МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

СЕЛИДІВСЬКИЙ ГІРНИЧИЙ ТЕХНІКУМ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА

 

відкритого заняття

 

ВІДЦЕНТРОВІ НАСОСИ. КАВІТАЦІЯ.

 

з дисципліни:

 

ГІРНИЧА МЕХАНІКА

 

 

 

 

 

 

 

Для студентів спеціальності: 184.03 Гірництво «Експлуатація і ремонт гірничого електромеханічного обладнання та автоматичних пристроїв»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2020 р.

Методична розробка відкритого заняття з дисципліни: “Гірнича механіка.”

За темою: “Відцентрові насоси. Кавітація.”

 

 

 

 

 

 

Розробник: Косяк О.О., спеціаліст першої категорії, викладач Селидівського гірничого технікуму.

 

 

 

 

 

 

Викладено методику проведення лекційного заняття.

 

 

 

 

 

 

Для викладачів вищих навчальних закладів І рівня акредитації по спеціальності: “Експлуатація і ремонт гірничого електромеханічного обладнання та автоматичних пристроїв” та “Підземна розробка корисних копалин”.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розглянуто та схвалено на засіданні циклової комісії гірничо-електромеханічних дисциплін

Протокол №___ від_________2020 р.

Голова циклової комісії

 

____________О. О. Косяк

 

 

 

ЗМІСТ

 

Рецензія

1.   План заняття…………………………………………………………………………….4

2.   Хід заняття………………………………………………………………………………6

3.   Зміст лекції……………………………………………………………………………...6

4.   Домашнє завдання…………………………………………………………………….10

5.   Додатки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПЛАН ЗАНЯТТЯ

 

_____ жовтня 2020 р.

Група 1ЕР-18

Тема заняття: Відцентрові насоси. Кавітація.

Мета заняття:

методична – показати методику проведення лекції;

дидактична – вивчення принципу дії та конструкції відцентрових насосів та кавітації.

виховна – виховання поваги та відповідальності до майбутньої професії.

 

Вид заняття: лекція.

Тип заняття: лекція інформаційна.

 

Методи та форми проведення заняття: лекція. Міжпредметні зв’язки: забезпечуючі – гідравліка, деталі машин, фізика. забезпечувані – ремонт і монтаж, охорона праці.  

Методичне забезпечення: картки для опитування; плакат відцентрового насоса; опорний конспект.

Обладнання та наочні посібники: відцентровий насос; направляючий апарат; робочі колеса.

 

ЗМІСТ І ХІД ЗАНЯТТЯ

 

1. Організаційна частина - вітання студентів;

-   відмітка в журналі відсутніх;

-   перевірка готовності до заняття студентів, аудиторії, обладнання;

-   перевірка домашнього завдання.

 

2.   Актуалізація опорних знань Усне вибіркове опитування студентів біля дошки та за допомогою карток.

 

3.   Викладання нового матеріалу 3.1 Тема заняття.

3.2   Мотивація вивчення теми:

Мета: вивчення принципу дії та конструкції відцентрових насосів та кавітації.

Задачі: студенти повинні знати принцип дії та конструкцію відцентрових насосів, причини виникнення та способи запобігання кавітації.

3.3   План вивчення нового матеріалу:

1.     Відцентрові насоси.

2.     Кавітація.

 

4.   Виклад нового матеріалу

 

5.   Закріплення нового матеріалу

Методи: фронтальне вибіркове опитування.

6.   Підсумки заняття

6.1 Висновки викладача щодо вивчення теми. 6.2 Зауваження щодо засвоєння студентами матеріалу.

 

7.   Домашнє завдання Література: обов’язкова – Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А. Горная механика: Учебник для техникумов. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1982, с. 93-101.

додаткова – Цетнарский И.А., Кораблѐв А.А., Борисенко Л.Д. Горная механика.

Учебное пособие. Изд. 2, перераб. и доп. – М.: Недра, 1975, с. 86-89.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ХІД ЗАНЯТТЯ

 

1.   Організаційний момент                                                                                          3 хв.

 

1.1   Вітання студентів.

1.2   Відмітка в журналі відсутніх.

1.3   Перевірка готовності до заняття студентів, аудиторії, обладнання. 1.4 Перевірка домашнього завдання.

