Пневмонасос ТА-14Б (рис. 5.1) состоит из приемной камеры 3, напорного консольного шнека 4, установленного на валу электродвигателя 1, смесительной камеры 8 с обратным клапаном 7 и рамы 11, на которой смонтированы все узлы насоса.
Рис. 5.1. Пневмовинтовой насос ТА-14Б:
1 – электродвигатель; 2 – уплотнение; 3 – корпус; 4 – шнек; 5,6 – гильза;
7 – обратный клапан; 8 – смесительная камера; 9 – аэроднище; 10 – сопло; 11 – рама
Внутри трубы приемной камеры установлены броневые гильзы 5 и 6. Узел уплотнения 2 состоит из винтовой отбойной втулки и асбестографитового сальника. Ось обратного клапана расположена в выносных подшипниковых опорах, находящихся под действием атмосферного давления. Опоры клапана оборудованы сальниковым уплотнением из асбестографитового шнура.
Смесительная камера имеет съемное аэроднище, в котором установлен бельтинг. Ввод сжатого воздуха в смесительную камеру производится через центральное сопло 10 и аэроднище, к которым подведены трубопроводы, оборудованные вентилями.
Подача части сжатого воздуха в смесительную камеру через микропористую перегородку (азроднище) способствует лучшей аэрации материала и снижению потерь напора при его транспортировании. Сопротивление пористой перегородки обычно не превышает 0,03 МПа при обеспечении необходимой очистки и осушки сжатого воздуха.
Работа пневмонасоса осуществляется следующим образом: материал из бункера или силоса поступает в приемную камеру, из которой напорным шнеком перемещается в смесительную камеру. В ней он подвергается интенсивному аэрированию сжатым воздухом, поступающим через аэроднище. Под воздействием избыточного давления сжатого воздуха, поступающего через сопло, аэрированный материал перемещается по транспортному трубопроводу к месту приемки. Нормальная работа пневмовинтового насоса в значительной мере зависит от диаметра и шага навивки шнека. Уплотнение материала между витками и создание «пылевой пробки» из материала перед обратным клапаном должны исключить прорывы сжатого воздуха из смесительной камеры через шнек. Транспортируемый материал, поступивший в приемный силос, из-за потери скорости и под воздействием силы тяжести осаждается в нижней части, а транспортирующий воздух удаляется отсасывающим вентилятором в атмосферу через систему аспирации. Пневмонасосы ОАО «Строительные машины» представлены на рис. 5.2.
Рис. 5.2. Пневмовинтовые насосы ОАО «Строительные машины»
ЗАО «Бецема» выпускает ряд типоразмеров винтовых пневмонасосов, одна из их моделей показана на рис. 5.3.
Рис. 5.3. Пневмовинтовой насос ТА-40А:
1 – электродвигатель; 2 – корпус подшипником; 3 – узел уплотнения;
4 – загрузочный корпус; 5 – шибер; 6 – шнек; 7 – воздушный коллектор;
8 – смесительная камера; 9 – обратный клапан; 10 – гильза; 11, 12 – рама
Пневмонасос состоит из следующих сборочных единиц: двигателя, установленного на отдельной раме; упругой втулочно-пальцевой муфты; загрузочного корпуса с шибером; напорного шнека; разъемного цилиндра с броневыми втулками; смесительной камеры с обратным клапаном; рамы, на которой смонтированы перечисленные сборочные единицы.
Уплотнение вала установлено на загрузочном корпусе и состоит из трех колец сальниковой набивки, разделенных между собой стальными кольцами. Вал защищен от износа втулкой с резьбой прямоугольного профиля, препятствующей попаданию транспортируемого материала в сальниковую камеру. Для защиты уплотнения к нему подводится также сжатый воздух.
Основным рабочим органом является напорный шнек, консольно установленный на валу корпуса подшипников. Напорный шнек выполнен с уменьшающимся к выходному концу шагом навивки. Между концом шнека и обратным клапаном образуется зона уплотненного транспортируемого материала («пылевая пробка»). Усилие прижима обратного клапана регулируется установкой груза на наружном рычаге клапана.
Рис. 5.4. Пневмовинтовые насосы фирмы «Бецема»
Воздушная камера имеет форсунки с металлокерамическими соплами, ориентированными в центр транспортного трубопровода. Ряд моделей пневмонасосов ЗАО «Бецема» представлены на рис. 5.4. В пневмонасосах моделей ТА-54 и ТА-54-1 (рис. 5.5) напорный шнек установлен на двух опорах, а смесительная камера изменяет направление движения материала. Наличие второй опоры шнека (за смесительной камерон) исключает возможность задевания шнека о броневую гильзу во время работы и новообразования, что позволяет транспортировать взрывоопасные материалы.
