Технічні науки/2.Механіка

Іванова Л. В.

Криворізький коксохімічний технікум

Національної металургійної академії України

Визначення зусиль та впливу від руху пульпи на робоче колесо насосу

Однією із найважливіших проблем, актуальність якої пов’язана із підвищенням ефективності видобутку корисних копалин, є обґрунтування надійних критеріїв оцінки проектних рішень та варіантів розвитку гірничих робіт. В старій системі диспозиції вода і тверді тіла відокремлювалися в 1,000 резервуарах місткості обґрунтовування. Як тільки резервуар наповнений, густі грязі тимчасово відчужили ін'єкцією води і перенеслися придатним для дії води насосом до відстійників, де тверді тіла підтримувалися у підвішеному стані стислим повітрям. Проте, видобуток копалин завжди знаходяться на збільшеній глибині, що потребує застосування більш технологічної системи водовідведення із застосуванням високо-напірних багато ступінчатих відцентрових насосів.

Концентрація твердих тіл у пульпі (шахтних водах) складає від 5,0 до 13,5 мг/л при НР від 5,4 до 7,9 і загальній сумі розчинних мінеральних речовин до 105 тисяч одиниць. У даних умовах роботи при глибині 800м нижче нульової відмітки найкраще себе зарекомендували насоси ЦНС 300/300 із реальною продуктивністю 137,5 м³/годину.

На горизонтах стволів у насосних станціях розташовуються по 3-5 насосних установок, що обов’язково обладнанні вакуум-баком та захисними сітками-фільтрами для очистки від крупних домішок. Рідинна суміш по трубопроводам шахтної системи переміщується як само стіканням – найчастіше на верхніх горизонтах, так і турбулентно із утворенням гідравлічних ударів та можливого помпажу (коливань, які виникають в системі машина – мережа) та небезпечна вібрація. Різка зміна подачі викликає велике динамічне навантаження на обертові деталі машини і може привести до серйозної аварії останньої. У таких випадках робота насоса здобуває нестійкий характер. Його режим стає несталим; відбувається різка, стрибкоподібна зміна подачі, напору та потужності, витрата рідини в мережі відрізняється від подачі машини.

Рисунок 1. Характеристика роботи наcoсу зі зміною характеристики мережі

Напірна характеристика насоса, перетинає характеристику мережі у двох крапках. У цьому випадку нестійкий режим виникає тоді, коли подача насоса стає менше подачі при максимальному напорі (рисунок 1). Неважко помітити, що робоча крапка переміститься убік меншого значення подачі насоса Q. Якщо витрата в мережі стане менше Q_K, а при даній подачі насоса характеристика мережі буде дотичною до характеристики насоса, то подальше підвищення р_ст приведе до зриву роботи насоса. Він припинить подачу й перейде на режим холостого ходу (Q — 0), тому що тиск, створюваний їм, не зможе перебороти опір мережі. Таким чином, у розглянутому випадку причиною нестійкої роботи (коливання Q й Н) є збільшення тиску в напірній лінії в порівнянні з тиском, створюваним насосом, що приводить до зміни напрямку потоку рідини. Робота насоса буде завжди нестійкою при наявності характеристики, зображеної на рисунку 1, тобто при існуванні двох робочих крапок. Усталена робота в цьому випадку може бути лише за умови використання подач, більших Q_K. Щоб зменшити ці негативні впливи в трубопроводах і навіть течіях застосовується найпростіша форма демпферуючих пристроїв це діафрагмами із акумуляторами азоту, щоб поглинути частину пульсації, створеної на ударі ходу.

Важливе значення для зменшення нестійкої області напірної характеристики насоса має зменшення втрат на віхороутворювання при малих подачах. З метою одержання безупинно падаючої характеристики доцільно, крім зменшення кута нахилу лопаток і їх числа, збільшити швидкість, подовжити робочі лопаті за рахунок винесення їх убік всмоктувального патрубка й застосувати робоче колесо з більшими n_s Випробовування, показали, що в області малих подач з'являються сильні зворотні плини на виході робочого колеса. Утворенню сильних зворотних струмів сприяють максимальне продовження лопаток робочого колеса убік входу й негативні кути атаки на розрахунковому режимі. Треба, однак, мати на увазі, що зворотні струми викликають закручення потоку перед колесом, приводять до додаткових гідравлічних втрат. Гасіння закручення в насосах може бути здійснене за рахунок продовження лопат напрямних апаратів у радіальному й осьовому напрямках і скорочення до мінімуму кільцевого простору перед робочим колесом.

Зниження тиску в насосі до критичного може бути викликано різними причинами місцевого або загального характеру. До причин місцевого характеру, що залежить від насоса, відносять: більші швидкості рідини на вході в робоче колесо внаслідок стиску потоку; відхилення лінії струму від заданих траєкторій при зміні напрямку потоку, а також при обтіканні виступаючих частин; більші опори внаслідок, шорсткості й нерівностей поверхонь на вході в насос; відрив потоку від обмежуючих поверхонь; несталий режим роботи при пуску, зупинці. Причинами загального характеру, які приводять до зниження тиску до критичного, можуть бути: зниження абсолютного тиску в системі, звідки забирається рідина за рахунок значних втрат в прийомної лінії (засмічення трубопроводу). Кавітація, як правило, супроводжується погіршенням характеристик насосу (зниженням напору, подачі, К.К.Д.), звуковими ефектами (шумом, тріском), вібрацією та ерозійним руйнуванням елементів конструкцій. Кавітаційні характеристики дозволяють установити початок впливу кавітації на енергетичні характеристики машини, однак вони не дають можливість уловити зародження кавітації, а отже, і встановити початковий момент ерозійного руйнування елементів машини. Практика підтверджує, що ерозія починається задовго до зниження енергетичних характеристик. Перспективним методом, за допомогою якого можна встановити момент зародження кавітації, а отже, і початок ерозійного руйнування матеріалу, є вібро-акустичний метод. У цьому випадку за допомогою шумових спектрів можна з достатньою вірогідністю визначити початок процесу кавітації, його розвиток і пов'язані з ним руйнування. Самий небезпечний наслідок кавітації - це ерозійне руйнування елементів машин. Найпоширенішою є ударна гіпотеза ерозійного руйнування. Суть її полягає в тому, що в момент руйнування кавітаційного пухирця (каверни) місцевий тиск досягає дуже більших значень, виникають місцеві гідравлічні удари та напруження, що перевищують межі міцності матеріалу елементів, найчастіше робочого колеса.

Після детального вивчення впливу потоків шахтних вод із механічними домішками у трубопроводах та насосах водовідведення виникає необхідність вирішення проблеми збільшення терміну роботи робочого колеса насосу, що підлягає найбільшому навантаженню.

Литература:

1. Бобровский С.А., Соколовский С.М. Гидравлика, насосы, компрессоры. – М.: Недра, 1972.- 296с

2. Лобачев П.В. Насосы и насосные станции.- 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1990. – 320с.

3. Семидуберский М.С. Насосы, компрессоры, вентиляторы. - М.: Высш.школа, 1974. - 232с

4. Чугаев Р.Р. Гидравлика. – Л.: Энергия, 1975. – 600с

Іванова Людмила Володимирівна

Вул. Водоп'янова 4 кв. 36

м. Кривий Ріг

Дніпропетровської обл.,

50038

Тел. 8(0564)911889

Криворізький коксохімічний технікум

Національної металургійної академії України

Викладач вищої категорії