Технические науки/13. Охрана труда

Аспирантка Китаева С. А.

Государственный Макеевский научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности (МакНИИ), Украина

Д.т.н, проф Гуляев В. Г.

Государственный Донецкий национальный технический университет (ДонНТУ), Украина

ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ДОСТИЖЕНИЯ БЕЗОПАСНЫХ УРОВНЕЙ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСОВ

Важной научно-технической проблемой в угольной отрасли является создание безопасного, высокопроизводительного и надежного оборудования очистных комплексов и, в частности, гидроэнергетических установок (ГЭУ) для систем гидропривода механизированных крепей (МК).

В системах гидропривода современных МК находят широкое применение высоконапорные насосные агрегаты (ВНА) с кривошипно-шатунными механизмами (КШМ). Последние являются активными источниками вибрации и шума, которые снижают надежность ВНА и всей системы гидропривода МК, а также оказывают отрицательное воздействие на обслуживающий персонал и окружающую среду. Поэтому важной научно-технической задачей является разработка рекомендаций по совершенствованию ВНА и насосной станции в целом с целью повышения их надежности и безопасности функционирования.

В работе [1] впервые выполнены анализ и систематизация источников вибрации в составе современны ВНА, а также рассмотрены возможные пути снижения их виброактивности.

В исследованиях [2, 3] установлены крутильные колебания резонансного характера в приводе ВНА СНТ 32 и СНТ 40, показана необходимость учета динамических свойств электропривода ВНА при определении амплитуд крутильных колебаний, неравномерности угловой скорости приводных двигателей и коэффициентов динамичности при силовом и кинематическом возбуждении в системе.

В работе [4] рассмотрены, вопросы влияния динамических свойств ВНА и вибрационных процессов на безопасность, надежность и ресурс насосных агрегатов СНТ и СНД.

В работе [5] установлены закономерностей формирования вибрационных спектров ВНА при совместном действии инерционных и полезных (технологических) нагрузок с учетом динамических свойств нагнетательных клапанов.

Задачами данной работы являются обоснования способов и средств снижения уровней вибрации и шума, генерируемых ВНА, с целью повышения надежности ГЭУ в целом и обеспечения безопасных условий труда.

Теоретические и эксплуатационные исследования современных насосных станций (НС) типа СНТ и СНД показали, что повышенный уровень их виброактивности обусловлен следующими основными причинами [1, 2, 6]:

1) вибрации электропривода ВНА, вызываемые электромагнитными процессами в двигателе и центробежными силами инерции вращающихся частей привода;

2) динамические процессы в соединительной муфте (СМ);

3) динамические процессы в зубчатой передаче (ЗП);

4) инерционные силы поступательно движущих частей и вращающихся частей КШМ и момент от неуравновешенных сил инерции шатуна, формируемые КШМ;

5) вибрационные процессы в ВНА формируются при взаимодействии крутильных вибраций с продольными вибрациями ползунов-толкателей, плунжеров и клапанов;

6) переходные процессы в насосном агрегате, обусловленные дискретным способом регулирования подачи по давлению в напорном трубопроводе.

Указанные причины (неоптимальные структура и динамические свойства ВНА) обуславливают снижение надежности и безопасности эксплуатации НС СНТ и СНД. Фактические показатели безотказности и ресурса значительно ниже проектных значений [4], высокие уровни вибрации в приводе ВНА и пульсации давления в напорных коллекторах высоконапорного насоса с инерционными клапанами являются причинами отказов типа: образование трещин и разрушение гидроблоков силового насоса; разрушение подшипников и силовых деталей в приводе КШМ; разрыв заделок высоконапорных гидромагистралей с выбросом струй под высоким давлением и травмирование обслуживающего персонала и другие [5].