Рис. 5.5. Пневмовинтовые насосы ТА-54 и ТА-54-1 фирмы «Бецема»
Напорные шнеки всех пневмовинтовых насосов имеют упрочненные рабочие поверхности витков и концевой части вала, что обеспечивается износостойкой наплавкой электродами или порошковой лентой.
Внутренняя поверхность броневых гильз имеет продольные валики, выполненные из износостойкой наплавки (у насосов, выпускаемых ОАО «Строительные машины») или сплошную наплавку у насосов фирмы «Бецема».
Пневмовинтовой насос устанавливается под силосом или бункером. Транспортируемый материал при открывании шиберного или секторного затвора поступает в загрузочную камеру, откуда напорным шнеком перемещается в смесительную камеру через обратный клапан.
Очищенный от влаги и масла сжатый воздух, поступающий в смесительную камеру, аэрирует материалы и перемещает его по транспортному трубопроводу к месту разгрузки. Распределение материала в несколько силосов осуществляется дистанционно управляемыми двухходовыми переключателями. Транспортирующий воздух перед выводом в атмосферу очищается в аспирационной камере, оборудованной фильтрами и вытяжным вентилятором. На параметры работы пневмовинтового насоса существенно влияют дальность транспортирования и конфигурация трассы трубопровода.
С увеличением дальности снижается производительность пневмонасоса, возрастают расход воздуха и сопротивление транспортной линии. Соответственно возрастают противодавление в смесительной камере и мощность, потребляемая электродвигателем привода шнека.
Работа пневмовинтовых насосов, особенно при транспортировании абразивных материалов, сопровождается несколькими видами износа:
— абразивный (рабочие поверхности шнека, броневых гильз, детали уплотнения, тарелка обратного клапана);
— ударно-абразивный (верхняя часть витков шнека, броневые гильзы);
— газоабразивпый (шнек н зоне последних напорных витков, броневые гильзы, детали уплотнения обратного клапана, смесительные камеры, материалопроводы).
Для устойчивой и надежной работы пневмовинтовых насосов и соответствия их техническим характеристикам необходимо в течение длительного времени сохранять минимальный зазор между шнеком и броневой гильзой (1,0 – 1,5 мм на сторону). На это направлены конструктивные и технологические решения основных узлов, в том числе упрочнение изнашиваемых поверхностей, осуществляемое всеми фирмами-изготовителями. Для наплавки используются твердосплавные электроды Т-590, Т-620, ОЗН-6, износостойкая порошковая лента ПЛ-АН-101 ТУ 14-1-4208-87.
Наплавка при изготовлении шнеков выполняется на специальных установках в автоматическом режиме (в т. ч. при изготовлении шнеков методом навивки из полосы).
Броневые гильзы, упрочненные наплавкой продольными валиками из твердосплавного материала, имеют ресурс работы в 2–4 раза больше, чем гильзы с гладкой термообработанной внутренней поверхностью. Однако наличие валиков повышает удельные энергозатраты на транспортирование до 8% в начальный период эксплуатации пневмоустановки. Разработано несколько вариантов конструкций броневых гильз, износостойкие элементы которых выполнены в виде металлических планок, перемещаемых в радиальном направлении по мере абразивного износа пары шнек-гильза (рис. 5.6).
Рис. 5.6. Шнеконапорный механизм пневмовинтового насоса:
1 – напорный шнек; 2, 3 – броневые гильзы;
а – варианты уплотнения наплавкой поверхностей витков напорного шнека;
б – броневая гильза с упрочнением рабочей поверхности наплавкой валиковыми швами;
в – варианты шнеконапорного механизма с применением износостойких регулируемых планок
За рубежом длительное время осуществляется производство и совершенствуются конструкции пневмовинтовых насосов. Ведущими фирмами являются Fuller (США) и Claudius Peters Technologies (ФРГ).
Пневмонасос данной модификации (рис. 5.8) состоит из приемной камеры 3, в которой установлены корпус 1 роликоподшипника и узел уплотнения 2. В корпусе 9 установлен второй узел уплотнения 10 и упорный шарикоподшипник 11. Напорный шнек 4 смонтирован в подшипниках 1 и 11 и перемещает транспортируемый материал в броневых гильзах 5, 6 и 7. Обратный клапан 8 расположен на оси. установленной в опорах корпуса 9, под которым расположена смесительная камера 12 с соплом 13. Подача сжатого воздуха осуществляется через коллектор 14. Все узлы пневмонасоса монтируются на корпусе 15. Привод шнека осуществляется от электродвигателя либо непосредственно через муфту, либо с применением клиноременной передачи.
