 |
Современные типы поршневых насосов, выпускающиеся ведущими мировыми производителями
|
|
|
|
В настоящее время признанными мировыми лидерами в производстве поршневых насосов являются корпорации и фирмы Weir Minerals (дивизион GEHO), Putzmeister и Feluwa. Помимо насосов для перекачки шахтного шлама, вышеперечисленные производители предлагают комплексные решения по оснащению промышленных предприятий различными технологическими системами такими, как насосы для перекачки хвостов, насосы для закладки отработанных выработок, системы обезвоживания шахтных и карьерных выработок, основанные на применении высокопроизводительных поршневых клапанных насосах, бетононасосы для строительства тоннельных и шахтных галерей, оборудование для торкретирования (набрызга) бетона, а также оборудование для перемешивания и перемещения бетона.
Компания GEHO на данный момент предлагает 6 серий насосов для различных показателей шахтного шлама. Характеристики данных серий насосов приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Характеристики насосов компании GEHO
| Серия | Описание насоса | Вязкость, мПА*с | Концентрация твёрдой фазы, % | Размер частиц, мм |
| ZPR | Двухцилиндровый поршневой насос с приводом от коленчатого вала | < 8000 | < 75 | < 8 |
| TZP | Трёхцилиндровый поршневой насос с приводом от коленчатого вала | < 8000 | < 75 | < 8 |
| ZPM | Двухцилиндровый мембранно-поршневой насос с приводом от коленчатого вала | < 8000 | < 75 | < 8 |
| TZPM | Трёхцилиндровый мембранно-поршневой насос с приводом от коленчатого вала | < 8000 | < 75 | < 8 |
| DHC | Поршневой насос с гидравлическим приводом клапанного типа | < 50000 | < 80 | < 15 |
| DHT | Поршневой насос без клапанов с гидравлическим приводом | < 100000 | < 90 | < 80 |
Серия TZP - это трехцилиндровые поршневые насосы одностороннего действия с приводом от коленчатого вала. Принципиальное отличие от ZPR - рабочий ход поршня только в одну сторону. В конструкции клапанов отсутствуют сальниковые камеры. Это позволяет уменьшить число изнашиваемых частей и делает этот насос перспективным для перекачки абразивной пульпы при больших давлениях.
|
|
|
Конструкторскими отличиями от так называемых землесосов и от плунжерных насосов являются: большая длина хода поршня, меньшее число ходов поршня в минуту, используются классические типы клапанов и все узлы приводной части имеют значительно больший срок службы, даже, если скорости варьируются в широких диапазонах.
Рисунок 1 – Трёхцилиндровый поршневой насос GEHO TZP
Приводная часть в литом корпусе передает крутящий момент от внешнего понижающего редуктора поршням посредством соединенного линейно коленчатого вала из кованой стали, ползунов и соединительных тяг. Зажимное устройство и специальный инструмент обеспечивают снятие поршня и гильзы цилиндра. Для увеличения срока службы могут использоваться керамические гильзы или высокотвердые покрытия. Поршневое направляющее кольцо центрирует положение уплотнительных колец внутри гильзы. Масло, впрыскиваемое в цилиндр, снижает трение и износ. Конструкция тарельчатых клапанов позволяет производить их техническое обслуживание вместе с гидравлически освобождаемым коническими седлами.
Принципиальное отличие мембранно-поршневых насосов серий ZPM и TZPM от поршневых заключается в наличии формованной мембраны, защищающей поршень и гильзу цилиндра от скользящего контакта с абразивной средой. Мембрана имеет предварительно формованную конструкцию, которая исключает растяжение эластомера. Долгий усталостный срок службы достаточен для замены ее только при плановом годовом обслуживании. Позиция мембраны регулируется в обоих направлениях путем добавления или удаления толкающей жидкости, заполняющей пространство между поршнем и мембраной. Направляющий шток позволяет контролировать положение мембраны.
|
|
|
Рисунок 2 – Трёхцилиндровый мембранно-поршневой насос GEHOT ZPM
Рисунок 3 – Мембрана насоса GEHO ZPM
Единственными изнашиваемыми частями насоса являются всасывающий и нагнетательный тарельчатые клапаны. Для различных пульп требуются различные конструкции клапанов и соответствующая комбинация металлических и эластомерных компонентов. Они могут быть изменены в процессе работы, на основании анализа эксплуатационных затрат.
Демпфер, предварительно закачанный азотом, служит для снижения пульсаций давления потока в нагнетательном трубопроводе и вызываемых ими ускорений. Объем демпфера пропорционален размеру насоса и зависит, также, от вспомогательных и остаточных колебаний давления. Демпфер на всасывающей стороне насоса служит для повышения существующей высоты столба жидкости над всасывающим трубопроводом или для обеспечения лучшего заполнения насоса.
Поршневой насос серии DHC снабжен гидравлически управляемыми всасывающими и нагнетательными клапанами большого диаметра и хода. Насос предназначен для перекачки довольно вязких паст с размером частиц обычно не более 15 мм. Конструкция клапанов аналогична используемой в мембранных насосах, за исключением того, что тарелка клапана крепится напрямую к приводному штоку. Последовательность работы и нагрузок привода предотвращают возможность открытия клапана при нагнетательном ходе поршня. В результате, система имеет встроенную защиту от противотока, даже в случае блокирования клапана в открытом положении.
