Напорное оборудование

В гидравлических системах в качестве напорного оборудования для перемещения кормовых смесей и навозных масс служат центробежные, объемные и пневматические насосы (нагнетатели).

Наиболее распространены из группы центробежных насосов фекальные насосы; они выпускаются одноступенчатыми, консольными с горизонтально и вертикально расположенным валом. Чтобы насосы не забивались крупными включениями перекачиваемых сред, проточные каналы колес и отводов выполняют большого сечения. У новых марок фекальных насосов рабочие колеса исполнены с широкими меридиональными сечениями и малым числом лопаток, у насосов с коэффициентом быстроходности n_s = 60 две длинные лопатки, у насосов сn_s = 90 и 120 - три лопатки цилиндрической формы. Отводы насосов новых марок - полуспиральной формы.

На рабочее колесо 3 фекального насоса (рис. 22,а) действуют значительные радиальные силы, поэтому передней опорой его являются роликовый подшипник 8, воспринимающий радиальную нагрузку, задней опорой служит шариковый подшипник 9, на который воздействуют радиальные и осевые нагрузки. Подшипники установлены в чугунной станине (кронштейне) - опоре насоса. Они закреплены на валу гайками, которые фиксируются стопорными шайбами.

Рабочее колеоо 3 с валом 2 имеет резьбовое соединение и стопорится специальным болтом 5. С напорной стороны вал уплотняется сальником 6. Для облегчения набивки крышка сальника выполняется разъемной. Вал насоса в месте расположения уплотнения защищен от износа втулкой 7. В некоторых случаях воду к сальнику подают через специальное отверстие в корпусе. На всасывающей стороне насоса расположена кольцевая уплотнительная щель, образованная поверхностями защитных втулок колеса и крышки. Размер зазора в уплотнениях всех насосов равен не менее половины стрелы прогиба вала.

Рис. 22. Центробежные насосы: а - фекальный; б - кормовой, 1 - станина; 2 - вал; 3 - рабочее колесо; 4 - всасывающий патрубок; 5 - стопорный болт; 6 - сальник; 7 - втулка; 8, 9 - подшипники

Напорный патрубок насоса направлен вертикально вверх, но может быть повернут вправо или влево на 90°. Осмотр и очистка проточных каналов проводятся через специальный люк. Для выпуска воздуха при заполнении насоса перекачиваемой средой на корпусе установлены две пробки. К крышке люка прикреплен всасывающий патрубок 4, который также имеет люк.

Монтажная муфта на всасывающем патрубке служит для демонтажа и осмотра колеса.

В новых конструкциях фекальных насосов, например 5Ф-6, увеличена прочность вала, введена резьбовая посадка колеса на вал, в месте расположения сальникового уплотнения вал защищен втулкой, подшипники в кронштейне сажаются через стакан. Эти конструктивные усовершенствования значительно повысили долговечность фекальных насосов.

Одноступенчатые грунтовые насосы типа ГР и ГРУ выпускают одноконсольными с осевым подводом перекачиваемых сред. Предусмотрено горизонтальное и вертикальное расположение вала у всех насосов. Насосы имеют две конструкции: легкая одно- корпусная и тяжелая двухкорпусная с защитной футеровкой из износостойких материалов.

Всасывающий патрубок грунтовых насосов выполнен цилиндрическим или в виде очень пологого конуса, что исключает пробкообразование при прохождении материала через суженный участок. У большинства грунтовых насосов всасывающий патрубок отлит вместе с передней крышкой насоса, а у насосов типа ГРУ крышка выполнена съемной и крепится на шпильках. Это даёт возможность заменять изношенные патрубки.

Рабочее колесо грунтовых насосов имеет увеличенное сечение каналов для пропуска крупных включений. Через его каналы может проходить шар диаметром, равным не менее 2/3 диаметра входного отверстия рабочего колеса. В связи с этим число лопаток уменьшено до двух - четырех, а ширина рабочего колеса увеличена по сравнению с шириной колеса насосов для перекачивания воды такой же производительности. Благодаря этим особенностям рабочее колесо грунтового насоса развивает меньший напор и КПД его значительно ниже.

