В системах водоотведения в карьерах и хвостохранилищах все чаще используют полупогружные турбинные насосы. Компания ITT Goulds Pumps производит насосы с 1861 г. и занимает одно из ведущих мест в мире. После объединения с компанией AC-Pumps – лидером американского рынка по производству шламовых насосов – насосы ITT Goulds Pumps были усовершенствованы благодаря ряду совместных разработок двух крупнейших производителей США. Сейчас такие конструкторские решения, как футеровка каучуком и динамическое уплотнение, используются в насосах различных производителей по всему миру.

Одним из примеров использования систем водоотведения является система, установленная компанией ITT Goulds Pumps в карьере золотодо бывающей компании Yanacocha (Перу).

Основными сложностями, с которыми столкнулась компания Yanacocha при ее установке, являлись: необходимость отвода большого количества воды – до 10 тыс. м3/ч на высоту 60 м; cодержание в перекачиваемой среде большого количества взвесей и растворенных солей; переменный уровень воды в зумпфе (что существенно затрудняет использование насосов с двусторонним входом в связи с переменным значением допускаемого кавитационного запаса – NPSH); отсутствие возможности проведения капитальных работ при монтаже насосных агрегатов.

Рис. 1. Общий вид полупогружного турбинного насоса VIT

Задачу водоотведения можно решить различными способами. На данный момент наиболее распространены системы на базе насосов с двусторонним входом (типа российских Д) и многоступенчатых насосов (типа российских ЦНС). Также встречаются системы на базе погружных насосов (типа ITT Flygt).

Однако все они наряду с очевидными преимуществами имеют и целый ряд недостатков. Одной из проблем, которая встает перед потребителями, является необходимость обеспечения достаточного подпора на входе в насос. Эта задача усложняется в связи с тем, что уровень воды в зумпфе, как правило, переменный и колеблется в широких пределах (большинство центробежных насосов очень чувствительны к изменению уровня на входе в пределах 1–2 м). Данная проблема может быть решена путем применения погружных насосов, что оправдывает себя в случае использования насосов мощностью не более 400 кВт. Однако это решение не позволяет обеспечить высокий напор и является более дорогим по сравнению с использованием насосов с «сухими» двигателями.

Вторая проблема, которую необходимо принимать во внимание при выборе насосного оборудования для подобных задач, – его максимальный напор. Эту задачу можно решить как путем установки насосов последовательно в несколько ступеней, так и использованием многоступенчатых насосов. Первый вариант предусматривает существенное увеличение затрат на обслуживание насосов, подведение электропитания, обустройство мест под монтаж насосов (что не всегда возможно) и т. п. Второй вариант также имеет некоторые ограничения. В частности, многоступенчатые насосы подвержены большему абразивному износу при перекачивании жидкостей с содержанием твердых частиц. Особенно это отражается на первой (всасывающей) ступени. Она принимает на себя частицы с острыми кромками. За счет большой скорости потока на входе в рабочее колесо эти частицы наносят максимальный ущерб рабочему колесу и направляющему аппарату. Кроме того, при использовании многоступенчатых насосов необходимо обратить внимание на промежуточные подшипники, установленные в насосе. Как правило, в подобных насосах используются подшипники скольжения. Это также может вызывать определенные сложности, особенно если подшипники смазываются перекачиваемой средой и не имеют внутренней промывки или не заполнены консистентной смазкой. В этом случае ресурс подшипников и вала существенно снижается.

Принимая во внимание вышеизложенное, в качестве решения задачи водоотведения были выбраны полупогружные турбинные насосы VIT производства ITT Goulds Pumps типоразмером VIT 28GXC, установленные на понтоне и соединенные гибкими трубопроводами. Таким образом, была достигнута минимальная восприимчивость насоса к колебанию уровня воды в зумпфе, так как всасывающая ступень находится ниже уровня воды при постоянно высоком значении NPSH.Основные технические характеристики установленных на понтоне полупогружных турбинных насосов VIT 28GXC:

• расход перекачиваемой жидкости в рабочей точке – 3645 м3/ч;
• напор в рабочей точке — 70 м;
• диаметр ступени — 24";
• уплотнение — сальниковое;
• мощность двигателя — 969 кВт;
• частота вращения — 1190 мин–1;
• масса — около 9 т.

В связи с отсутствием чистой воды для промывки подшипников скольжения было принято решение применить локальное упрочнение поверхности вала с целью снижения абразивного износа и использования композитного материала в подшипниках. Это позволило существенно увеличить ресурс подшипников скольжения. За два года эксплуатации существенных нарушений в работе подшипников не выявлено. Требуемый напор обеспечивается с помощью одного насоса. В данном случае использована двухступенчатая конструкция, так как напор, который необходимо обеспечить, невелик.

