Забойные насосы с турбинным приводом Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ИЗВЕСТИЯ

¡ ОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Гоьг 113 1960

ЗАБОЙНЫЕ НАСОСЫ С ТУРБИННЫМ ПРИВОДОМ

В. М. ВОРОНЧИХИН (Представлено научным семинаром кафедры горной механики)

Проектным институтом ЦНИИподземшахтострой разработаны запойные насосы Н-1м и БН-15Х4 с турбинным приводом.

Турбонасос Н-1м предназначен для откачки воды из забоя непосредственно в водосборник при проходке вертикальных стволов шахт с водопритоком до 20—25 ж3/час, второй турбонасос БН-15Х4 для бадьевого водоотлива с водопритоком до 8—10 м3; час. Турбонасосы могут быть использованы для местного водоотлива при проведении горизонтальных выработок, при рытье канав, котлованов я других земляных работах. Конструкция насосов допускает их нормальную работу как при полном погружении в воду, так и при погружении только сетки всасывания, а малый вес и габариты создают возможность удобной переноски их в любое место выработки.

Кафедрой горной механики Томского политехнического института проведены испытания опытных образцов этих насосов на специальном стенде, смонтированном в лаборатории рудничного водоотлива. При испытании турбонасос помещался в водослив с постоянным уровнем воды 0,75—высоты корпуса насоса. Производительность насоса определялась наполнением и последующим взвешиванием бака емкостью 0,1 м3 с отсчетом времени по секундомеру. Полный напор, создаваемый турбонасосом, определялся суммированием показаний манометра со скоростным напором и вертикальным расстоянием от уровня воды в водосливе до места установки манометра. Обороты вала турбонасоса измерялись вибротахометром. Расход сжатого воздуха турбодвигателем измерялся с помощью диафрагмы и дифференциального манометра, установленными в соответствии с правилами № 169. Температура и давление воздуха перед двигателем измерялись термометром и пружинным манометром. Стабилизация температурного режима турбодвигателя достигалась предварительной работой его не менее 30 мин. при постоянном рабочем давлении и только после этого без остановки проводилось испытание турбонасоса.

При испытании устанавливалось 7—9 режимов работы и при каждом брались отсчеты по проверенным приборам.

Характеристики турбонасосов приводились к нормальным условиям опыта:

температуре сжатого и атмосферного воздуха . . . 20°С,

атмосферному давлению............- 760 мм рт. ст.

удельному весу атмосферного воздуха......1,2 кг\м\

Результаты испытания т\ рбонасосои при давлениях сжато 1'о ьо.< чуха 3,4 и 5 ати приведены на характеристиках (рис. 1 и 2)> кото

рые не совпадают с паспорт ными данными (табл. П

Из характеристик турбонасосов и табл. 1 видно, что паспортная производительность и напор турбонасосов могут быть получены только при рабочем давлении воздуха 5 аши, при угом расход воздуха турбонасоса 11-1 м будет состав-л ять 7,08 я*! мин, а Ь Н 15X4 -1,85 л*/мин.

'Га кнм о б ра зом, п ол у ч еи -ный расход воздуха вы им паспортного у турбонасоса Н-1м на 12°0, а у турбо насоса БН-15Х4 - на 85% Следствием этого являете*; низкин к.п.д., особенно турбонасоса БН-15Х4.

Второй недостаток тур-бонасосов состоит в том ^ что они могут работать толь ко под нагрузкой. В случае отсутствий воды („холостая" работа) ту рбопривод резко повышает скоросп вращения, наступает „раз нос" с последующим выходом из строя иодшиини ков и турбины насоса. В связи с этим недостатком „холостая" работа насосов недопустима.

! (> Л И Ц ,1 I

S 'О /5 20 25 JO Про из вод итеуЪнос/т/с, /ч у»

Рис. 1. Характеристика турбонасоса i i-1м ] - при давлении 5 ати и расходе воздуха '7,08 мин. 2—при давлении 4 ати и расходе ноздуха 5,87 3—при давлении 3 ати

и расходе ¿воздуха 4,6-5 л^'мик.

