CC BY
3
УДК 622.51
ОДИН ИЗ ПУТЕЙ ОГРАНИЧЕНИЯ РАБОТЫ СЕКЦИОННОГО НАСОСА В РЕЖИМЕ АДГЕЗИОННОГО ИЗНАШИВАНИЯ
Рассмотрена одна из причин низкой долговечности узла гидропяты применительно к насосному оборудованию кимберлитовых рудников. Предложен новый способ диагностирования критического осевого сдвига ротора секционного насоса.
Ключевые слова: кимберлитовый рудник, рудничный водоотлив, шахтная вода, насос, гидропята, осевой сдвиг, адгезионный износ.
Жизнеобеспечение подземного горнодобывающего предприятия во многом зависит от надежности функционирования системы отведения шахтных вод из его горных выработок. За всю историю подземной добычи твердых полезных ископаемых произошло множество аварий, связанных с затоплением рудников. В Российской Федерации только за последнее десятилетие затоплению подвергались такие рудники как «Таймырский», «Октябрьский», «Удачный», а также «Мир», который полностью прекратил свою работу на неопределенный срок, что ознаменовалось большими финансовыми убытками [1].
Для откачки шахтных вод из шахт (рудников) на дневную поверхность преимущественно используются многоступенчатые насосы однопоточного исполнения [2 - 4].
Многолетняя практика эксплуатации указанного типа секционных насосов свидетельствует о низкой долговечности узла гидропяты, отвечающего за уравновешивание осевой силы, которая возникает в процессе работы насосного оборудования [5, 6].
Применительно к кимберлитовым рудникам отказы данного разгрузочного устройства являются основной причиной вывода насосов в текущие ремонты (рис. 1) [7, 8].
Другие элементы, (10 %
Рис. 1. Распределение отказов исследованных секционных насосов, повлекших к их выводу в текущие ремонты, по конструктивным
элементам
Н.П. Овчинников
Подшипниковые узль (26 %)
Узел гидравлической пяты.
(64 %)
Средняя наработка гидропяты варьируется от 200 до 800 ч в зависимости от условий эксплуатации и модели используемого насосного оборудования.
Одной из предпосылок низкой надежности разгрузочного устройства является систематическое задевание его деталей друг о друга в процессе работы насоса с критическим осевым сдвигом ротора (2,8...3 мм).
Для недопущения работы секционных насосов в аварийных режимах их оснащают датчиками осевого сдвига. Установлено, что этим датчикам могут быть характерны погрешности при измерениях, в результате чего, в случае достижения ротором критического осевого сдвига секционный насос может не отключиться и дальше продолжить работать, но уже в режиме адгезионного изнашивания [9].
Таким образом, поиск и обоснование нового способа диагностирования критического осевого сдвига ротора секционного насоса является актуальной задачей и представляет практический интерес со стороны производства.
Согласно визуальным осмотрам вышедших из строя рабочих колес секционных насосов, используемых на кимберлитовых рудниках, установлено, что на периферии их дисков систематически наблюдаются обширные адгезионные разрушения (рис. 2), которые являются результатом неравномерного затирания роторных деталей о составляющие корпуса [9].
Рис. 2. Характерные повреждения рабочих колес секционных насосов водоотливных установок кимберлитовых рудников
Таким образом приходим к закономерному выводу, что наступление критического осевого сдвига ротора секционного насоса должно в теории сопровождаться ухудшением вибрационного и теплового состояния подшипниковых узлов из-за дополнительного динамического нагружения, обусловленного затиранием роторных деталей об корпусные. Следует отметить, что повышение вибрации и температуры должно быть
характерно, в первую очередь заднему подшипникому узлу насоса, так как он расположен в непосредственной близости от разгрузочного устройства.
Линейные зависимости, полученные в результате регрессионного анализа, где зависимой величиной является осевой сдвиг X, а температура ¿под и СКЗ виброскорости Упод заднего подшипникового узла насоса -независимые величины, свидетельствуют об отсутствии тесных причинно-следственных связей между переменными (табл. 1).