Рисунок 4 – Поршневой насос GEHO DHC клапанного типа
Поршень представляет собой металлический корпус с направляющим кольцом и заменяемым уплотнительным кольцом, которое скользит в прецизионно-обработанном цилиндре, имеющем хромовое покрытие. Направляющее кольцо предохраняет трение поршня о поверхность цилиндра, а хромовое покрытие толщиной 0,4 мм удваивает срок службы и уменьшает чувствительность к возникновению царапин и трещин. Проточная часть насосов серии DHT включает бункер с перепускным патрубком. S-образный патрубок способен поворачивается на нагнетательной стороне, в то время как впускная сторона патрубка перемещается между двумя фланцами цилиндров.
|
|
|
Рисунок 5 – Поршень насоса GEHO DHC
В конце всасывающего хода патрубок закрывает фланец цилиндра и изолирует заполненный цилиндр от всасывающего бункера. В течение следующего нагнетательного хода поршень проталкивает пульпу через патрубок в нагнетательный трубопровод. Переключение патрубка между цилиндрами происходит за долю секунды.
Рисунок 6 – Поршневой насос GEHO DHТ безклапанного типа с S-образным шибером
При перекачке паст противоток из нагнетательной области в бункер будет минимальным и, что немаловажно, пульсации давления будут минимальными в случае жесткого закрепления трубопроводной системы. Впускной конец патрубка снабжен соплом, которое скользит по несущей пластине. В случае работы с абразивными пульпами может применяться керамика для повышения износостойкости и сопротивляемости к коррозионному истиранию.
Осевая нагрузка перемещает конец патрубка к переключающей втулке, что обеспечивает автоматическую настройку положения патрубка и предотвращает преждевременную его замену в результате вымывания и износа шлицевого вала.
Рисунок 7 – S-образный патрубок поршневого насоса GEHO DHТ
Шламовый насос HSP 25.100 HP фирмы Putzmeister для перекачки сред с высоким содержанием твёрдого состоит главным образом из двух гидравлических цилиндров, двух подающих цилиндров, а также распределительной головки с тарельчатыми клапанами с гидравлическим приводом. Для привода насоса HSP 25.100 применяется электрогидравлический агрегат мощностью 315 кВт. Распределительная головка насоса имеет большие всасывающие и напорные клапаны с сечением 220 мм на каждый подающий цилиндр. Фирма Путцмайстер специально применяет такие крупные элементы в подающей системе с целью снижения скорости материала, а также минимизации износа клапанных сёдел и тарелок.
Для гарантированного обеспечения круглосуточной непрерывной работы насосного комплекса (8.760 рабочих час/год) помимо основного насоса и приводного агрегата используется один дополнительный насос и приводной агрегат, которые постоянно находятся в резерве.
|
|
|
Две насосные системы установлены рядом друг с другом и соединены с подающей магистралью через гидравлический шибер переключения магистралей DVH 4/2 с Y-образной трубой. С помощью данного шибера и электро-гидравлического привода НА 11 Е каждый из насосов может быть соединён с подающей магистралью.
Рисунок 8 – Шламовый насос HSP 25.100 HP фирмы Putzmeister
После Y-образной трубы в подающую магистраль ZX 200 встроен вертикальный гидравлический демпфер HPD 200/750 высокого давления (Рис. 8). В процессе рабочего хода поршня насоса HSP 25.100 демпфер заполняется транспортируемым материалом. Непосредственно перед окончанием рабочего хода подающего поршня включается демпфер и вытесняет набранный в себя материал в подающую магистраль во время краткого перерыва в работе поршней основного насоса, происходящей при их переключении. Благодаря этому обеспечивается непрерывный поток транспортируемого материала и минимизируются декомпрессионные удары.
Опыт производства и новейшие разработки компании Feluwa привели к созданию шланго-мембранных насосов с двойной шланговой мембраной MULTISAFE. По принципу действия это герметичные объемные насосы с двойной защитой гидравлической приводной части и окружающей среды от перекачиваемого продукта посредством двух шланговых мембран расположенных одна в другой. Плоская мембрана в данных насоах не используется. В насосах MULTISAFE применяется полная система диагностики для постоянного контроля состояния первичной и вторичной шланговых мембран (с помощью датчиков давления), обратных клапанов (система мониторинга работы клапанов FELUWA – FVPMS), всасывающего давления, а также температуры гидравлического масла и смазочного масла приводной части.
Практические испытания, проводимые компанией показывает, что перекачка абразивных материалов выводит из строя дорогостоящий корпус мембраны в течение 3-5 лет. В конструкции насосов компании Фелува отсутствует контакт среды и корпуса мембраны, следовательно нет износа. В случае порыва одной шланговой мембраны, ее роль выполняет вторая, что позволяет избежать внеплановой остановки насоса, а также сохранить чистоту гидравлического масла, которое является довольно дорогостоящим.
Рисунок 9 – Двухшланговый мембрано-поршневой насос Feluwa MULTISAFE
Шланговые мембраны насосов MULTISAFE не сдавливаются механически. Вместе с движением поршня они совершают только пульсирующие движения, сравнимые с работой человеческих вен. Эластичный изгиб шланговых мембран управляется и происходит концентрически, благодаря их специфической форме. Благодаря гидравлическому подпору шланговые мембраны подвержены небольшим нагрузкам даже при высоких рабочих давлениях. Высокие показатели средней наработки на отказ шланговых мембран, по утверждениям производителя, выше, чем у плоских мембран.
|
|
|
Одним из главных преимуществ насосов MULTISAFE является прямолинейный поток среды без изгибов через проточную часть насоса, что важно для перекачки агрессивных, абразивных и несущих твёрдые частицы жидкостей, к которым относится и шахтный шлам, и пульп, даже при высокой вязкости. В отличие от мембранных насосов, шланговые мембраны не требуют дополнительных обжимных колец, на которых осаждаются частицы шахтного шлама, что приводит к раннему выхода из строя мембраны.
|
|
|
