Пульповые насосы фирмы KSB AG (ФРГ) для различных технологий горной промышленности

Завод “Georgia Iron Works” (GIW) акционерного общества KSB AG специализируется на производстве насосного оборудования для перекачивания жидкостей с большим содержанием (до 50% по массе) твердых абразивных включений. Научные, инженерные и производственные подразделения этого завода обеспечивают развитие основных направлений этой области насосостроения: проектирование и изготовление насосов для транспортировки пульп; разработку и исследование износостойких сплавов, технологию изготовления рабочих органов насосов (точное литье; механическую, термическую, термохимическую обработки и т.д.); исследование и применение эластомерных покрытий для проточной части пульповых насосов; защиту деталей насосов от воздействия химически активных продуктов, перекачиваемых вместе с абразивными гидросмесями. История завода GIW начинается с 1891 года, когда в городе Огаста (штат Джорджия, США) было образовано литейное производство для насосного оборудования. Быстрое наращивание производственных мощностей завода позволило в 1914 году наладить выпуск пульповых насосов для фосфатной промышленности штата Флорида (США). Сегодня этот завод, расположенный на западе от Огасты в городах Гроувтаун и Томсон (штат Джорджия), занимает территорию 92 км2 и оснащен современными технологиями на всех этапах производственного цикла. В настоящее время износостойкие насосы завода GIW обслуживают горную промышленность, металлургию, энергетические станции в большинстве стран мира (в том числе и странах СНГ).

Они используются для транспортировки гидросмесей, содержащих:

· нерудные материалы (песок, глину, гравий);

· руды металлов (железа, цинка, свинца, алюминия, меди, олова, никеля, молибдена, серебра, золота);

· алмазы, пески тяжелых минералов;

· минеральное сырье (фосфаты, поташ);

· руды морских шельфов;

· шлаки и золы тепловых электростанций и т.д.

Каждый насос проектируется и изготавливается с учетом свойств перекачиваемой жидкости (химический состав; содержание абразивных взвесей, твердость и максимальные размеры частиц), технологических возможностей обработки деталей и эксплуатационных характеристик материала. При этом тесные контакты с предприятиями, использующими наше насосное оборудование, позволяют быстро реагировать на изменения потребностей современной промышленности, что является важнейшей частью работы по созданию качественного продукта. Поэтому в лабораториях и цехах завода изо дня в день идет совершенствование выпускаемого оборудования с целью увеличения его надежности и снижения производственных затрат.

Параметры основных типов пульповых насосов завода GIW приведены в табл. 1.

Насосы типа LCC являются наиболее легкой и компактной конструкцией в ряду пульповых насосов завода GIW. Эти насосы широко применяются для гидросмесей с содержанием минерального сырья, шлаков, отходов обогатительных фабрик, шахтной воды, сильно загрязненных грунтовых вод. Конструкцией насоса LCC предусмотрена его сборка из отдельных модульных блоков. Имеются стандартные исполнения следующих взаимозаменяемых элементов: 7 вариантов проточной части насоса, 8 вариантов узла уплотнения, 5 вариантов узла подшипника, 2 варианта опорной стойки насоса. Модульное агрегатирование позволяет значительно снизить начальную стоимость насоса и затраты на приобретение запасных частей, сохраняя при этом высокие показатели всасывания и КПД. Однако комбинацией конструктивных стандартных модулей не исчерпываются возможности адаптации насосов LCC к конкретным условиям работы. В зависимости от температуры перекачиваемой жидкости и ее свойств (химическая активность и абразивность) выбираются металлические сплавы или эластомерные покрытия металлов для деталей проточной части насоса. В качестве материала для цельнометаллических рабочих органов используются Gasite (износостойкие легированные чугуны: хромникилевые, хроммолибденовые, высокохромистые и специальные). В таблице 2 даны химические составы и твердость (НВ) некоторых представителей этого ряда материалов.

Цельнометаллические детали насоса хорошо сопротивляются абразивному воздействию твердых частиц, содержащихся в перекачиваемой жидкости. В случае суммарного воздействия твердых частиц и химически активных компонентов применяются эластомерные покрытия: натуральный каучук, полихлоропрен, полиуретан и т.д. Однако следует отметить, что, обладая хорошей устойчивостью к коррозионному воздействию и гидроабразивному износу, насосы с эластомерными покрытиями уступают цельнометаллическим насосам по КПД, кавитационному запасу и ограничены по напору. Покрытия используются и для защиты от гидроабразивного износа при перекачивании химически неагрессивных жидкостей. При этом эластомерное покрытие часто наносится только на рабочее колесо (как более изнашиваемую деталь), а корпус насоса выполняется цельнометаллическим. Для увеличения срока службы защитных втулок вала используются твердые покрытия (чаще всего карбиды или оксиды хрома), которые наносятся на металл с помощью плазменной струи. Уменьшить эрозионную нагрузку на материал (особенно при опасности кавитационного износа) можно и за счет снижения числа оборотов ротора насоса (например, с помощью клиноременной передачи). Кроме того, изменение частоты вращения позволяет расширить поле гидравлических параметров насоса (следует иметь в виду, что изменение параметров износостойких насосов с помощью обточки внешнего диаметра колеса невозможно из-за высокой твердости материала и нарушения гуммированного покрытия). Однако этому часто препятствует требование заказчиков осуществлять прямой привод насосов от асинхронного электродвигателя. Поэтому для компоновки износостойкого насоса с электроприводом предусмотрены различные варианты: прямое соединение, регулируемый привод с клиноременной передачей (при этом, в зависимости от места установки, электродвигатель может располагаться как рядом с насосом, так и над ним). Ротор насоса LCC опирается на комплекты спаренных конических роликовых подшипников, воспринимающих осевые и радиальные силы. В конструкции предусмотрено использование как консистентной, так и жидкой масляной смазки узлов подшипников. Для сальникового уплотнения, которое из-за его простоты по-прежнему предпочитают применять многие эксплуатационники, применяются набивки из арамидовых волокон. Эти сальниковые набивки используются при работе с абразивными средствами и для жидкостей с плохими смазочными свойствами. Важнейшими преимуществами арамидовых волокон являются их высокое сопротивление разрыву и истиранию (сопротивление разрыву в 2-3 раза выше, чем у полиамидовых и полиэфирных волокон), высокая температурная стойкость и нормальный характер теплового расширения (по сравнению с политетрафторэтиленом). Вместо сальникового уплотнения может быть установлено самопромывающееся торцевое уплотнение с парами трения из материалов, отличающихся большой износостойкостью (окись алюминия, карбид кремния или карбид вольфрама). Конструкция насоса типа LCC допускает установку специального вращающегося элемента с лопатками (импеллера) для дополнительной защиты узла уплотнения от воздействия твердых абразивных частиц.

Для более тяжелых условий эксплуатации используются насосы серии LSA (гидротранспорт руды, отвод продукта от дробилок, питание гидроциклонов, транспортировка хвостовых отходов, технологические процессы, землесосные снаряды). По сравнению с конструкцией насоса LCC, насосы типа LSA имеют усиленные подшипниковые узлы и сменные детали всасывающей крышки насоса. Материалы проточной части изготавливаются из отбеленных легированных чугунов и используются эластомерные покрытия (с увеличением размеров насоса выбираются эластомерные покрытия большей твердости). У крупных типоразмеров этого ряда значения КПД достигают 88%, что указывает на разрешение технического противоречия между гидравлическим совершенством проточной части пульпового насоса и свойствами труднообрабатываемых материалов. В зависимости от свойств перекачиваемой жидкости насосы из износостойких материалов имеют различные исполнения корпуса: спиральные, полуспиральные и кольцевые отводы, а также отводы с расширенными поперечными сечениями диффузора.

Проточные части насосов LSA применяются и для вертикальных полупогружных насосов (типа VERT). Электропривод насоса (с передачей, регулирующей обороты ротора) располагается в этом случае над жидкостью, а насосная часть полностью погружена в нее. Такие насосы находят применение для водоотведения из шахтного ствола, очистки дна зумпфа, а также как процессные насосы.

Для работ на линиях транспорта руды получили широкое применение крупные насосы типа WBC. Корпуса, рабочие колеса и всасывающие крышки этих насосов изготовлены из запатентованных заводом GIW легированных чугунов и хорошо сопротивляются высокоабразивным нагрузкам. Три лопасти рабочего колеса обеспечивают свободное прохождение твердых частиц с крупными размерами. Эти насосы не имеют классических колец щелевых уплотнений рабочего колеса. Торцевой зазор между колесом и корпусом предусмотрен только со стороны всасывания. Такая конструкция позволяет насосу работать без снижения гидравлических параметров на протяжении всего срока эксплуатации. Удачные конструктивные решения в исполнении насоса WBC были использованы для создания ряда высоконапорных износостойких бустерных насосов типа WSO.

Завод GIW имеет долгую историю в конструировании и изготовлении насосов и оборудования для землесосных снарядов. Глубокие исследования процессов транспортировки пульп, совершенствование конструкции насосов и технологии их изготовления позволили разработать модификации пульповых насосов различного назначения: LHD — низконапорные насосы с большими подачами (со специальным уплотнением, защищающим узлы подшипника от попадания жидкости), которые используются для землечерпалок; MHD — средненапорные насосы для отвода пульпы из зумпфов и от землесосных снарядов; HHD — основные насосы землесосных снарядов (с гидравлической частью, оптимизированной для высоких напоров). Геометрия проточной части насоса типа HHD положена в основу конструкции высоконапорных насосов для крупных бустерных установок. В этой конструкции предусмотрены три сменных бронедиска (два расположены на разных диаметрах со стороны всасывания и один — за рабочим колесом), а внешний корпус выполнен из стального литья. Высокое качество изготовления продукции GIW обеспечивается за счет применения прогрессивных технологий производства. Все важнейшие производственные стадии (от проектирования до испытания готовой продукции) контролируются в рамках единой системы качества фирмы KSB AG. Этим гарантируется, что с завода выйдет только технически совершенная продукция. Надежность насосного оборудования завода GIW подтверждается опытом его эксплуатации на предприятиях пяти континентов мира в течение 100 лет.

Журнал "Горная Промышленность" №5 1998