Определение основных размеров грунтового насоса

Грунтовыми насосами называют центробежные насосы, предназначенные для перекачивания гидросмеси. Они снабжены рабочими колесами закрытого типа. На рис. 3 представлена схема грунтового насоса закрытого типа. Насос состоит из корпуса и рабочего колеса. Корпус насоса имеет улиткообразную часть, создающую отливной канал, и две крышки: переднюю со всасывающим приемным патрубком и заднюю с отверстием для вала, на который посажено рабочее колесо. По отливному каналу гидросмесь направляется к напорному патрубку и далее в напорный грунтопровод. Напорный патрубок выполнен в виде диффузора для преобразования кинетической энергии в энергию давления. Из-за сильного износа внутренних поверхностей корпуса на внутренних сторонах крышек и улиткообразной части крепятся сменные защитные облицовки из износостойких сплавов.

Рабочее колесо насоса представляет собой стальную отливку, имеющую ступицу, два диска и рабочие лопасти. Лопасти колеса расположены между дисками.

В переднем диске имеется отверстие, перед которым находится патрубок всасывающего трубопровода. Задний диск имеет ступицу, в которую входит вал насоса, вращаемый двигателем. Между неподвижной горловиной корпуса насоса и вращающейся в ней ступицей предусматривается сальниковое уплотнение, исключающее появление протечки.

Сальниковое уплотнение ступицы рабочего колеса находится под давлением гидросмеси, стремящейся приникнуть в центральную часть насоса. Для защиты уплотнения к нему промывочным насосом по трубке подают воду под давлением, превышающим напор, развиваемый грунтовым насосом.

Гидросмесь входит в корпус насоса в осевом направлении через корпусную часть всасывающего трубопровода, присоединенного к передней крышке корпуса насоса. Далее смесь проходит в межлопаточные пространства и под действием центробежной силы, возникающей при вращении, начинает двигаться вдоль лопастей от центра колеса к его периферии, и поступает в отливной канал. По отливному каналу гидросмесь направляется к напорному патрубку и далее в напорный трубопровод.

Основными геометрическими размерами рабочего колеса являются: внутренний диаметр D₁ (диаметр входного отверстия в переднем диске), внешний диаметр D₂ (диаметр диска), ширина b лопастей (расстояние между дисками), расстояние между лопастями по дуге окружности входного отверстия. Кроме этих параметров определяют число лопастей Z рабочего колеса и частоту вращения n_K рабочего колеса.

Число лопастей рабочего колеса определяют по эмпирическому соотношению с округлением результата до ближайшего целого числа.

(22)

Частоту вращения n_K (об/мин) рабочего колеса определяют, исходя из опыта эксплуатации существующих землесосов. Ее принимают у землесосов производительностью до 250 м³/ч равной 500 об/мин, а у землесосов производительностью от 350 до 2500 м³/ч – 350 об/мин.

Диаметр D₁ входного отверстия обычно принимается равным диаметру D_ВС всасывающего грунтопровода или на 5-10% больше с учетом стеснения пространства входа выступающей частью ступицы рабочего колеса.

Расстояние а между лопастями по дуге окружности входного отверстия определяется по выражению

(23)

где: – коэффициент, характеризующий стеснение входа толщинам d₁ лопастей (K₁ =0,85 при Z =3-4 и K₁ =0,80 при Z =5).

Ширина b лопастей (расстояние между дисками) принимается по условию проходимости камней округлой формы такой же, как расстояние между лопастями, т.е.

(24)

Для определения внешнего диаметра D₂ рабочего колеса используется экспериментально установленная связь между отношением и коэффициентом быстроходности n_S.

Коэффициент быстроходности n_S является важной характеристикой насоса и вычисляется по формуле

(25)

где: Q_K – расход смеси в рабочем колесе (м³/с).

Расход Q_K (м³/с) смеси, пропускаемый рабочим колесом насоса, определяется формулой

(26)

где: h₀ = 0.92÷0.97 – объемный к.п.д. насоса.

Расход смеси в рабочем колесе больше подачи насоса из-за возможного поступления в центральную часть колеса смеси через зазор между передним диском и передней крышкой корпуса.

Экспериментально установленная связь между отношением и коэффициентом быстроходности, при которых обеспечивается наилучший к.п.д. насоса приведена в табл. 1.

Таблица 1

Зависимость

	50-80	80-110	110-140
	3,2-2,8	2,8-2,4	2,4-2,0

Внешний диаметр D₂ рабочего колеса определяется следующим образом. По формуле (25) вычисляется значение коэффициента быстроходности n_S и по табл. 1 выбирается отношение . По ранее установленному диаметру D₁ находят значение диаметра D₂=D₁× .