 

2.   Актуалізація опорних знань                                                                                15 хв.

 

Усне вибіркове опитування студентів біля дошки та за допомогою карток.

 

Питання для усного опитування: розповісти по схемі насосної установки її складові елементи та їх призначення.

 

Письмове опитування за допомогою карток: розставити номера позицій з 1 по 17 на рисунку та вписати їх найменування у таблицю; вписати у таблицю визначення Н_В, Н_Н, Н_Г.

 

3.   Ознайомлення студентів з темою та навчальними цілями заняття              4 хв.

 

Тема: Відцентрові насоси. Кавітація.

План

1.     Відцентрові насоси.

2.     Кавітація.

 

4.   Мотивація заняття                                                                                                  3 хв.

 

Матеріал даної теми є початковою частиною вивчення водовідливних установок. Знання матеріалу лекції знадобляться при подальшому вивченні дисципліни “Гірнича механіка”, “Ремонт і монтаж”, “Охорона праці”, а також при виконанні обов’язків електрослюсаря або механіка у майбутній трудовій діяльності.

 

5.   Виклад нового матеріалу                                                                                      45 хв. 

5.1 Відцентрові насоси

 

Для транспортування води із шахти необхідно створювати великий напір, тому застосовують багатоступінчаті насоси з послідовним з’єднанням на одному валові до 10 однобічних робочих коліс.

На рис.1 показана схема триступінчатого відцентрового насоса. На валові 1, який спирається на підшипники 2, за допомогою шпонок 3 закріплені робочі колеса 4, 5, 6, що разом із валом утворюють ротор насоса. З підводящого патрубка 7 (умовно поверненого вниз) через підвід 8 рідина надходить у колесо 4, де здобуває деякий запас енергії.

З колеса 4 рідина надходить у направляючий апарат 9, де динамічний напір частково перетвориться в статичний. Далі рідина подається в колесо 5 і знову одержує приріст енергії, далі рідина переходить до наступного направляючого апарата 10. З останнього колеса 6 рідина надходить у спіральний відвід 11 і через вихідний патрубок 12 у напірний трубопровід.

 

Рис.1 Схема відцентрового насоса

У місцях виходу з корпуса насоса вал ущільнюється сальниковим набиванням із притискними втулками 13. Вал насоса з’єднується з валом двигуна муфтою 14.

Найбільше застосування в практиці шахтного водовідливу мають секційні насоси, у яких кожна секція складається з колеса і направляючого апарата. Секційний корпус насоса з’єднаний у загальну конструкцію стяжними шпильками (болтами).

Позитивноюякістю секційних насосів є можливість з’єднувати однакові секції у необхідній кількості для одержання насосів різних тисків. 

До недоліків насосів варто віднести малу доступність робочих коліс. Для заміни колеса необхідно видалити стяжні болти і послідовно зняти всі секції.

Існують також насоси, що мають корпус з осьовим розніманням. У таких насосах полегшений огляд внутрішніх деталей, контроль за насосом, хоча конструкція корпуса збільшує розміри і масу насоса.

По розташуванню вала насоси бувають горизонтальні і вертикальні.

Горизонтальні насоси в шахтній практиці мають найбільше застосування. Вертикальні насоси застосовуються при проходці стволів і відкачці затоплених шахт.

Робочі колеса насосів бувають однобічні і двосторонні, тобто з однобічним і двостороннім підведенням рідини (рис.2).

 

Рис.2 Робочі колеса

Двосторонні робочі колеса застосовують у одноступінчатих насосах. 

Розрізняють робочі колеса насосів закриті і відкриті. У закритих однобічних колесах (рис.2а) є ведучий 1 і відомий 2 диски, між якими розташовані лопатки 3. У закритих двосторонніх колесах (рис.2б) відомі диски 1 і 2 лопатками 3 зв’язані з втулкою 4. У відкритих колесах (рис.2в) є тільки ведучий диск 1 з втулкою 2 і лопатки 3.

Діаметр робочого колеса, зазвичай, не перевищує 800 мм. Лопатки коліс мають товщину 3...8 мм.