Детали проточной части насосов типа ГР изготовляют из износостойкого высокохромистого чугуна с содержанием 28% хрома и 2% никеля. Срок службы рабочих колес и отводов из такого чугуна в несколько раз выше, чем деталей из серого СЧ15-32. Для повышения стойкости гидроабразивному износу деталей в проточной части насосов применяют гуммирование. Гуммирование рабочих деталей насосов резиной, выполненной на основе натурального каучука, усиленной 40 частями (по весу) газовой сажи, повышает срок их службы в несколько раз по сравнению с деталями из серого чугуна.

Созданы также насосы, проточный тракт которых футерован абразивным материалом на бакелитовой смоле. В качестве абразивного материала применяют электрокорунд с зерном различной крупности. Однако такая футеровка колес закрытого типа отрицательно сказывается на гидравлических качествах насоса.

В грунтовых насосах циркуляция перекачиваемой среды из напорной во всасывающую полость приводит к интенсивному износу уплотнений и прилегающих деталей, снижению КПД и производительности в результате увеличения утечек, а также значительному возрастанию осевой силы. Существуют два способа борьбы с износом уплотняющих поверхностей: применяют уплотняющие поверхности с большой сопротивляемостью износу или подают промывочную воду для предохранения деталей уплотнения от контакта с твердыми частицами. Наиболее рационален первый способ.

Для перекачки кормовых смесей серийно выпущен насос типа ЗБМкр-7. Подача насоса составляет 15,6 л/с, напор 32,4 м вод ст. На рисунке 226 показан кормовой насос ЗБМкр-7 горизонтальный, консольный с приводом от электродвигателя мощностью 10 кВт через клиноременную передачу.

Кормовой насос отличается от других типов наличием одноканальных рабочих колес. Это связано с потребностью в относительно больших проходных сечениях, что очень важно для движения кормовых смесей. Кроме того, колеса с одной спиральной лопаткой меньше подвергаются разбалансировке при перекачивании кормовых смесей. Каналы рабочего колеса меньше засоряются твердыми включениями и легко очищаются.

Всасывающий патрубок кормового насоса - осевой, симметричный, незначительно поджимает поток кормовой смеси при входе в колесо. Патрубок не имеет разъема, наличие которого в проточном тракте резко увеличивает сопротивление движению кормовой смеси. Для очистки каналов колеса служит люк, расположенный на всасывающем патрубке.

При перекачке кормовых смесей с большим содержанием крупных включений необходимо, чтобы любое сечение отвода могло пропустить крупные частицы, прошедшие через каналы рабочего колеса. Поэтому в кормовом насосе применяют кольцевой отвод, имеющий форму тела вращения, в котором концентрически размещено рабочее колесо. Площадь поперечного сечения отвода - постоянная.

Корпус насоса состоит из двух разъемных половин, что очень удобно в эксплуатации. Можно осмотреть, очистить проточные каналы или снять с корпуса для ремонта ротор, не нарушая соединения насоса с магистральным трубопроводом. Обе половины корпуса имеют фланцы, примыкающие плоскости которых простроганы и хорошо отшлифованы. Перед сборкой на примыкающие поверхности кладут тонкую прокладку или тонкий слой мастики для уплотнения.

Ротор насоса опирается на кронштейн с горизонтальным разъемом. Передней опорой ротора (со стороны насоса) служит роликовый подшипник, воспринимающий радиальную нагрузку, а задней - радиальноупорный шарикоподшипник для восприятия осевых нагрузок. Подшипники защищены от внешней среды крышками. Внутренние полости корпуса и кронштейна изолированы мягкими сальниковыми уплотнениями. Вал насоса под сальником защищен от износа сменной втулкой. В месте выхода вала из корпуса имеется пространство между корпусом и сменной втулкой, в которое вставляют набивочные кольца из мягкого материала (пеньки, асбеста и др.) и фиксируют нажимной втулкой-винтом. При зажиме мягкая набивка благодаря эластичности и упругости плотно прижимается к валу и тем самым обеспечивает уплотнение.

При вращении вала вследствие трения на поверхности контакта выделяется тепло, которое необходима отводить, чтобы предотвратить подгорание набивки. Для уменьшения выделения тепла в сальник предусмотрена подача воды. Чтобы продлить срок службы набивки, уменьшить потери на трение, контактную поверхность вала или сменной втулки тщательно полируют, а набивку пропитывают маслом или прографичивают. Материал сменных втулок и валов должен обладать высокой твердостью, стойкостью против абразивного износа и коррозии и не образовывать задиров. В качестве набивки для кормовых насосов применяют мягкий асбест, пропитанный графитом. На срок службы набивки влияет затяжка сальника. Затяжка должна допускать небольшую капель охлаждающей воды из сальника.

