В осевых насосах регулирование параметров легко осуществляется путем изменения угла установки лопастей рабочего колеса. Кроме того, возможность повышения частоты вращения позволяет создавать компактные облегченные насосы. Осевые насосы можно соединять с легкими и более многооборотными двигателями без применения сложных промежуточных передач. Все это обеспечивает возможность встраивать осевую установку во всасывающий трубопровод землесосного снаряда в качестве погружной бустерной.

Частота вращения грунтовых насосов центробежного типа, применяющихся на земляных работах в строительстве, колеблется от 300 до 750 мин-1 (наиболее распространенная частота вращения 500 мин.). Низкие частоты относятся, как правило, к насосам большой мощности.

При требующихся для погружных бустерных установок параметрах разработка конструкций насоса центробежного типа со стандартной быстроходностью грунтовых насосов (с коэффициентом быстроходности /г8=100) приводит к низкооборотным насосам, обладающим большой массой, значительными габаритными размерами и необходимостью применения приводов с низкой частотой вращения.

Рис. 1.7. Принципиальная схема трехкамерного питателя шлюзового типа

На показателях работы осевого насоса сказывается величина радиального зазора между периферийной кромкой лопастей и колесной камерой, который в процессе эксплуатации разрабатывается, при этом непрерывно уменьшаются производительность и напор (рис. 1.9).

Требуемая всасывающая способность осевого насоса может обеспечиваться на земснарядах за счет подпора, создаваемого заглублением насоса, когда он применяется в качестве погружного бустерного.

В Среднеазиатском научно-исследовательском институте водных проблем и ирригации (САНИИРИ) в 50-х годах была проведена опытно-промышленная проработка применения таких насосов для очистки Амударьинских магистральных каналов от песчаных наносов.

Одним из главных факторов, ограничивающих использование осевых насосов для работы на гидросмеси, является их интенсивный износ. При осевой схеме насоса задача создания износоустойчивой конструкции усложняется, во-первых, необходимостью размещения одной из опор вала внутри корпуса насоса, во-вторых, влиянием радиального зазора между лопастями рабочего колеса и колесной камерой.

По материалам международной конференции по землечерпательным работам японской фирмой «Эбара Мануфактуринг» изготовлен погружной грунтовый

Рис. 1.8. Сравнение характеристических кривых землесосов
1 — центробежный землесос; 2 — осевой землесос насос осевого типа на подачу 10000 м3/ч с частотой вращения 320 мин-1. Этот насос (рис. 1.10) работает на земснаряде (То-kai Maru) последовательно с трюмным грунтовым насосом в качестве бустерного насоса.

Следует отметить, что область использования грунтовых насосов осевого типа ограничивается низкими величинами напора и всасывающей способности. Однако при использовании на земснаряде осевого насоса в качестве погружного бустерного всасывающая способность не является лимитирующим фактором. Задача повышения напора осевого грунтового насоса более сложная. Меры по повышению напора такого насоса, применяемые к центробежным насосам, не могут быть осуществлены из-за снижения всасывающей способности и уменьшения проходных сечений в рабочем колесе. Поэтому для повышения напора высокопроизводительных насосов приходится переходить к полуосевому (диагональному) типу колеса.

Гидротранспортные установки осевого типа не получили широкого распространения в результате cледующих недостатков: наличия направляющего аппарата с неподвижными лопатками, разделяющими проходное сечение на отдельные полости (являются удобным местом для застревания всевозможных негабаритных и растительных включений, камней и т. п., содержащихся в забое); быстро увеличивающегося при работе на гидросмеси радиального зазора между рабочим колесом и корпусом (в осевых насосах влияние этого зазора очень сильно сказывается на их работоспособности).

