В Польской Народной Республике серийно изготовляется 67 марок глубинных насосов производительностью от 2,4 до 70 м3/ч и предельным напором 165 м вод. ст.

В Социалистической Республике Румынии организовано серийное изготовление четырех марок глубинных насосов производительностью 6—12 м31ч и предельным напором 77 м.

В Народной Республике Болгарии изготовляется серийно 10 марок глубинных насосов производительностью от 6,5 до 600 м3/ч предельным напором 118 м.

Большое число фирм занимаются изготовлением глубинных насосов с погружными электродвигателями в ФРГ, Англии, США, Франции и других странах. Ряд фирм специализируется также на изготовлении высоконапорных (до 500 м) насосов с погружными электродвигателями. Почти все насосы для малых и средних напоров (до 170—200 м) мокрого типа, в различной компоновке повторяют конструктивные узлы, примененные также в описанных ранее насосах.

Большой интерес представляют так называемые грязевые насосы погружного типа, конструирование которых в Советском Союзе находится в опытной стадии, а также высоконапорные глубинные насосы, требующие дальнейшего усовершенствования в направлении повышения эксплуатационной надежности.

Рис. 73. Насос типа U, изготовляемый в ГДР:
а — насосный узел; б — электродвигатель

Грязевые насосы. В последние годы на международных выставках строительного, дорожного или горного оборудования зарубежные фирмы демонстрируют переносные грязевые насосы и землесосы с электродвигателями погружного типа.

Эти машины должны вытеснить грязевые насосы с непогружными электродвигателями, применяемые в настоящее время для открытого водоотлива из траншей, котлованов, пазух гидротехнических сооружений, при проходке горных выработок, тоннелей и т. д. Они могут работать, будучи полностью погруженными в воду, в горизонтальном1 или вертикальном положениях.

Как правило, не требуется надзор за работой такого насоса, поскольку он оборудован несложным автоматическим устройством, включающим и выключающим электродвигатель насоса в зависимости от уровня откачиваемой воды.

На рис. 74 показан в разрезе насосный агрегат «Бибо-3», изготовляемый шведской фирмой «Флюгт-Интернейшл». Открытое рабочее колесо посредством шпонки и гайки с контргайкой закреплено на выступающем конце вала электродвигателя. Вал электродвигателя вращается в шариковых подшипниках. Верхний подшипник смазывается консистентной смазкой. В нижней части электродвигателя помещена масляная ванна для смазки нижнего шарикового подшипника. Между рабочим колесом и нижним шарикоподшипником на валу расположено уплотнение. Оно снабжено диафрагмой, автоматически обеспечиваю^ щей повышенное давление внутри уплотнения с целью предотвращения утечки масла из ванны.

Рис. 74. Насосный агрегат «Бибо-3» шведской фирмы «Флюгт-Интернейшл»

Рабочее колесо выполнено из антиабразивной стали твердостью НВ 600. Проточная часть грязевого насоса покрыта резиновой облицовкой для предохранения от износа твердыми абразивными включениями.

Кабельный ввод оборудован уплотнением, исключающим проникновение влаги в камеру клеммной коробки. Обмотка статора покрыта оболочкой из влагонепроницаемой пластмассы. Стальная всасывающая сетка служит опорой для агрегата. На верхней крышке рядом с кабельным вводом укреплена ручка для переноски агрегата. Главные преимущества насосов описанного типа: высокая удельная производительность на единицу веса и мощности;

компактность и транспортабельность; надежность и высокий к. п. д.; отсутствие надобности в дежурном персонале. При необходимости насосы изготовляются: из антикоррозийных сплавов, с обрезиненным рабочим колесом, во взрывобезопасном исполнении, для откачки промывочных растворов и соленой воды и т. д.

В землесосных погружных агрегатах ЬВИ-24-2э французской фирмы «Сосиете Гинар» для забора водо-грунтовой смеси к всасу присое-единен сменный инжектор, который направляя струю воды на рабочее колесо, предотвращает скопление грязи внутри землесоса.

Хранение землесосов эта фирма рекомендует в погруженном в воду состоянии, чтобы грязь в полостях его проточной части не высыхала и не закупоривала их. Изготовлением погружных землесосов занимается французская фирма «Беното» и др. Английская фирма «Пегсон» изготовляет землесосы типов 2ААВ и 302-Б, оборудованные карбюраторными двигателями. Землесос 302-Б с напорным патрубком диаметром 75 мм откачивает водо-грунтовую смесь с концентрацией до 60% и крупностью твердых частиц до 20 мм. Агрегат а смонтирован на легкой те-лежке или на переносной раме с двумя ручками.