Рис. 5.8. Пневмовинтовой насос серии X фирмы Claudius Peters Technologies:
1 — корпус подшипника; 2 — уплотнение; 3 — приемная камера; 4 – напорный шнек;
5, 6, 7 — броневые гильзы; 8 — обратный клапан; 9 — корпус; 10 — уплотнение;
11- корпус подшипника; 12 — смесительная камера; 13- сопло;
14 — коллектор сжатого воздуха; 15 – корпус
Данная конструкция пневмонасоса обеспечивает плавность вращения шнека, исключает искрообразование и позволяет осуществлять различные варианты расположения смесительной камеры в самых неудобных для работы помещениях. Отсутствие искр при работе шнека гарантирует безопасную эксплуатацию при транспортировке легко воспламеняющихся пылевидных материалов, например, угольной пыли.
При нормальном исполнении пневмонасоса может транспортироваться материал при температуре до 200 °С. при исполнении с водяным охлаждением – до 400 °С. Для взрывоопасных материалов (угольная пыль, сажа и т. п.) предусмотрено защитное исполнение, при этом температура транспортируемого материала не должна превышать 100 °С.
В зависимости от величины гранулометрического состава и свойств подлежащего транспортированию материала, фирма Claudius Peters Technologies, ссылаясь на разработанные ею диаграммы, указывает возможные режимы работы и величину допускаемого противодавления. В ряде случаев рекомендуется проведение крупномасштабных испытаний в лаборатории фирмы.
При выборе режима работы пневмонасоса должны учитываться твердость и абразивность транспортируемых материалов, которые отнесены к трем группам:
Группа 1 – агрессивные пылевидные, мелкозернистые и гранулированные материалы: бокситы, глинозем, доломит, зола с высоким содержанием Si02. известковая крошка, керамический лом. карбиды, коксовая мука, корунд, клинкерная пыль, кварцевый песок, медный концентрат, полевой шпат, стеклянная мука, фосфат, шамотная мука, шлаковая мука, цемент.
Группа 2 – нормальные пылевидные и мелкозернистые материалы: апатит, бентонит, золы с малым содержанием SiO2, известняковая мука. и:ше< ипшый азот, негашеная известь, угольная пыль, сульфат натрия, сырьевая мука. соль, сульфат бария, сода кальцинированная, фосфат.
Группа 3 – сравнительно не абразивные материалы: гипс, гидрат извести, каолин, красящие пигменты, корма, мел, пластмассы (порошкообразные и гранулированные), окись свинца.
В зависимости от группы материала выбирается максимально допустимая частота вращения шнека и величина давления транспортирующего воздуха. В пневмонасосах серии X фирмы Claudius Peters Technologies частота вращении шнека может составлять от 610 до 1485 мин-1, в необходимых случаях применяется клиноременная передача для привода шнека от электродвигателя.
Пневмонасосы Fuller-Kompact моделей 6IV и 6IVL (рис. 5.9) применяются для транспортирования сыпучих грузов, доставляемых в железнодорожных вагонах бункерного типа. Привод шнека осуществляется клиноременной передачей от электродвигателя, смонтированного над корпусом, в котором установлен вал шнека. Это позволяет уменьшить длину пневмонасоса и монтировать его под железнодорожной колеей. Между приемным корпусом насоса и разгрузочным отверстием вагона необходимо установить шиберный или секторный затвор. Каждый типоразмер насоса комплектуется фирмой-изготовителем воздуходувкой низкого давления соответствующей производительности. При необходимости подачи выгружаемого материала только по вертикали, к смесительной камере насоса присоединяется специальный аэрационный патрубок, изогнутый на 90°.
Рис. 5.9. Пневмовинтовые насосы фирмы Fuller (США):
а – Fuller-Kompact 61V; б – тип М
Представляет интерес проводимая фирмой Fuller-Kovako программа по замене нормально изношенных и пригодных для ремонта узлов всех моделей пневмовинтовых насосов, изготовлявшихся ранее и изготовляемых в настоящее время. Благодаря данной программе заказчик может заменить ключевые рабочие узлы насоса отремонтированными и проверенными на заводе-изготовителе узлами, цена которых будет меньше новых узлов. К этим узлам относятся шнеки, уплотнения, опорные подшипники. Заказчику предоставляется необходимая информация для оценки состояния изношенных узлов и целесообразности и возможности их ремонта или замены.