Для перекачивания навозных масс, в которых всегда имеются остатки растительного корма, подстилки, используют центробежные насосы специальных конструкций, снабженные измельчающими приспособлениями. В этом случае применяют открытые рабочие колеса с лопастями специальной формы. Центробежные насосы с жестко закрепленными вращающимися ножами, установленными на валу насоса, при прохождении через них твердых предметов останавливаются или ломаются. В случае свободного вращения посторонние предметы отбрасываются ножом и навоз дополнительно перемешивается, что повышает его текучесть. В некоторых случаях для устранения или снижения кавитации на вал насоса перед рабочим колесом устанавливают во всасывающем патрубке подающий шнек. Однако установка шнека перед рабочим колесом насоса не устраняет разрыва потока, а лишь переносит его на другой участок. Кавитацию можно устранить лишь при создании необходимого подпора во всасывающей линии.

Существующие центробежные насосы конструктивно хорошо отработаны и не требуют значительных затрат труда на обслуживание. Однако широкое использование их для перекачки кормовых смесей и навозных масс сдерживается из-за большого разнообразия физико-механических свойств: наличие растительных остатков, подстилки, воздуха в навозной массе, плохая текучесть кормовых смесей пониженной влажности не позволяют достаточно эффективно использовать эти типы насосов.

Для перекачивания кормовых смесей и навозных масс применяют также насосы объемного типа: винтовые, поршневые, мембранные.

Винтовые насосы имеют специальный профиль нарезки винтов и обеспечивают полное разобщение напорной и всасывающей камер. Особенно широко распространены одновинтовые реверсивные насосы, позволяющие при образовании пробки в трубопроводе вращением винта в обратную сторону уменьшить давление и ликвидировать затор.

Конструкция одновинтового насоса показана на рисунке 23. Рабочая часть его состоит из однозаходного винта, обоймы, карданного вала и приводного вала. Обойма состоит из стальной трубы, покрытой внутри резиной. Внутренний профиль резины представляет двухзаходную винтовую поверхность. Поперечное сечение обоймы имеет форму овала.

Рис. 23 Одновинтовой насос: 1 - обойма; 2 - винт; 3 - карданный вал; 4 - приводной вал

Принцип работы одновинтового насоса следующий. При вращении вала перекачиваемая среда заполняет свободные герметически изолированные пространства между винтом и обоймой и перемещается вдоль его оси в камеру нагнетания. Замкнутые полости определяют работу насоса как насоса объемного типа, для которого характерно герметическое отделение напорной линии от линии всасывания. Но если в других объемных насосах (поршневых) такое отделение осуществляют специальными клапанами, то (в рассматриваемых насосах они отделяются благодаря особенностям геометрии и кинематики рабочих органов.

По сравнению с насосами других типов одновинтовой насос построен по принципу самозасасывания перекачиваемой среды с глубины примерно 6 м. При подаче от 20 до 60 м³/ч винтовые насосы обеспечивают напор до 6•10⁵ Па. При попадании в насос острых предметов, кусков щебня и шпагата последний выходит из строя и очистка его довольно затруднительна. Поэтому отверстие всасывающей трубы должно быть расположено примерно на высоте 50 см от дна навозохранилища или резервуара. Недостатком винтового насоса является довольно быстрый износ резины из-за абразивных включений в навозной массе. За рубежом винтовые насосы с ротором изготовляют из синтетических материалов для обеспечения коррозионной стойкости.

Поршневые насосы отличаются простотой конструкции рабочей камеры с короткими рабочими каналами без резких поворотов, сужений, расширений. Свободный проход и надежное отделение напорного трубопровода от всасывающего обеспечивают шаровые клапаны. В насосах предусмотрены люки для свободного доступа к шаровым клапанам и рабочим каналам с целью их прочистки в случае забивания. В некоторых случаях впускной и выпускной клапаны в цилиндрах делают в виде заслонок. Для уменьшения пульсации и улучшения работы насоса последний снабжается воздушным колпаком (рис. 24).