Рис. 1.9. Зависимость подачи и КПД осевого землесоса от величины радиального зазора

Рис. 1.10. Осевой грунтовый насос фирмы «Эбара Мануфакту-ринг К°» (Япония)
1 — рабочее колесо; 2 — подвод смазки к подшипникам; 3 — подвод воды для уплотнения зазоров; 4 — электрокабель к встроенному в насос электродвигателю

Промтрансниипроектом был предложен и разработан осевой грунтовый насос, в котором надежность работы может обеспечиваться следующим путем. В нем отсутствует лопаточный направляющий аппарат; для отвода потока и преобразования в давление скоростного напора, поступающего от колеса, применен полуспирального типа отвод-диффузор, имеющий свободный проточный канал с плавным нарастанием площадей сечений; это обеспечивает соответствующее нарастание давления с раскруткой потока в канале полуспиральной формы.

Отметим, что в мировой практике насосостроения известны горизонтальные осевые насосы со спиральным корпусом-отводом. Однако при спиральном отводе режим максимального КПД смещается к более низким (примерно на 10%) подачам. Другая особенность нового осевого землесоса касается устройства регулировки радиального зазора в целях стабилизации параметров.

Для обеспечения стабильной работы осевого землесоса разработано устройство принципиально нового типа.

Устройство состоит из насоса высокого давления и трубопровода, подключенного к валу рабочего колеса землесоса.

Рис. 1.11. Схема устройства для стабилизации параметров осевого зем-ленасоса

Вал имеет канал или встроенную трубу для подвода воды к плоскости (А) во втулке колеса. От этой полости отходят каналы (В) к трапецеидальным щелям (С) в перифериинои части (D) лопастей, снабженных пластинчатыми переходами по средней линии профиля лопасти, вращающейся в рабочей камере. Работает устройство следующим образом. При подаче в лопасти воды под давлением выходящая из щели плоская струя за счет действия центробежной силы создает своего рода водную манжету между периферийной кромкой и рабочей камерой, которая препятствует поступлению в это пространство абразивных частиц и разработке радиального зазора.

Поскольку абразивная жидкость не контактирует с поверхностью колесной камеры и, кроме того, устраняется вредное взаимодействие лопаточного пограничного слоя с пограничным слоем камеры, величина радиального зазора изменяется мало, таким образом стабилизируется режим работы землесоса.

Как указывалось, быстрое увеличение радиального зазора и связанные с ним ухудшения режима работы осевого землесоса— уменьшение давления и КПД — являются главными факторами, ограничивающими использование осевого землесоса для гидротранспорта сыпучих материалов. Стабилизация работы осевых землесосов создает возможность их применения в низконапорных гидротранспортных системах вместо тихоходных и тяжелых землесосов центробежного типа. Промтрансниипроек-том на основе описанных выше новых технических решений проведена проработка конструкции погружной гидротранспортной установки, состоящей из осевого землесоса, гидромотора и грунтоприемника.

Принципиальная схема этого устройства показана выше. Конструктивное выполнение его видно на представленном чертеже. Вода для уплотнения зазора подается к лопастям 2 через каналы, проходящие вдоль оси шейки вала насоса и в ступице колеса. К валу вода подводится через корпус 9. Для этого перед рабочей камерой и колесом (со стороны всасывания) встроен на фланцах цилиндрический патрубок, в центре которого на двух ребрах помещен полусферический обтекатель 3, закрывающий втулку колеса 4. Обтекатель обеспечивает совершенную гидравлическую форму для входа потока в насос. В центре обтекателя имеется посадочное гнездо под шейку вала насоса 5. К этому месту вода проходит по каналу в одном из ребер 6. Уплотнение отверстий для вала производится двумя противоположно поставленными стандартными резиновыми манжетами 7. Параметры насоса выбраны из расчета привода его гидромоторами 8 мощностью 65 кВт и 130 кВт при частоте вращения 1000 мин-1. Расчетные технические параметры установки’ напор 8 м, подача 2000 м3/ч при частоте вращения 1000 мин-1 соответствуют вакуумметрической высоте всасывания Н£°п , равной 3 м, и работе в забоях, расположенных на глубине до 25 м.

Рис. 1.12. Конструкция погружной гидротранспортной установки с землесосом осевого типа