Фирма «Ритц» (ФРГ) выпускает шламовые насосы с погружным электродвигателем (рис. 75,а). Наличие всасывающего трубопровода и всасывающей камеры обеспечивает пуск насоса при режиме самовсасывания. Фирма выпускает три марки шламовых насосов производительностью от 9 до 90 мъ1ч и максимальным напором 48 м вод. ст.

Для откачки воды из шурфов или котлованов насос снабжают устройством для самозаливки (рис. 75, б).

Насос с электродвигателем помещен в бак, в котором предусмотрены две всасывающие трубы. В верхней части бак герметично закрыт крышкой-фланцем. Перед пуском агрегата в эксплуатацию бак заполняют водой. При включении насоса вода по всасывающим трубам поступает в бак, а затем в нагнетательный трубопровод.

Высоконапорные глубинные насосы. Еще сравнительно недавно одна из ведущих западногерманских фирм «Плейгер», для того чтобы обеспечить подъем 132 м3 воды в 1 ч из скважины глубиной 400 м, вынуждена была применить последовательное соединение двух одинаковых глубинных насоса марки G-175/VIII-SM-1400 с электродвигателями мокрого типа мощностью по 103 кет. Один насос был опущен на глубину 400 м, который подавал жидкость напором 200 м в резервуар, служивший вса-сом для помещенного в нем насоса, который перекачивал жидкость на поверхность.

Рис. 75. Шламовый насос с погружным электродвигателем

В настоящее время ряд фирм изготовляют глубинные насосы с погружными электродвигателями для выдачи воды с глубины 200, 300, 400 и 500 м непосредственно на поверхность.

Фирма «Говард — Тейлор» (Англия) выпускает глубинные высоконапорные насосы с электродвигателями мокрого типа. Для снижения осевых усилий на валу насоса закреплен разгрузочный диск (рис. 76), который во время работы насоса под напором воды, поступающей из последней ступени, приподнимается, образуя некоторый зазор для прохода воды в камеру разгрузочного диска. Канал, соединяющий камеру разгрузочного диска с окружающим насос пространством, обеспечивает уравновешивание осевых усилий.

Для восприятия возникающей в период пуска насоса неуравновешенной осевой нагрузки и веса ротора электродвигателя между насосом и электродвигателем установлен упорный подшипник Митчелла. Верхний опорный диск, вращающийся во время работы, изготовлен из специального ферросплава. Нижние опорные сегменты изготовлены из стали.

Для уменьшения диаметра насоса рабочие колеса и направляющие аппараты собраны в стальной трубе. Длина ступиц рабочих колес позволяет обходиться без распорных втулок. Верхняя и нижняя цапфы вала насоса снабжены втулками из нержавеющей стали. Валы насоса и электродвигателя соединены муфтой с параллельными шпонками. Для обеспечения некоторого продольного перемещения вала при его уравновешивании между концами обоих валов имеется зазор.

Электродвигатель перед спуском в скважину заливают чистой водой. Над электродвигателем установлен фильтр 6, через который выходит из электродвигателя подогретая вода и взамен поступает свежая

Корпус статора электродвигателя бронзовый, пазы полузакрытые. В качестве изоляции обмоточного провода использованы пластикаты: неопрен, хлоропрен и т. д.

Поверхность ротора после сборки покрывают цинком гальваническим способом. Для снижения пускового тока в электродвигателях мощностью свыше 15 кет применяют роторы со сдвоенной клеткой.

Для откачки затопленных шахт в Индонезии фирма «Говард— Тейлор» выпустила глубинный насос производительностью 160 м3/ч при напоре 300 м. Мощность электродвигателя 260 кет, напряжение 440 в, скорость вращения вала 1450 об/мин; общая длина насоса с электродвигателем 4,5 м, максимальный диаметр насоса 690 мм; общий вес установки при работе на максимальной глубине 38 т. Насос построен с расчетом дальнейшего использования его для стационарного водоотлива на эксплуатационных шахтах. Насос имеет десять ступеней с гидравлически уравновешивающей пятой (рис. 77), принимающей на себя конечное давление. Пята состоит из бронзового поршня, движущегося в стальном цилиндре, на котором укреплен диск из твердой нержавеющей стали. Диск служит для восприятия неуравновешенного давления и для фиксирования вала насоса в устойчивом положении.