Таблица 1
Результаты статистических исследований влияния факторов ¿под и уПод
на осевой сдвиг X
Исследован- Эмпирическая модель Коэффициент де-
ный объект терминации Я2
Насос № 1 ¿под = 11,67X + 23,64; 0,7;
Упод = -0,2Х + 8,84 0,006
Насос № 2 ¿под = 7,86Х + 24,46; 0,41;
Упод = 1,05Х + 6,07 0,76
Таким образом, констатируем, что применительно к водоотливным установкам кимберлитовых рудников повышение вибрации или температуры заднего подшипникового узла секционного насоса может быть только косвенным диагностическим признаком достижения ротором своего критического осевого сдвига.
Так как задевание деталей гидропяты друг о друга ведет к сильному нагреву воды, проходящей через торцевой зазор, то потенциальным диагностическим признаком достижения ротором насоса критического осевого сдвига может служить повышение температуры трубы разгрузки
¿труб.
В то же время результаты статистических исследований не подтвердили взаимосвязь между указанными параметрами (рис. 3, а-в).
5,5
и
1 ▲
1тр = 0.44Х+ 2,6 Я2 = 0,07
Г ДА
▼ ▼
1
5
0 4,5 4
| 3,5
м я. а. 3
1 2,5
и
Н 2
1,5 1
2 3
Осевой сдвигХ, мм
а
2 3
Осевой сдвигА', мм
б
и
а о.
с
г з
Гтр = 0,4Х+ 2,535 К2 = 0,07
♦ ♦ ♦-♦
О—♦-♦
2 3
Осевой сдвнг.Х, мм
в
Рис. 3. Зависимости температуры трубы разгрузки 1р от осевого сдвига
ротора X: а - в - № 1 - 318Н-200
Ухудшение работоспособности разгрузочного устройства сопровождается увеличением торцевого зазора Ьторц вследствие износа.
В публикации [10] отмечается, что повышение величины Ьторц сопровождается снижением силы уравновешивающей осевую силу в направлении крышки всасывания (рис. 4).
500000 400000 300000 200000 100000 о
\ \ А /?„, мм /о. мм
0,2 204 300
0,5 142 104 0.063
1 =0,5\ 0* 121 19 0072
.р-0.2
1—о и"^ м
V и,о Чл
N ч ь
0 0,05 0,10 0,15 0,20 0.25 „
"тора; ММ
Рис. 4. Зависимости силы Гд от торцевого зазора Ьторц при различных значениях коэффициента перепада давления в
В связи с тем, что утечки через гидропяту (1) зависят от величины зазора Ьторц, то их изменение в сторону повышения может быть результатом осевого смещения ротора вплоть до критического положения [11]:
дг = Яг + Ьторц-Ф-
-V
Б
(1)
где - наружный радиус кольцевой части гидропяты, мм; Ьторц - торцевой зазор между деталями гидропяты, мм; ф - параметр, характеризующий относительную длину кольцевой части гидропяты; в - коэффициент перепада давления; Ар - полный перепад давления на разгрузочном устройстве, Па; е - коэффициент потерь в торцовом зазоре.
Как видно из результатов регрессионного анализа (рис. 5: а-в), между утечками qг и осевым сдвигом X имеется прочная взаимосвязь, где коэффициент детерминации Я2 от 0,91 и выше.
9,5
и
ъ
£
9,5 9 8,5 8 7,5 7 6,5 6 5,5 5
I
цг - 1,365Х+ 4,64 Я2 = 0,93
7
/
£
9 8,5 8 7,5 7 6,5 6 5,5 5
2 3
Осевой сдвигА, мм
а
I
дв = 1,ЗХ+ 4,77 К2 = 0,91
У ♦
2 3
Осевой сдвигА', мм
б
9,5
9
о
% 8
?? Я V 7,5
м" ■ц 7
£
6,5
6
5,5
5
2 3
Осевой сдвпгХ, мм
в
Рис. 5. Зависимости утечек воды через гидропяту дг от осевого сдвига
ротора X: а - в - № 1- 318Н-200
Таким образом, доказано, что оперативно идентифицировать работу секционного насоса с критическим осевым сдвигом ротора можно с помощью расходомера, установленного на трубе разгрузки гидропяты.
Обязательным условием эффективного применения расходомера является отсутствие риска загрязнения его рабочей части механическими примесями [12].
По результатам выполненных исследований получены следующие выводы:
1. Применительно к водоотливным хозяйствам кимберлитовых рудников одной из причин низкой долговечности узла гидропяты являются частые сбои датчиков осевого сдвига, что систематически приводит к работе насосного оборудования в режиме адгезионного изнашивания.
2. Рассмотрены и исследованы потенциальные диагностические признаки достижения ротором секционного насоса критического осевого сдвига.
3. Статистическими исследованиями доказано, что осевой сдвиг ротора секционного насоса имеет тесную прямую взаимосвязь с утечками воды через гидропяту (Я2 = 0,91.. .0,93).
Список литературы
1. Зубов В.П., Смычник А. Д. Снижение рисков затопления калийных рудников при прорывах в горные выработки подземных вод // Записки Горного института. 2015. Т. 215. С. 29-37.
2. Долганов А.В. Влияние гидроабразивного износа элементов проточной части на эксплуатационные качества центробежных насосов медно-колчеданных рудников // ГИАБ. 2015. № 8. С. 181-186.
3. Долганов, А. В. Современное состояние рудничного водоотлива при отработке медноколчеданных месторождений Южного Урала // ГИАБ. 2009. № 2. С.12-15.
4. Паламарчук Т.Н. Кавитационные режимы шахтных насосов при положительной и отрицательной высоте всасывания // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2017. № 4. С. 204-219.
5. Паламарчук Н.В., Тимохина В.Ю., Паламарчук Т.Н. Причины неудовлетворительной работы автоматических уравновешивающих устройств центробежных высоконапорных насосов // Сб. науч. тр. Донецкого института железнодорожного транспорта. 2016. № 42. С. 65-71.
6. Тимухин С. А., Долганов А.В. О разработке шахтных центробежных секционных двухпоточных насосов // Известия Уральского государственного горного университета. 2014. № 2 (34). С. 39-41.
7. Овчинников Н.П., Зырянов И.В. Оценка долговечности секционных насосов подземных кимберлитовых рудников АК «АЛРОСА» // Горный журнал. 2017. № 10. С. 41-44.
8. Овчинников Н.П. Один из путей повышения долговечности гидравлической пяты секционного насоса // Записки Горного института. 2021. Т. 248. С. 53-57.
9. Овчинников Н.П. О контроле за техническим состоянием узла гидравлической пяты секционного насоса // Горный информационно -аналитический бюллетень. 2023. № 10. С. 56-73.
10. Карева Е.В., Панаиотти С. С., Савельев А.И. Автоматизированное проектирование автоматических устройств для уравновешивания осевых сил в центробежных насосах. Руководство пользователя. Калуга: Издательство КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. 40 с.
11. Тимохин Ю.В., Паламарчук Т.Н. Результаты исследований осевой силы ротора и параметров автоматических уравновешивающих устройств центробежных секционных насосов // Сб. науч. тр. Донецкого института железнодорожного транспорта. 2017. № 45. С. 32-42.
12. Абзалилова Ю.Р., Выдрин В.Ф., Галимуллина Э.Э. Методы измерения расхода // Научные исследования. 2017. № 2(13). С. 20-21.
Овчинников Николай Петрович, канд. техн. наук, доцент, директор, ovchinnlar1986@,mail.ru, Россия, Якутск, Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова
ONE OF THE WAYS TO LIMIT THE OPERATION OF THE SECTIONAL PUMP
IN THE ADHESIVE WEAR MODE
N.P. Ovchinnikov
One of the reasons for the low durability of the hydraulic loading unit applied to pumping equipment of kimberlite mines is considered. A new method for diagnosing the critical axial shift of the rotor of a sectional pump is proposed.
Key words: kimberlite mine, mine drainage, mine water, pump, hydraulic loading unit, axial shift, adhesive wear.