Всего в системе установлено пять насосов (3 рабочих + 2 резервных). Расход 10 тыс. м3/ч можно было бы обеспечить даже одним насосом VIT (максимальный расход 15 тыс. м3/ч), но ограничения по электрической мощности потребовали установки насосов мощностью не более 1 мВт.

Рабочее колесо насоса, выполненное из стали, с двухсторонним входом, позволило обеспечить необходимый уровень столба жидкости над входом в насос (в крайней нижней точке насосы практически касаются грунта и уровень воды очень невысок), а также существенно уменьшить скорость на входе в колесо и сократить его абразивный износ. После прохождения первой ступени абразивные частицы «обкатываются» и лишаются большинства острых граней, поэтому рабочие колеса остальных ступеней были изготовлены из более дешевого материала.

Рис. 2. Поперечное сечение полупогружного турбинного насоса VIT 28GXC производства ITT Goulds Pumps

В связи с наличием в перекачиваемой среде растворенных солей возникла проблема не только абразивного износа, но и химического. Эта задача была решена путем изготовления рабочих колес из нержавеющей стали марки 316SS. При наличии агрессивных сред может быть использована любая комбинация стандартных материалов. Для эксплуатации в особо агрессивных средах насосы VIT могут быть выполнены из любого металла, подвергающегося механической обработке.

С целью обеспечения большего расхода перекачиваемой жидкости турбинные насосы VIT могут быть модернизированы. Это достаточно стандартная практика. В корпорации ITT подобными модернизациями по всему миру занимается сервисное подразделение ITT ProService. В шахте компании Yanacocha насосы VIT28GXC эксплуатируются с 2006 г., и на данный момент никаких сбоев в их работе не зафиксировано. Контроль за состоянием насосов и двигателей осуществляется датчиками температуры двигателя и датчиками вибрации, установленными на напорном патрубке насосов и в двигателях. Использование современных турбинных насосов позволило существенно сократить затраты на установку насосов и обеспечить долгосрочную и надежную работу системы.

В России турбинные агрегаты с погружными двигателями эксплуатируются в АК «АЛРОСА» для водоотлива карьера «Мир» по одноступенчатой схеме. В Мурманской области для осушения Коашвинского карьера Восточного рудника ОАО «Апатит», входящего в группу компаний «ФосАгро», в 2010 г. введена в эксплуатацию Центральная перекачная насосная станция с турбинными насосами VIT. Всего в системе восемь насосных агрегатов VIT-FF18x24ELC, установленных на станции II подъема гор.+64 м карьера и откачивающих воду на отм. +298 м. Насосы включены в четыре напорных водовода по два насоса параллельно на один водовод. Производительность одного насоса 1600 м3/ч, напор 250 м. В весенний и осенний паводок нагрузка на станцию составляет до 12 тыс. м3/ч. В работе одновременно могут находиться восемь насосов. Объем откачиваемых карьерных вод в отдельные годы может превышать 30 млн м3. Агрегаты оснащены датчиками температуры подшипников и обмоток статора электродвигателя, датчиками вибрации, интегрированными в видеографический регистратор Метран 910-12-8-ГП. Схема управления насосными агрегатами обеспечивает ремонтный запуск, дистанционное и автоматическое включение. Для управления электродвигателями насосов применены ячейки ЯВП-6-630, спроектированные и изготовленные компанией «Объединенная энергия» (г. Москва). За время эксплуатации отказов в работе насосных агрегатов не наблюдалось, техническое обслуживание проводится согласно директиве завода-изготовителя, обслуживание практически сводится к плановой замене масла после 4 тыс. часов наработки, визуальным осмотрам агрегатов и контролю параметров работы.

Рис. 3. Рабочее колесо первой ступени насоса, эксплуатирующегося в условиях недостаточного подпора на входе

Вертикальные турбинные насосы Goulds с их особенной гидравлической конструкцией рабочей ступени, включают новейшие технические достижения. Благодаря этому они могут использоваться в широком диапазоне рабочих условий, практически для любых производственных нужд при максимальной производительности 14762 м3/ч, с напором до 1067 м, с длиной погружной части до 400 м. Универсальность конструкции насосов VIT позволяет удовлетворять специфические требования эксплуатационников, в том числе низкая стоимость закупки, простота технического обслуживания, высокая экономичность работы или возможность эксплуатации в тяжелых условиях.