К.к.д. насоса залежить від чистоти обробки поверхонь каналів колеса, числа і довжини лопаток. Рух води в колесі тим краще, чим більше лопастей, але при значному їхньому числі збільшуються гідравлічні втрати. Зазвичай, в одному колесі 6...9 лопаток.

У шахтних насосах частіше застосовуються закриті колеса, відкриті колеса доцільно застосовувати для транспортування забруднених рідин.

Для неагресивної води робочі колеса виготовляються литими з чавуна або сталі, для кислотної – з легованих хромом і нікелем сталей, цементованого хромом чавуна, хромистого або кременистого чавуна, кислототривких бронзи і пластмас.

Тому що з робочого колеса рідина виходить з великою швидкістю, що досягає 50 м/с, а для зменшення втрат напору швидкість у каналах насоса повинна бути не більш 5 м/с. застосовуються спіральний відвід і лопаткові направляючі апарати.

 

Рис.3 Направляючий апарат

У багатоступінчастих насосах робочі колеса знаходяться усередині направляючого апарата.

Направляючий апарат (рис.3) забезпечує перевод потоку з одного робочого колеса в інше, часткове перетворення швидкісного напору в статичний, безударний вхід потоку в робоче колесо. Він складається з лопаткових відводу 1 і підводу 2, розділової діафрагми 3. Рідина, яка вийшла з робочого колеса 4, проходить диффузорну частину 5 міжлопаточних каналів відводу, обгинає кромку 6 діафрагми і надходить у канали 7 підводу, які вводять її у робоче колесо 8 наступної ступіні. Ширина міжлопаточних каналів направляючого апарата увесь час зростає по напрямку руху рідини, завдяки чому швидкість потоку знижується, а статичний напір збільшується.

Ширина входу лопаткового відводу для забезпечення нормального надходження струменя води з колеса в апарат виконана на 1...2 мм більше ширини колеса на виході. Радіальний зазор між зовнішньою окружністю колеса і внутрішньою окружністю відводу складає 3...4 мм. Для виключення вібрації насоса число лопаток направляючого апарата, звичайно, приймають на одиницю менше числа лопаток у робочому колесі.

У зв’язку з виникненням при роботі насоса осьової сили, що діє на ротор і спрямована уздовж осі насоса вбік всмоктування, необхідний пристрій для її зрівноваження.

Виникнення осьової сили пояснюється тим, що при однаковому тиску на відомий диск робочого колеса діє менша сила, чим на ведучий диск унаслідок нерівності їхніх площин.

Під дією осьової сили ротор насоса прагне зрушитися вздовж своєї осі вбік всмоктування. Осьова сила може привести до великого тертя між колесами і направляючими апаратами або корпусом, що спричинить знос деталей насоса й зниження його к.к.д. Для усунення осьової сили застосовують: в одноступінчатих насосах – двостороннє колесо, при якому завдяки його симетрії не виникає осьова сила, а при однобічних колесах – опірний підшипник і отвори у ведучому диску робочого колеса; у багатоступінчастих горизонтальних насосах – гідравлічний розвантажувальний пристрій; у вертикальних насосах – опірні кулькові підшипники.

Найбільше застосування в шахтних насосах має гідравлічний розвантажувальний пристрій (рис.1). Гідроп’ята 15 закріплена на вал 1 гайкою 16. Частина води виходить з останньої ступіні насоса по радіальному зазору 17 у камеру розвантаження, діє на гідроп’яту і потім виходить через трубку 18. Тому що протилежна сторона гідроп’яти знаходиться майже під атмосферним тиском, то осьова сила врівноважується зусиллям від тиску рідини на гідроп’яту 15. Якщо осьова сила зменшується, то гідроп’ята разом із ротором насоса автоматично пересувається вбік, зворотний напрямкові осьової сили, завдяки чому потік рідини через щілину 19 між кільцем гідроп’яти 20 і кільцем розвантаження 21 підсилюється, тиск рідини на гідроп’яту зменшується, врівноважуючись з осьовою силою. Таким чином, має місце зсув вала в осьовому напрямку. Витрата води через розвантажувальний пристрій складає 1,5...3 % від подачі насоса. За допомогою гідравлічного розвантажувального пристрою досягається повне врівноваження осьової сили, причому врівноваження встановлюється автоматично.

Недоліками цього способу врівноважування є: втрати води через розвантажувальний пристрій; тертя гідроп’яти о воду; швидкий знос кілець гідроп’яти і розвантаження при перекачуванні забрудненої води; насоси не можуть працювати при напорах, значно менше нормальних, тому що при цьому помітно зменшується зазор між кільцями гідроп’яти і розвантаження і кільця можуть стикнутися; необхідність установки насоса строго горизонтально.

Ущільнення в насосі необхідні для усунення витоків рідини, що знижують подачу насоса і для попередження потрапляння атмосферного повітря в місці проходу вала через кришку насоса з боку всмоктування.

Витоки води відбуваються через зазори між робочим колесом і лопатковим відводом або корпусом, а також у місці проходу вала через кришку насоса з боку нагнітання. Внутрішні ущільнення в насосах утворені ущільнювальними кільцями 22 і 23 (рис.1), виготовленими з бронзи, сталі, чавуна або пластмас.

Місця виходу вала насоса через кришки всмоктування і нагнітання мають ущільнювальні пристрої – механічні ущільнення контактного тертя (сальники). Ущільнення 24 на стороні всмоктування перешкоджає підсмоктуванню повітря в насос, а ущільнення 25 у кришці нагнітання запобігає викид рідини з насоса.

 

5.2 Кавітація

Якщо абсолютний тиск рідини при виході у робоче колесо виявиться менше тиску пароутворення, почнеться явище кавітації, яке пояснюється тим, що в місцях найменшого тиску в колесі утворяться простори, заповнені пором і газами, які утримувалися у воді.

Пухирці пару і газу переміщаються з водою в область більш високого тиску, де пар конденсуються. У утворені порожнечі з дуже великими швидкостями спрямовуються частки води, викликаючи удар о поверхні деталей насоса. У результаті кавітації руйнуються стінки деталей. Причому крім механічного руйнування підсилюється дія корозії на метал.

Вода вдаряючись о стінки утворює мікроскопічні поглиблення в місцях найменшої міцності матеріалу. Поглиблення підсилюють процес і надалі є осередками руйнування.

Кавітація настає при великій висоті всмоктування і роботі насоса на зниженому напорі, коли його подача значно більше розрахункової.

При виникненні кавітації руйнування лопаток колеса в особливо несприятливих умовах настає через кілька годин після початку роботи. Зовнішні прояви кавітації – переривчасті сильні шуми і підвищена вібрація насоса.

Засобами боротьби з кавітацією є: застосування стійких до кавітації матеріалів (леговані сталі); робота насоса з підпором, тобто він повинний бути розташований нижче резервуара, коли вода в насос надходить під дією власної ваги; встановлення підкачного насоса; збільшення діаметра всмоктуючого трубопроводу.

 

6. Закріплення нового матеріалу                                                                              5 хв.

 

Фронтальне вибіркове опитування.

 

Питання для фронтального опитування:

−Як розшифровується маркування ЦНС?

−Що означає перша та друга цифри в маркуванні ЦНС300-600?

−Яке призначення направляючого апарата?

−Скільки робочих коліс може бути у ЦНС?

−За допомогою чого робочі колеса кріпляться на валу насоса?

−Що таке кавітація?

−Які зовнішні ознаки кавітації?

−Які причини виникнення кавітації?

−Які способи боротьби з кавітацією?

 

7.   Підсумки заняття                                                                                                     3 хв.

 

−Висновки викладача щодо вивчення теми.

−Зауваження щодо засвоєння студентами матеріалу.

 

8.   Домашнє завдання                                                                                                   2 хв.

 

Література: обов’язкова – Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А. Горная механика: Учебник для техникумов. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1982, с. 93-101.

додаткова – Цетнарский И.А., Кораблѐв А.А., Борисенко Л.Д. Горная механика.

Учебное пособие. Изд. 2, перераб. и доп. – М.: Недра, 1975, с. 86-89.

 

Додаток А

ОПОРНИЙ КОНСПЕКТ

 

Тема: Відцентрові насоси. Кавітація.

План

1.     Відцентрові насоси.

2.     Кавітація.

