывает особенности режимов работы.

Необходимость пропуска через рабочее колесо крупных включений привела к широким межлопастным каналам и малому числу лопастей.

Проточная часть насоса подвергается интенсивному абразивному износу, поэтому она выполняется из специальных износоустойчивых сталей. В насосе предусмотрена возможность ремонта или быстрой замены изношенных элементов. Модификации грунтовых насосов различаются по условиям работы (интенсивности абразивного износа): легкие, средине, тяжелые.

В настоящее время серийно выпускаются грунтовые насосы для перекачки пульпы различной консистенции. Номенклатура грунтовых насосов приведена в ГОСТ 9075—75.

Д.С.Щавелев, Гидроэнергетические установки (гидроэлектростанции, насосные станции и гидроаккумулирующие электростанции), Л., 1981

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики