Шламовый насос: устройство, футеровка и детали, которые изнашиваются

Шламовым называют центробежный насос, у которого все поверхности, омываемые пульпой, сделаны сменными: колесо, улитка и два бронедиска по сторонам колеса. Корпус служит рамой, а изнашивается то, что вставлено внутрь. Поэтому выбор насоса начинается не с подачи и напора, а с описания пульпы: плотность, крупность частиц, их твёрдость и температура.

Пульпа задаёт исполнение насоса

Шламовые насосы ставят на обогатительных фабриках, в золоотвалах ТЭЦ, на очистных сооружениях, в карьерах при откачке зумпфов и на производстве стройматериалов. Перекачивают хвосты флотации, слив мельниц, питание гидроциклонов, известковое молоко, золошлаковую смесь. Общее у этих сред одно: твёрдая фаза идёт вместе с водой и стирает всё, обо что ударяется.

От состава пульпы зависят три решения. Первое: материал проточной части, металл или эластомер. Второе: конструкция колеса, закрытое для тонкой пульпы или открытое и полуоткрытое для вязкой и пенистой. Третье: уплотнение вала, которому придётся работать с абразивом у самой втулки.

Горизонтальный шламовый насос стоит на раме рядом с зумпфом и забирает пульпу через всасывающий патрубок, так что его проще обслуживать: подшипниковый узел и сальник открыты. Вертикальный, или погружной, опускают в зумпф, вал у него длинный, а сальника в пульпе нет, его подшипники находятся над уровнем. Вертикальный насос не боится подсоса воздуха и сухого хода при пустом зумпфе, но гонит меньший напор.

Грунтовые и песковые насосы решают разные задачи

Грунтовый насос, или землесос, перекачивает смесь с крупными включениями: песок, гравий, глину, отдельные камни. Каналы у него широкие, колесо с малым числом толстых лопастей, корпус из износостойкого чугуна. Его ставят на земснарядах, при намыве грунта и на гидроотвалах.

Песковые насосы предназначены для песчаной пульпы с мелким и средним зерном: на песчано-гравийных карьерах, мойках песка, на обезвоживании. По конструкции они ближе к шламовым, только зазоры и толщина футеровки подобраны под кварцевый абразив, который изнашивает резину и металл быстрее рудной мелочи.

На практике названия «шламовый», «песковый» и «грунтовый» пересекаются, и одна и та же модель может продаваться под разными словами. Для ремонта важнее обозначение по паспорту: по нему находят чертёж колеса, футеровки и уплотнения.

Плотность пульпы пересчитывает мощность

Насос продают с характеристикой на воде, а работает он на смеси, у которой плотность выше. Мощность на валу считают по формуле N = ρ · g · Q · H / η, где ρ плотность пульпы, Q подача в м³/с, H напор в метрах, η КПД насоса.

Пример: подача 100 м³/ч (0,0278 м³/с), напор 30 м, КПД 0,6. На воде мощность составит 1000 · 9,81 · 0,0278 · 30 / 0,6 ≈ 13,6 кВт. На пульпе плотностью 1 400 кг/м³ та же формула даёт около 19,1 кВт. Двигатель, подобранный «по воде» с запасом 15 %, на такой пульпе перегрузится.

Долю твёрдого считают двумя способами, и их путают в заявках. Объёмная доля Cv = (ρп − 1) / (ρт − 1), где ρт плотность частиц. Пример: кварцевый песок 2,65 т/м³ в пульпе плотностью 1,4 т/м³ даёт Cv = 0,4 / 1,65 ≈ 24 %. Массовая доля Cw = ρт · Cv / ρп ≈ 46 %. Если в техзадании написано «концентрация 25 %», без уточнения не понять, какая из двух.

Дополнительно на пульпе падает напор и КПД насоса по сравнению с водой. Поправочные коэффициенты дают изготовители насосов в методиках подбора, и для густой пульпы снижение напора может доходить до десятков процентов. Без этой поправки рабочая точка уезжает влево, скорость в трубе падает, и частицы оседают.

Резиновые детали стоят в четырёх зонах

Эластомер в шламовом насосе работает в четырёх местах, и у каждого свой вид износа:

• проточная часть: резиновые или полиуретановые вкладыши улитки, передний и задний бронедиски, обрезиненное колесо;
• стыки футеровки: уплотнительные кольца и прокладки между вкладышами и металлическим корпусом, которые не пускают пульпу под футеровку;
• уплотнение вала: сальниковая набивка, кольцо фонаря подачи промывочной воды, манжеты или кольца экспеллерного уплотнения;
• присоединения: прокладки всасывающего и напорного фланцев, часто с буртом, заходящим в патрубок.

Быстрее всего изнашивается передний бронедиск напротив входа в колесо и зона языка улитки, где поток разворачивается. Кольца стыков выходят из строя реже, но их течь опаснее: пульпа, попавшая под вкладыш, стирает металл корпуса, и после этого нового вкладыша уже недостаточно.

