Шламовий відцентровий насос

Відцентровий шламовий насос для перекачування абразивних пульп і гідросумішей

Задача перекачування гідросумішей та абразивних пульп

Пульпа поводиться не так, як вода. Суміш води з піском, хвостами збагачення або окалиною містить від 10 до 50 % твердого за масою, а частинки кварцу за твердістю перевершують більшість конструкційних сталей. Проточна частина звичайного водяного насоса на такому середовищі зношується за лічені тижні: спочатку збільшуються зазори, потім падає напір, після чого ремонт коштує дорожче за сам насос. Для гідротранспорту абразивних середовищ випускаються відцентрові шламові насоси — обладнання, в якому геометрія проточної частини, матеріали та частота обертання підпорядковані одній задачі: сповільнити знос. За рахунок чого це досягається, видно вже на рівні принципу роботи.

Принцип роботи відцентрового шламового насоса

За гідравлічною схемою відцентровий шламовий насос не відрізняється від звичайного відцентрового: робоче колесо передає рідині кінетичну енергію, спіральний корпус перетворює швидкість на тиск. Відмінності починаються там, де закінчується вода. Міжлопатеві канали виконуються широкими, кількість лопатей зменшена до трьох-п’яти — крупна частинка має пройти через колесо, не застрягаючи. Швидкість ободу колеса обмежується: інтенсивність гідроабразивного зносу зростає у третьому-четвертому степені від швидкості руху частинок, і подвоєння обертів прискорює знос проточної частини у вісім і більше разів. Тому шламовий насос за однакової подачі завжди більший і повільніший за водяний, а напір одного ступеня рідко перевищує 60 м. Плата за зносостійкість — габарити, маса та нижчий ККД. Ця сама логіка визначає і конструкцію.

Конструкція корпусу, футерівки та вузла ущільнення валу

Основна конструктивна ознака шламових відцентрових насосів — змінні зношувані елементи. Корпус виконується двостінним: зовнішня несуча частина сприймає тиск, внутрішня футерівка приймає на себе знос. Футерівка складається із захисних дисків з боку всмоктування і привода та вставки спірального відводу; зношені елементи замінюються без зняття насоса з фундаменту. Вал обертається в окремій підшипниковій опорі з механізмом осьового зміщення ротора — ним відновлюють зазор між колесом і переднім диском у міру зносу.

Окремий вузол — ущільнення валу. Сальникова набивка з підведенням затворної води залишається найпоширенішим рішенням: чиста вода подається в камеру ущільнення під тиском на 0,3–1 бар вищим за тиск нагнітання і не пускає абразив до валу. Там, де затворної води немає, застосовують динамічне ущільнення — експелер, допоміжне колесо, що відкидає пульпу від валу під час обертання. Торцеві ущільнення для шламу виконуються з твердосплавними парами тертя і коштують помітно дорожче, тому їх ставлять там, де розбавлення продукту затворною водою неприпустиме. Ресурс будь-якого з цих вузлів упирається в матеріали, що контактують з пульпою.

Матеріали проточної частини

Ресурс проточної частини визначається парою «матеріал — характер абразиву». Для крупних і гострих частинок застосовується високохромистий чавун із вмістом хрому 25–30 %: карбіди хрому в його структурі дають твердість до 600–650 HB, такий метал тримає і ударний, і ковзний знос. Еластомерні футерівки працюють інакше — частинка пружно відскакує від поверхні, не зрізаючи матеріал. Гума виграє на дрібних обкатаних частинках розміром до 5 мм, але гострі кромки, випадковий металевий предмет після дробарки або температура вище 65–70 °C руйнують її швидко. Поліуретан посідає проміжне місце і краще за гуму переносить ковзний абразив.

Універсального матеріалу не існує. Вибір роблять за гранулометричним складом, формою частинок, температурою та хімією рідкої фази; помилка на цьому етапі скорочує ресурс футерівки в рази. Для змішаного твердого трапляються комбіновані виконання — металеве колесо в еластомерному корпусі. Набір матеріалів визначає і коло задач, де шламове виконання виправдане.

Сфери застосування

Основна сфера — збагачувальні фабрики: гідротранспорт хвостів, живлення гідроциклонів, перекачування концентратів і промпродуктів. На вуглезбагаченні відцентрові шламові насоси перекачують вугільний шлам і породну пульпу, на металургійних комбінатах — стоки прокатних цехів з окалиною, на ТЕС — золошлакові суміші систем гідрозоловидалення. Окрема група задач — намив піску, земснаряди та кар’єри, де насос добами працює на піщано-гравійній суміші. На очисних спорудах шламове виконання ставлять на лінії піскоуловлювачів і мінералізованих осадів, де звичайні каналізаційні насоси швидко втрачають робоче колесо. Що вища концентрація і крупність твердого, то сильніше фактичні характеристики відхиляються від каталожних — і це головне, що треба враховувати при підборі.

Обмеження і типові відмови

Каталожні характеристики насоса зняті на чистій воді. На пульпі напір і ККД знижуються, а споживана потужність зростає: тверді частинки не передають тиск і проковзують відносно рідини під час розгону в колесі. Що вища концентрація і крупніші частинки, то більша поправка — робочу точку перераховують з урахуванням густини і гранулометрії, інакше відцентровий шламовий насос не вийде на розрахункову подачу.