Рис. 76. Глубинный насос фирмы «Говард — Тейлор»

Упорный подшипник построен из расчета восприятия всей осевой нагрузки.

Центральное отверстие в нижней части вала соединено с каналом, находящимся за пластинками ротора. Вода в электродвигателе проходит через зазор между ротором и статором, откуда стекает в нижний резервуар, где она отстаивается и освобождается от твердых частиц. Часть воды проходит для смазки и охлаждения верхнего подшипника электродвигателя. Вода циркулирует в электродвигателе по замкнутому кругу.

На валу насоса под нижним рабочим колесом предусмотрены всасывающий колокол и прографиченная сальниковая набивка, которые предотвращают попадание воды в электродвигатель.

Кабель подсоединен к статорной обмотке, которая для уменьшения диаметра индукционной проволки выполнена в виде двух параллельно соединенных секций.

Между электродвигателем и насосом закреплена всасывающая сетка. Кольца снижают щелевые утечки в насосе.

В последние годы фирма «Говард — Тейлор» выпускает насосы 10BR с электродвигателем 2М-250 мощностью 90 кет, в которых пята Митчелла помещена под ротором (рис. 78).

Насосный узел — десятиступенчатый, секционный, с закрытыми радиальными рабочими колесами, обеспечивает производительность 68 м3/ч, напор 270 м вод. ст. Рабочие колеса закреплены на валу из нержавеющей стали при помощи шпонок и распорных втулок. Распорные втулки, из нержавеющей стали одновременно служат защитными втулками для вала на участках его работы в направляющих подшипниках.

Верхний подшипник насоса — резиновый, остальные — текстолитовые. Во всех подшипниках предусмотрены сквозные спиральные канавки для прохода смазывающей i воды. Насос собран в бронзовой трубе. Во всасывающем корпусе насоса предусмотрен канал с пробкой для заливки электродвигателя чистой водой. Электродвигатель— водозаполненный. Направляющие подшипники — текстолитовые, со спиральными канавками.

Шейки ротора в местах опоры на подшипники защищены втулками из нержавеющей стали. Ротор электродвигателя изготовлен из стальной поковки заодно с валом и имеет 22 прямоугольных паза. В каждом пазу находятся три стержня обмотки ротора: два медных и между ними один изолированный, стальной. Концы стержней обмотки соединены с короткозамыкающими кольцами при помощи медных клиньев, забитых в профрезерованные пазы стержней обмотки. Внешние торцы короткозамыкающих колен и клинья пропаяны мягким припоем. На внешнюю поверхность ротора надеты четыре гильзы из нержавеющей стали, толщина гильзы 1 мм. В местах стыка концы гильз залиты специальной водонепроницаемой мастикой. Таким образом, активная часть ротора (железо, стержни обмотки, короткозамыкающие кольца) полностью изолированы от воды. С обоих торцов ротора установлены балансировочные диски.

Рис. 77. Глубинный насос с погружным электродвигателем мощностью 260 кет

Рис. 78. Погружной электродвигатель 2М-250

Вал ротора со стороны нижнего конца имеет глухое отверстие, в верхнем конце которого имеются два радиальных канала для прохода воды в зону верхней лобовой части обмотки статора. Лобовые части защищены от возможных повреждений металлическими гильзами, уменьшающими потери на гидравлическое трение.

Уплотнение между насосом и электродвигателем торцовое: вращающееся стальное кольцо пружиной прижимается к неподвижно закрепленному на нижнем корпусе графитовому кольцу. Стальное кольцо уплотнено резиновой манжетой.

Двигатель выполнен без обмена заполняющей его воды с внешней средой. Место выхода свободного конца вала защищено торцовым уплотнением, описанным выше. Для компенсации температурного расширения воды в нижней части двигателя имеется резиновая диафрагма. Перед спуском в скважину двигатель заливают чистой водой через отверстие в корпусе насоса. В нижней части двигателя имеется шариковый клапан, через который двигатель может наполняться водой из скважины.

Рис. 79. Статор электродвигателя насоса фирмы «Бересфорд»

Фирма «Бересфорд» (Англия) выпускает глубинные насосы с мас-лозаполненными электродвигателями (рис. 79).