Набивка сальника и защитная втулка вала изнашиваются вместе. Если промывочная вода подаётся с недостаточным давлением, абразив проходит в камеру, кольца набивки твердеют, а на втулке появляется кольцевая канавка. Для подачи воды на сальник изготовители обычно требуют давление выше давления нагнетания насоса, точное значение указано в инструкции к модели.

Футеровку выбирают по крупности и температуре

Мягкая натуральная резина на мелкой пульпе служит дольше белого чугуна: частица отскакивает от упругой поверхности и не срезает её. Это преимущество пропадает на крупном остром материале, который режет резину, и при высоких окружных скоростях колеса. Тот же выбор между резиной и полиуретаном для желобов и бункеров решают по правилам резиновой футеровки, у насоса к ним добавляется окружная скорость колеса.

Схема выше сводит выбор к трём вопросам. Если частицы мелкие (ориентир: меньше 5–6 мм), пульпа холодная и в ней нет масла или флотореагентов на нефтяной основе, проточную часть можно делать из резины. Если в пульпе есть нефтепродукты, натуральная резина набухает, и вместо неё рассматривают маслостойкий каучук или полиуретан. Если частицы крупные, острые или температура выше допустимой для эластомера, остаются на высокохромистом чугуне.

Полиуретан занимает середину: он прочнее резины на разрыв и меньше режется крупным зерном, но чувствителен к горячей воде. Для пульпы теплее 50–60 °C его применимость подтверждают по марке. Твёрдость резины для футеровки насосов обычно лежит в диапазоне 40–60 Shore A, это ориентир для марок общего назначения, а материал фиксируется в КП.

Какую футеровку выбрать для шламового насоса?

Футеровка шламового насоса выбирается по крупности частиц, температуре пульпы и наличию масел. На мелкой холодной пульпе без нефтепродуктов резиновые вкладыши обычно служат дольше металла. Крупный острый материал, высокая окружная скорость колеса и горячая пульпа требуют износостойкого чугуна. Полиуретан рассматривают для промежуточных условий, проверяя марку на гидролиз в тёплой воде.

Уплотнение вала работает с промывкой или экспеллером

На горизонтальных шламовых насосах встречаются три варианта уплотнения. Сальник с промывкой: 3–5 колец набивки и кольцо фонаря, через которое подают чистую воду. Экспеллер: вспомогательное колесо за основным отбрасывает пульпу от вала, а сальник с сухой или смазанной набивкой держит только остаток во время остановки. Торцевое уплотнение картриджного типа для шламовой службы: с парой карбид кремния по карбиду кремния и защитой от абразива.

Экспеллер экономит промывочную воду, что важно, когда её добавление разбавляет продукт. Работает он только при положительном давлении на всасе в пределах, которые указывает изготовитель, иначе пульпа проходит к валу.

Почему течёт сальник шламового насоса?

Сальник шламового насоса начинает течь пульпой, когда давление промывочной воды ниже давления в камере, набивка выработалась или защитная втулка вала изношена канавкой. Сначала проверяют манометр на линии промывки и расход воды, затем снимают набивку и осматривают втулку. Замена одних колец на изношенной втулке даёт течь через несколько суток.

Износ планируют по замерам и наработке

Шламовый насос редко ломается внезапно, обычно он теряет напор постепенно. Зазор между колесом и передним бронедиском растёт, часть пульпы возвращается на всас, подача падает, и оператор открывает задвижку или повышает частоту. Если зазор регулируется смещением подшипникового узла, его выставляют по инструкции на каждом осмотре, и это продлевает жизнь колеса.

Полезная запись ремонтной службы содержит четыре величины: наработку в часах, остаточную толщину вкладыша в трёх точках, зазор колеса до регулировки и после неё, состояние колец стыков. Через два-три ремонта по этим данным видно, какая деталь определяет межремонтный интервал, и запасные части заказывают заранее, а не после остановки.

Детали к ремонту делают по образцу и чертежу

Наша компания производит резиновые и полиуретановые детали для ремонта шламовых насосов, который выполняет служба заказчика: уплотнительные кольца стыков футеровки, прокладки фланцев с буртом, кольца и манжеты экспеллерного узла, кольца фонаря из фторопласта и капролона. Формовые вкладыши и обрезиненные металлические детали относятся к резинометаллическим изделиям: для повторения футеровки нужны металлическая основа или её чертёж и пресс-форма.

Если чертежа нет, деталь можно изготовить по образцу: изношенный вкладыш или кольцо годятся, если сохранилась посадочная часть. Плоские прокладки и кольца стыков проще всего заказать по чертежу или эскизу с размерами. Делаем и стандартные детали по каталожному размеру, например кольца и прокладки фланцев, и нестандартные по чертежу, эскизу, фото или образцу. Заказ принимаем от 1 штуки, минимальный заказ 9 000 ₽ с НДС.

Для расчёта с первого раза прикладывают модель насоса и его обозначение по паспорту, фото детали на месте и снятой, размеры посадки и толщину, количество на ремонт и на год. Отдельной строкой пишут условия: плотность пульпы, крупность частиц, температура, pH и наличие флотореагентов или масел. Если материал старой детали неизвестен, это указывают прямо, и материал подбирают по условиям, а предложение по марке выделяют в КП как предложение изготовителя.