Знос зазорів. У міру зносу переднього диска і колеса зростають перетікання з нагнітання на всмоктування. Подача падає при зовні справному насосі. Лікується регулюванням осьового положення ротора — але лише доки не вичерпано конструктивний запас.

Руйнування ущільнення. Падіння тиску затворної води нижче тиску нагнітання впускає пульпу в камеру сальника: набивка і захисна втулка валу зношуються за години. Робота набивки зовсім без води спалює її за хвилини.

Кавітація в зумпфі. Недостатнє занурення всмоктувального патрубка утворює лійку з підсмоктуванням повітря, колесо отримує кавітаційні руйнування на додачу до абразивних.

Більшість цих відмов попереджається регламентом обслуговування.

Сервіс і регулювання

Обслуговування зводиться до контролю трьох речей: зазорів, ущільнення і футерівки. Осьовий зазор колеса перевіряють і підтягують регулярно — на абразивних пульпах інтервал вимірюється тижнями. Тиск і витрату затворної води контролюють постійно, бо ущільнення першим страждає від збоїв у її подачі. Футерівку і колесо оглядають при кожній зупинці: наскрізний знос захисного диска виводить з ладу несучий корпус, і планова заміна витратної деталі перетворюється на позаплановий ремонт усього насоса. Швидкість зносу на конкретній пульпі передбачувана, тому шламові відцентрові насоси обслуговують за графіком, складеним під реальне середовище, а не за універсальними інтервалами з інструкції.

Купити відцентровий шламовий насос в Україні

Підбір шламового насоса починається не з каталогу, а з даних про пульпу: концентрація і густина твердого, гранулометричний склад, форма частинок, pH і температура. ТОВ «ІНЖИНІРИНГОВІ СИСТЕМИ» виконує такий підбір з перерахунком водяних характеристик на реальне середовище, добирає матеріал проточної частини під конкретний абразив і пропрацьовує схему підведення затворної води. Перед тим як купити відцентровий шламовий насос, замовник отримує розрахунок робочої точки і прогноз ресурсу зношуваних частин.

Друга складова — зношувані частини. Футерівки, робочі колеса і захисні втулки належать до витратних позицій, і тривалість простою при заміні визначається наявністю їх на складі, а не швидкістю роботи механіків. Постачання супроводжується запчастинами, технічною документацією і шефмонтажем; купити насос можна в металевому або еластомерному виконанні під конкретну задачу — від живлення гідроциклона до гідрозоловидалення.

Часті запитання

Який знос робочого колеса вважається допустимим і коли його міняти?

Критерій — не зовнішній вигляд, а параметри: падіння напору і подачі нижче технологічного мінімуму та зростання вібрації через дисбаланс зношеного колеса. На практиці колесо міняють, коли регулювання осьового зазору вже не відновлює характеристику. Чекати наскрізного зносу не можна — руйнування лопаті на робочих обертах пошкоджує футерівку і вал.

Навіщо потрібна затворна вода і чи можна обійтися без неї?

Затворна вода подається в камеру сальникового ущільнення під тиском вищим за тиск нагнітання і відсікає абразив від набивки та валу; без неї набивка працює по пульпі і зношується за години. Обійтися без затворної води можна двома способами: динамічним ущільненням-експелером, яке тримає пульпу лише при обертанні валу, або торцевим ущільненням з твердосплавними парами — воно дорожче, але не розбавляє продукт.

Що вибрати для шламу — торцеве ущільнення чи сальникову набивку?

Набивка із затворною водою дешевша і міняється на місці силами механіка, тому в гірничо-збагачувальній практиці вона залишається основним рішенням. Торцеве ущільнення вибирають, коли розбавлення продукту водою неприпустиме або коли затворної води на майданчику немає. Для абразивних середовищ потрібні виконання з парами тертя з карбіду кремнію — звичайне водяне торцеве ущільнення на пульпі живе недовго.

Чому ущільнення тече лише на зупиненому насосі?

Так поводиться динамічне ущільнення: експелер відкидає пульпу від валу лише при обертанні, на стоянці герметичність тримає тільки стоянкове ущільнення, і його знос проявляється течею саме на зупинках. У торцевих ущільнень течу на стоянці дають частинки і кристали, що осіли на пари тертя, — при пуску вони частково вимиваються. В обох випадках це ознака зносу вузла, а не нормальний режим.

Чи потрібно балансувати робоче колесо після заміни?

Литі колеса шламових насосів балансуються виробником, і при встановленні оригінальної деталі повторне балансування зазвичай не потрібне. Перевірка потрібна після наплавлення, механічної обробки або встановлення колеса стороннього виробництва: масивне литво при дисбалансі дає вібрацію, яка швидко руйнує підшипники. Якщо після заміни колеса вібрація зросла — балансують ротор разом з валом.

Чи можна регулювати шламовий насос частотним перетворювачем?

Можна, і для шламу це доцільніший спосіб регулювання: дроселювати абразивний потік засувкою на нагнітанні не можна, вона зношується. Але оберти мають ціну — зростання швидкості на 20 % збільшує споживану потужність приблизно на 73 %, а знос проточної частини в рази. Частоту знижують до мінімуму, за якого швидкість потоку в трубопроводі залишається вищою за критичну швидкість замулення, інакше тверде осяде в лінії.