Рис.24 Схема поршневого насоса с воздушным колпаком: 1 - всасывающий трубопровод; 2 - всасывающий клапан; 3 - корпус насоса; 4 - поршень; 5 - нагнетательный клапан; 6 - воздушный клапан; 7 - напорный трубопровод

Наличие клапанов сводит к минимуму перетоки внутри насоса, поэтому производительность насоса регулируется не напором, а изменением числа оборотов кривошипа или числа двойных ходов поршней.

Поршневой насос, как и любой объемный насос, при работе развивает напор, необходимый для преодоления всех сопротивлений в напорном трубопроводе. С увеличением сопротивлений увеличивается и напор. Поршневые насосы обеспечивают напор 25•10⁵ Па. В случае образования пробок в местах поворотов или резких переходов напор возрастает до величины, при которой возможен разрыв трубопровода и поломка насоса. На напорном трубопроводе устанавливают предохранительные клапаны, которые частично перепускают перекачиваемую среду во всасывающий патрубок.

Производительность поршневого насоса зависит от влажности перекачиваемой среды. Так, при увеличении влажности кормовой смеси с 69 до 73,5% производительность его возрастает на 15%. При наличии в кормовых смесях или навозных массах длинноволокнистых включений гнезда клапанов поршневых насосов могут забиваться.

Мембранные (диафрагменные) насосы более компактны, чем поршневые, и обеспечивают достаточно равномерную подачу. Насосы дешевле в изготовлении и монтаже. Однако мембранные насосы развивают значительно меньший напор, чем поршневые, имеют более низкую производительность. Поэтому при использовании мембранных насосов для перекачки навозной массы ее следует разбавлять водой. Диаметр впускного и выпускного отверстий 100 мм, поэтому первое часто забивается растительными остатками. Измельчение их или устранение забиваний каким-либо другим способом позволит широко использовать мембранные насосы для перемещения навоза любой влажности.

Элеваторные (ковшовые) насосы применяют в основном для подачи густого навоза с подстилочной соломой и остатками грубых кормов. Принцип действия элеваторного насоса следующий. Поршень насоса вдавливается в густую массу, которая проходит через его внутреннюю полость, в начале подъема впускное отверстие закрывается шаровым клапаном, и навоз подается в магистральный трубопровод под напором 60 м вод. ст. Такие насосы не чувствительны к твердым включениям, если они по размерам не больше впускного отверстия, диаметр которого 170 мм. Производительность элеваторных насосов достаточно высока. Срок службы насосов небольшой, поэтому применяют их ограниченно.

В Швеции для вертикального подъема навоза применяют пневматические насосы (эрлифты), которые работают под действием сжатого воздуха и перемещают навозную массу вверх по вертикальной трубе, опущенной, например, в хранилище жидкого навоза. Принцип действия насоса основан на разнице удельного веса газожидкостной смеси в трубе и вне ее. Основным условием применения пневматического насоса является однородность гранулометрического состава перекачиваемой навозной массы.

Для перемещения навоза также используют подающие шнеки, которые не имеют особых преимуществ перед описанными выше насосами и также забиваются растительными остатками. Подающие шнеки применяют для погрузки навоза из жижесборников в транспортные средства. Привод шнеков от электродвигателя и BOM трактора. В системах навозоудаления применяют шнековые насосы типа НШ-50, снабженные ножевым аппаратом, предназначенным для измельчения крупных фракций в навозной массе.

Техническая характеристика шнекового насоса НШ-50

Для пневматической транспортировки кормовых смесей и навозных масс по трубам используют пневматические или камерные насосы (нагнетатели) - продувочные котлы. Оборудование пневматического нагнетателя несложно в изготовлении и эксплуатации, имеет небольшие габаритные размеры. В нагнетателе отсутствуют трущиеся узлы и детали, что обеспечивает продолжительный срок службы напорного оборудования.

Нагнетатель (продувочный котед) пневматической установки типа ПУС для подачи кормовых смесей имеет форму вертикального цилиндрического сварного сосуда с приваренными сферической верхней частью и коническим днищем. В верхней части нагнетателя расположен патрубок для заполнения внутренней полости кормовой смесью. Патрубок снабжен запорным устройством типа обратного клапана, позволяющим смеси беспрепятственно входить в камеру и герметически закрывать выход.