 

 

Рис.1 Схема відцентрового насоса

 

№ позиції	Найменування позиції
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

Додаток Б

СХЕМА, КОНСТРУКЦІЯ ТА ОПИС ОСНОВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ВІДЦЕНТРОВОГО НАСОСА

 

На рис.1 показана схема триступінчатого відцентрового насоса.

 

Рис.1 Схема відцентрового насоса

Умовні позначення:

1.   Вал

2.   Підшипники

3.   Шпонки

4, 5, 6. Робочі колеса

7.   Вхідний патрубок

8.   Підвід (рус. – подвод)

9, 10. Направляючий апарат

11.   Спіральний відвід (рус. – спиральный отвод)

12.   Вихідний патрубок

13.   Прижимні втулки

14.   Муфта

15.   Гідроп’ята (рус. – гидропята)

16.   Гайка

17.   Радіальний зазор

18.   Трубка

19.   Щілина

20.   Кільце гідроп’яти

21.   Кільце розвантаження

22, 23. Ущільнюючі кільця (рус. – уплотнительные кольца)

24, 25. Сальники

 

Позитивноюякістю секційних насосів є можливість з’єднувати однакові секції у необхідній кількості для одержання насосів різних тисків. 

До недоліків насосів варто віднести малу доступність робочих коліс, а також для заміни колеса необхідно видалити стяжні болти і послідовно зняти всі секції.

По розташуванню вала насоси бувають горизонтальні і вертикальні.

Горизонтальні насоси в шахтній практиці мають найбільше застосування. Вертикальні насоси застосовуються при проходці стволів і відкачці затоплених шахт.

Робочі колеса насосів бувають однобічні і двосторонні, тобто з однобічним і двостороннім підведенням рідини (рис.2).

 

Рис.2 Робочі колеса

Двосторонні робочі колеса застосовують у одноступінчатих насосах. 

Розрізняють робочі колеса насосів закриті і відкриті. У закритих однобічних колесах (рис.2а) є ведучий 1 і відомий 2 диски, між якими розташовані лопатки 3. У закритих двосторонніх колесах (рис.2б) відомі диски 1 і 2 лопатками 3 зв’язані з втулкою 4. У відкритих колесах (рис.2в) є тільки ведучий диск 1 з втулкою 2 і лопатки 3.

У шахтних насосах частіше застосовуються закриті колеса, відкриті колеса доцільно застосовувати для транспортування забруднених рідин.

Тому що з робочого колеса рідина виходить з великою швидкістю, що досягає 50 м/с, а для зменшення втрат напору швидкість у каналах насоса повинна бути не більш 5 м/с. застосовуються спіральний відвід і лопаткові направляючі апарати.

 

Рис.3 Направляючий апарат

У багатоступінчастих насосах робочі колеса знаходяться усередині направляючого апарата.

Направляючий апарат (рис.3) забезпечує перевод потоку з одного робочого колеса в інше, часткове перетворення швидкісного напору в статичний, безударний вхід потоку в робоче колесо. Він складається з лопаткових відводу 1 і підводу 2, розділової діафрагми 3. Рідина, яка вийшла з робочого колеса 4, проходить диффузорну частину 5 міжлопаточних каналів відводу, обгинає кромку 6 діафрагми і надходить у канали 7 підводу, які вводять її у робоче колесо 8 наступної ступіні. Ширина міжлопаточних каналів направляючого апарата увесь час зростає по напрямку руху рідини, завдяки чому швидкість потоку знижується, а статичний напір збільшується.

Ширина входу лопаткового відводу для забезпечення нормального надходження струменя води з колеса в апарат виконана на 1...2 мм більше ширини колеса на виході.

 

 

Додаток В

КАРТКА ДЛЯ ПИСЬМОВОГО ОПИТУВАННЯ

 

П.І.Б._______________________________________Група_________Дата___________

 

Завдання: розставити номера позицій з 1 по 17 на рисунку та вписати їх найменування у таблицю; вписати у таблицю визначення Н_В, Н_Н, Н_Г.

 

Схема насосної установки

 

№ позиції	Найменування позиції
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
НВ
НН
НГ

 

 

Додаток Г

СХЕМА НАСОСНОЇ УСТАНОВКИ

(для усного опитування)