Предотвращение проникновения воды в статорную обмотку осуществляется гильзой из нержавеющей немагнитной стали толщиной 0,127 мм, зажимаемой между внутренним отверстием статора и пакетом перфорированных колец, изготовленных из электротехнической1 стали.

На каждом торце статора имеются два уплотняющих резиновых, кольца. Пакет перфорированных колец с обеих сторон зажат бронзовыми втулками, удерживаемыми от смещения резьбовыми кольцами. Прочность описанного устройства, предотвращающего проникновение воды в статорную обмотку, рассчитана на давление 30 ат. В верхней крышке статора предусмотрен кабельный ввод.

Для лучшего охлаждения электродвигателя его корпус и крышки изготовлены из бронзы. Статор с уложенными в нем секциями обмотки подвергают обработке под вакуумом.

Корпус электродвигателя, гильза и пакет перфорированных колец создают замкнутые камеры для лобовых частей обмоток статора, заполняемые трансформаторным маслом. Таким образом, статорные обмотки целиком защищены от воды, а также исключена конденсация в них влаги.

Перфорация отверстий в пакете колец электротехнической стали существенно повышает к. п. д. электродвигателя. Перфорированные отверстия обеспечивают высокое сопротивление прохождению магнитного потока в аксиальном направлении и малое сопротивление в радиальном направлении. Таким образом, облегчены условия пересечения ротора магнитным потоком, уменьшено скольжение и увеличен к. п. д. насоса. Коэффициент полезного действия маслозаполненного-электродвигателя мощностью 45 кет составляет около 86%.

В глубинном насосе фирмы «Бересфорд» (рис. 80) электродвигатель заполнен маловязким маслом, пригодным для смазки самоустанавливающихся пяты Митчелла и четырех бронзовых направляющих подшипников. Масляный резервуар заполняют через отверстие, закрываемое пробкой. Специальное графитовое уплотнение предотвращает проникновение воды в электродвигатель.

Для циркуляции смазки на валу ротора предусмотрены спиральные каналы.

Фирма «Бересфорд» для скважин диаметром от 100 до 350 мм выпускает глубинные погружные насосы производительностью от 2,5 до 382 мъ/ч и предельным напором до 366 м вод. ст.

Для принудительной подачи смазки в спиральные каналы над нижним и под верхним направляющими подшипниками установлены небольшие рабочие колеса.

Конструкция насоса существенно не отличается от конструкций описанных ранее насосов, применяемых с электродвигателями мокрого и полусухого типов.

Характеристики десятиступенчатого насоса с усовершенствованным погружным маслозаполненным электродвигателем приведены на рис. 81.

Электродвигатели подобной конструкции при одинаковых диаметрах воспринимают большие осевые нагрузки, чем водозаполненные электродвигатели, а следовательно, создают предпосылки к использованию их для насосов более высоких напоров.

В глубинных насосах фирмы «Сумо» (Англия) принят электродвигатель полусухого типа. Изготовленная из нержавеющего немагнитного сплава гильза (рис. 82) предохраняет статорные обмотки от проникновения в них воды. Ротор вращается в водяной среде. Верхний и нижний направляющие бронзовые подшипники электродвигателя смазываются водой. Осевую нагрузку воспринимает упорный подшипник Митчелла, смазываемый маслом. Для предотвращения проникновения воды в масляную ванну упорной пяты на валу электродвигателя установлено резиновое уплотнение. На насосе установлен обрезиненный обратный клапан.

Фирма «Строк — Бересфорд» (Голландия) изготовляет глубинный пятидесятисту-пенчатый насос (рис. 83) для скважины диаметром 150 мм с маслозаполненным электро-двигателем. При напоре 363 м вод. ст. производительность насоса составляет 1,81 м3/ч, при напоре 242 м вод. ст. она равна 3,62 м3/ч. Мощность электродвигателя 7,5 кет. Насосная часть состоит из пяти последовательно соединенных десяти-ступенчатых узлов.

Рис. 80. Погружной насос фирмы «Бересфорд»

Рис. 81. Характеристики десятиступенчатого глубинного насоса с усовершенствованным погружным электродвигателем

Недостатком насоса является сложность его конструкции, достоинством — относительно высокий напор при малом диаметре необходимой для него скважины.