На нагнетателе установлена арматура трубопровода для подачи сжатого воздуха в камеру нагнетателя. Металлический резервуар установлен на специальной опорной раме с обслуживающей площадкой. К камере присоединен также трубопровод для подачи пара, которым периодически дезинфицируется продувочный котел и магистральный трубопровод. Кроме того, пар используют для подачи кормов при отключении электроэнергии. В месте перехода сферической части сосуда в цилиндрическую вварен патрубок, к которому крепят трубу для выпуска воздуха в атмосферу при заполнении продувочного котла. В центре конического днища смонтирован патрубок диаметром не менее 150 мм, к которому присоединен магистральный трубопровод. На расстоянии 0,5-0,8 м от начала магистрального трубопровода приварен штуцер для подачи воздуха. При образовании затора у выходного отверстия сжатый воздух подают через этот штуцер; кормовая смесь, образовавшая пробку, удаляется и проход освобождается.

Чтобы исключить попадание посторонних предметов в продувочный котел и магистральный трубопровод, между кормосмесителем и нагнетателем установлен отстойник, снабженный решеткой для улавливания посторонних предметов, а также люками для их удаления. Тяжелые предметы при движении кормов через отстойник оседают на дне и отводятся через нижний люк, а волокнистые - через верхний люк. В связи с тем, что люки очищают довольно часто, затворы их сконструированы быстросъемными. Крупные примеси задерживаются на вибрационной решетке, установленной под смесителем. Задержанные на решетке предметы периодически удаляют по наклонному желобу в ящики, установленные за стеной кормоцеха. Решетки получают вибрирующее движение от вала смесителя.

Продувочный котел пневматической установки УПН-15 служит для накопления навоза и подачи его в магистральный трубопровод, а по нему - в навозохранилище. Продувочный котел представляет вертикальный цилиндрический сосуд с приваренными к нему сферической крышкой и днищем. К сферической крышке котла приварен кронштейн для установки пневмоцилиндра управления клапанным механизмом загрузочной воронки. К верхней части котла болтами прикреплена загрузочная воронка, используемая для направления навоза в нагнетатель. Она же герметично закрывает горловину котла. Внутри загрузочной воронки установлены две решетки для предохранения нагнетателя от попадания в него твердых включений. Между корпусом нагнетателя и загрузочной воронкой установлено уплотнительное кольцо.

Клапанный механизм загрузочной воронки состоит из клапана, шарнирно установленного на изогнутом рычаге, укрепленном на шлицевом валу. Вал смонтирован на двух подшипниках скольжения. На другом конце шлицевого вала укреплен рычаг для привода вала клапанного механизма.

Рис. 25. Схема пневматической установки с прямоточным продувочным котлом: 1 - конвейер; 2 - лоток; 3 - решетка; 4 - разгрузочная воронка с запорным устройством; 5 - ресивер; 6 - компрессор; 7 - задвижка: 8 - навозохранилище; 9 - трубопровод; 10 - продувочный котел установки

Чтобы ускорить транспортировку кормовых смесей и навозных масс, устанавливают два нагнетателя. Для бесперегрузочного потока транспортируемых сред в нагнетатели последние заглубляют в котлован, облицованный кирпичом. В месте соединения трубопроводов (при двух нагнетателях) предусмотрен переключатель потока, позволяющий соединять продувочные котлы с магистральным трубопроводом. Когда транспортируемую среду подают из одного продувочного котла, выходное отверстие другого закрыто и он может заполняться кормом или навозом. Переключатель работает автоматически под действием давления транспортируемых по трубам сред. Для управления работой продувочных котлов служат краны, предусмотренные на трубопроводах для воздуха и пневмоцилиндра.

На рисунке 25 показана схема пневматической установки с прямоточным продувочным котлом для транспортировки навоза. Основная ее часть - приемная труба диаметром 300-500 мм, т. е. в полтора - три раза больше диаметра магистрального трубопровода. Уклон приемной трубы находится в пределах 3-10°. Приемная труба плавно соединена с магистральным трубопроводом, в начале которого размещен колодец для установки запорного устройства.

Качественная рохля гидравлическая для обработки грузов на поддонах.