1 1 Турбонасос Н 1м Т\роонасос ЫМГ>Х4

1 Наименование показателей ! i но паспорту ! t i j к денстаи- | 1 тельногш j j I 71 о лаг- i порту ! г; уелнузи тельнооти

Производительность, м'л час : -Jo 1 L* i г,

Напор, м иод. ст. • Ш ■i •5, г >

| Скорость вращения нала, об мин ; 6Ш ■то ' >. л Ч > 1)501}

Рабочее л а ил. воздуха, ати 1 4,5 •4,5 О.О М> Í . 1)

Расход воздуха, м'улшн fi.O (>, Л t , о 1 г,

Адиабатический к. п. д. агрегата. % К),г* } ,

7 А

Низкий к. п. д. турбонасосов может быть за счет несовершенст на конструкции турбодвигателя или насоса или того и другого.

Для определения путей повышения экономичности необходимо провести испытания турбодвигателя и разделить к, и. д. агрегата на к.п.д. турбодвигателя и насоса.

Ликвидировать второй недостаток, т. е. ограничить скорость вра щения турбопривода при „холостой" работе насоса можно:

1) нагрузочным вентилятором :

2) центробежно -грузо■ и ы м р е г у л я т о р о м;

3) гидравлическим регулятором.

Из теории турбомапшн известно, что мощность вентиля гора возрастает п р я мо пpono рцио налы; о кубу числа оборотов вала, поэтому нагрузочиыи в е н т и л ят о р б у д е т з а б и -рать малую мощность при нормальной работе турбонасоса и полностью при „ х о л о с т о i!u р а бот е. Максимально в о з м о ж н а я скорость вра щей и я при „холостой" работе определяется прочностью подшипников и турбины насоса, следовательно, необходимо увязать параметры нагрузочного вентилятора со скоростью в ра гце ним при но р м ал ь -ной и „ х о л ос то йu р а б о -те. Параметры нагрузоч-ного вентилятора могут быть определены río аналогии с расчетом муленеток с учетом специфических боты нагрузочного вентилятора в замкнутом объеме.

Преимущество этого способа ограничения скорости вращения заключается в простоте устройства и отсутствии каких-либо передаточных механизмов, так как лопатки нагрузочного вентилятора pat -полагаются непосредственно на диске турбодвигателя.

Однако при данном способе регулирования и увеличении при „хо лостом" ходе числа оборотов в два раза неизбежно уменьшается экономичность турбонасосов, так как нагрузочный вентилятор при нор мальной работе насоса будет забирать 12 --15% паспортной мощности турбопривода.

В центробежно-тормозном регуляторе скорость вращения при переходе насоса на „холостую" работу ограничивается за счет трения колодок о тормозной диск.

Этот вид регулирования экономичнее первого способа. Но цент робежно-тормозной регулятор имеет вращэюч?.иеся части и, кроме того.

?. 4 б 8 Ю ¡k í¿

/?¿>0U30.cd(S;rr>p/>t>.v0CST>6, А; У'/y-:

Рис. 2. Характеристика турбонасоса ;>Н- iо>.4 í — при давлении 5 ama и расходе воздуха 1,85м'^'мин. 2 при давлении 4 агпи и расходе воздуха 1,56 мъ]миы. 3 -при давлении 3 anuí и расходе воздуха 1,21 м'-\мик>

условий ра

при износе трущихся поверхностей регулятор может не срабатывать

Нами для ограничения скорости вращения предлагается гидравлический регулятор. Принцип действия гидравлического регулятора скорости (рис.3) состоит в следующем.

При нормальной работе турбонасоса вода из напорного трубопровода поступает в верхнюю часть корпуса 1 регулятора и, преодолевая сопротивление пружины 2, отжимает диафрагму 3 в нижнее положение. При этом золотник 4 открывает впускное отверстие регулятора на полное сечение.

При переходе турбонасоса на „холостую" работу давление на чиафрагму окажется почти равным атмосферному. Ввиду этого пружина отожмет диафрагму в верхнее положение и золотник перекроет чиускиое отверстие регулятора.

Работа турбонасосов с гидравлическим регулятором скорости может сыть автоматической. Для этого необходимо, чтобы золотник перекрывал впускное отверстие неполностью. При этом турбина и рабочее колесо насоса будут вращаться со скоростью, несколько большей нормальной. Как только появится вода, турбонасос вначале снизит скорость вращения за счет нагрузки насоса, а затем постепенно повышающимся давлением воды на диафрагму золотник откроет впускное отверстие, и турбонасос перейдет на нормальный режим работы Настройка регулятора производится регулировочными винтами 5 и 6. Из сопоставления различных способов регулирования скорости иращения турбопривода насосов очевидно, что последний способ является простым, экономичным и не требующим постоянного контроля ул работой насоса.

с

Рис. о. Гидравлический регулятор скорости