Фирма «Плейгер» серийно изготовляет глубинные насосы типа F87 с погружными электродвигателями мокрого типа на напор 400 м вод. ст. Производительность этих насосов при оптимальном к.п.д. составляет 40 м3/ч, минимальный диаметр скважин 300 мм. Мощность электродвигателя 67 кет. Характеристики десяти марок насосов F87 приведены на рис. 84.

Для опытных работ по осушению Яковлевского железорудного месторождения фирмой «Плейгер» изготовлено несколько мощных глубинных насосов напором 560 м с мокрыми электродвигателями на напряжение 1100 в.

Насос типа L-154/XXI производительностью 200 м3/ч состоит из 21 закрытого разгруженного рабочего колеса, которые распределены на три узла. Каждый насосный узел стянут стяжными шпильками и соединен с другим Насосным узлом муфтой. Фланцы насосных узлов имеют пазы для пропуска одножильных кабелей.

Насос имеет два последовательно соединенных электродвигателя общей мощностью 480 кет. В агрегате предусмотрено две пяты Митчелла: одна помещена под ротором нижнего электродвигателя, другая — над ротором верхнего электродвигателя. Все направляющие подшипники электродвигателей, включая промежуточный, устанавливаемый между электродвигателями, изготовлены из пластиката типа пербунан. Чтобы в обоих электродвигателях была равная нагрузка, их статориые обмотки соединены последовательно.

Рис. 82. Глубинный насос фирмы «Сумо»

Рис. 83. Глубинный насос фирмы «Сторк— Бересфорд»

Насос типа GL-175/XXII производительностью 120 м3/ч состоит из 22 рабочих колес; электродвигатель мощностью 300 кет спаренного типа.

Характеристики насосов производительностью 120 и 200 м3/ч фирмы «Плейгер» приведены на рис.85.

Большим недостатком этих насосов, применительно к задачам понижения уровня подземных вод, является слишком крутая характеристика их к! п. д. (более пригодная для насосов стационарного водоотлива). При такой характеристике глубинные насосы основную часть времени их использования, предшествующую понижению отметки уровня подземных вод до оптимального, будут работать в неблагоприятной части кривой к. п. д.

Рис. 84. Характеристики глубинных насосов F87

Рис. 85. Характеристики глубинных высоконапорных насосов фирмы «Плейгер» производительностью:
а — 120 Мг!ч; 6 — 200 м3/ч

Характерной особенностью этого агрегата является последовательное соединение четырех электродвигателей и распределение таким образом осевой нагрузки на четыре пяты. На наш взгляд, такая компоновка слишком усложняет агрегат и снижает его эксплуатационную надежность.

В США высоконапорные глубинные насосы погружного типа для откачки воды выпускает фирма «Байрон — Джексон». Эти насосы оборудованы погружными маслозаполненными электродвигателями (см. рис. 49) мощностью от 7,5 до 300 кет.

Фирма «Байрон — Джексон» выпускает для скважин диаметром от 150 до 400 мм глубинные насосы производительностью от 48 до 870 м3/ч и напором до 320 м вод. ст.

Насосы с высоковольтными погружными электродвигателями

С повышением напора глубинного насоса увеличивается мощность его электродвигателя, что вызывает необходимость в увеличении сечения питающего кабеля и значительно повышает стоимость насосной установки. Например, при напоре 200 м и напряжении 380 в стоимость кабеля примерно равна стоимости насоса с электродвигателем. С увеличением глубины скважины и мощности электродвигателя повышается удельный вес затрат на кабель в общей стоимости установки.

Кроме этого кабель большого сечения громоздок и осложняет монтаж насосной установки.

Повышение напряжения электродвигателя позволяет применить кабель меньшего сечения.

Фирмой «Харлэнд Энджиниринг» (Англия) на шахте «Кэстл» установлен глубинный насос производительностью 163 м3/ч при напоре 255 м вод. ст. с погружным электродвигателем мощностью 185 кет, скоростью вращения 1460 об/мин, на напряжение 3300 в.

Фирмой «Говард — Тейлор» (Англия) был изготовлен глубинный насос производительностью 270 м3/ч при напоре 170 м с погружным электродвигателем мокрого типа на напряжение 3300 в, мощностью 185 кет при скорости вращения 1450 об/мин.

В ФРГ погружные электродвигатели мощностью 280 кет изготовляют на напряжение 865 в. Кроме того, фирма KSB выпускает погружные электродвигатели мощностью 260 кет на напряжение 6000 в.