Ovchinnikov Nikolay Petrovich, candidate of technical sciences, docent, director, ovchinnlar1986@,mail. ru, Russia, Yakutsk, North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov
Reference
1. Zubov V.P., Smychnik A.D. Reducing the risks of flooding of potash mines during breakthroughs in underground water workings // Notes of the Mining Institute. 2015. Vol. 215. pp. 29-37.
2. Dolganov A.V. The influence of waterjet wear of the elements of the flow part on the performance of centrifugal pumps of copper-pyrite mines // GIAB. 2015. No. 8. pp. 181186.
3. Dolganov, A.V. The current state of mine drainage during mining of copper-pyrite deposits of the Southern Urals // GIAB. 2009. No. 2. pp.12-15.
4. Palamarchuk T.N. Cavitation modes of shaft pumps at positive and negative suction heights // Proceedings of Tula State University. Earth Sciences. 2017. No. 4. pp. 204-219.
5. Palamarchuk N.V., Timokhina V.Yu., Palamarchuk T.N. Reasons for unsatisfactory operation of automatic balancing devices of centrifugal high-pressure pumps // Collection of scientific tr. Donetsk Institute of Railway Transportation. 2016. No. 42. pp. 65-71.
6. Timukhin S.A., Dolganov A.V. On the development of shaft centrifugal sectional two-flow pumps // Izvestiya Uralskogo gosudarstvennogo gornogo universiteta. 2014. No. 2 (34). pp. 39-41.
7. Ovchinnikov N.P., Zyryanov I.V. Evaluation of the durability of sectional pumps of underground kimberlite mines of AK ALROSA // Mining Journal. 2017. No. 10. C. 41-44.
8. Ovchinnikov N.P. One of the ways to increase the durability of the hydraulic heel of a sectional pump // Notes of the Mining Institute. 2021. Vol. 248. C. 53-57.
9. Ovchinnikov N.P. On the control of the technical condition of the hydraulic heel assembly of the sectional pump // Mining information and analytical bulletin. 2023. No. 10. pp. 56-73.
10. Kareva E.V., Panaiotti S.S., Saveliev A.I. Automated design of automatic devices for balancing axial forces in centrifugal pumps // User's Guide. Kaluga: Publishing House of the Moscow State Technical University named after N.E. Bauman. 2009. 40 p.
11. Timokhin Yu.V., Palamarchuk T.N. The results of studies of the axial force of the rotor and the parameters of automatic balancing devices of centrifugal sectional pumps // Sb. nauch. tr. Donetsk Institute of Railway Transport. 2017. No. 45. pp. 32-42.
12. Abzalilova Yu.R., Vydrin V.F., Galimullina E.E. Methods of measuring progress // Scientific research. 2017. No. 2(13). pp. 20-21.
УДК 622-1/-9; 621.983
НАПРЯЖЕННОЕ И ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ В РИФЛЕНОЙ ОБОЛОЧКЕ ПРИ ВОЛОЧЕНИИ
В. Д. Кухарь, С.С. Яковлев, Ю.С. Галкин
Рассматриваются важность и актуальность обработки металлов давлением в таких отраслях промышленности, как горнодобывающая и горнообрабатывающая. Основное внимание уделяется проблеме оптимизации производства металлических заготовок, в частности, с фокусом на процесс штамповки для получения деталей с рифленой поверхностью. Предлагается новый метод рифления, который объединяют операции волочения и рифления для снижения материалоемкости штамповой оснастки, временных и финансовых затрат по сравнению с традиционными методами обработки, такими как накатывание и механическая обработка. В рамках исследования было выполнено компьютерное моделирование с использованием программного комплекса QForm для анализа возможностей нового способа обработки и оценки напряженно-деформированного состояния заготовки. Моделирование показало, что предложенная технология эффективно решает поставленные задачи, позволяя получать изделия нужной формы и размеров. Также в работе делаются выводы о возможностях применения новой технологии для производства деталей с внешними рифлями.
Ключевые слова: горные машины, машиностроение, компьютерное моделирование, рифление, штамповая оснастка, новый способ, напряженно-деформированное состояние.
В современном мире значимость обработки металлов давлением с каждым днем только возрастает. Металлические конструкции и детали используются в горнодобывающей и обрабатывающей промышленности,