В результате анализа и системных исследований рабочих процессов и природы виброактивности отдельных источников ВНА, а также способа регулирования подачи установлено:

1) высоконапорные насосные агрегаты современных энергонасыщенных ГЭУ типов СНТ и СНД являются потенциально опасными объектами, так как присущие им динамические свойства и наличие в эксплуатационном спектре нагрузок силового, кинематического и параметрического возмущений обуславливают возможность травмирования обслуживающего персонала при формировании опасных резонансных явлений и аварий;

2) теоретическими исследованиями впервые установлено и подтверждено опытом эксплуатации, что динамические свойства ВНА НС СНТ и СНД обуславливают работу их приводов в резонансном режиме интенсивных крутильных колебаний, являющихся одной из основных причин высокой виброактивности и снижения надежности и безопасности функционирования ВНА и ГЭУ в целом;

3) основными причинами опасных отказов (разрушения корпусов гидроблоков, силовых деталей КШМ в приводе силового насоса и др.) является их высокая вибрационная нагруженность и пульсации давления в напорном тракте насоса из-за инерционности нагнетательных клапанов.

Эффективным способом повышения надежности и безопасности эксплуатации НС является совершенствование динамических свойств насосных агрегатов на основе оптимизации их структуры и параметров привода [7, 8, 9], а также отказ от дискретного способа регулирования подачи насосом РЖ в гидросистему МК.

Выводы и рекомендации.

На базе выполненных исследований обоснованы рекомендации по способу достижения безопасных уровней виброакустических характеристик насосных станций: на основе применения ВНА с безредукторным приводом от тихоходных асинхронных двигателей. При этом исключается возможность резонансных явлений, упрощается структура агрегата и существенно снижается его виброактивность. Дана оценка эффективности технических решений [10]

Литература:

1. Анохина С. А., Гуляев В. Г. Анализ и систематизация источников вибрации высоконапорных насосных агрегатов и некоторые пути снижения их виброактивности. // «Механика жидкости и газа»/ Материалы VI Международной научно-технической конференции. – Донецк: ДонНТУ, 2007. – С. 5-11.

2. Гуляев В. Г., Гуляев К. В., Анохина С. А. Крутильные колебания в электромеханическом приводе насосного агрегата и некоторые способы их устранения // Вісті Донецького гірничого інституту: Всеукраїнський науково-технічний журнал гірничого профілю. Донецьк, ДВНЗ „ДонНТУ”, 2008. – № 1. – С. 34-43.

3. Гуляев В.Г., Анохина С.А. Влияние характеристик электродвигателей на крутильные колебания и виброактивность привода насосных агрегатов для механизированных крепей // Наукові праці ДонНТУ. Випуск 16(142). Серія: ”Гірничо-електромеханічна”. Донецьк – 2008. – С.84-96.

4. Гуляев В.Г., Китаева С. А. Динамические свойства насосных агрегатов и их влияние на надежность гидропривода механизированных крепей // Вісті Донецького гірничого інституту: Всеукраїнський науково-технічний журнал гірничого профілю. Донецьк, ДВНЗ „ДонНТУ”, 2010. – № 1 – С. 210-218.

5. Гуляев В.Г., Китаева С. А. Причины повышенной виброактивности насосных станций для механизированных крепей и некоторые пути их устранения // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Випуск 18(172), серія гірничо-електромеханічна. - Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ», 2010. – С. 53-68.

6. Гуляев В. Г., Гуляев К. В., Китаева С. А. Экспериментальный метод определения вибрационных параметров высоконапорных насосных агрегатов для механизированных крепей // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Випуск 16(142), серія гірничо-електромеханічна. - Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ», 2008. – С. 97-105.

7. Гуляев В. Г., Гуляев К. В., Китаева С. А., Эренбург В.И. Высоконапорный насосный агрегат с пониженными уровнями вибрации и шума // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Випуск 17(157), серія гірничо-електромеханічна. - Донецьк: ДВНЗ «ДонНТУ», 2009. – С. 97-105.

8. Гуляев В.Г., Китаева С. А. Динамические свойства и виброактивность насосного агрегата с безредукторным приводом от тихоходного электродвигателя // Материалы научно-технической конференции «Проблемы эксплуатации оборудования шахтных стационарных установок», посвященной 80-летию НИИГМ им. М.М. Федорова (25 декабря 2009, г. Донецк) / Под общ. ред. докт. техн. наук, проф. Б.А. Грядущего. – Донецк: НИИГМ им. М.М. Федорова, 2009. – С. 171-177.

9. Китаева С. А. Способы снижения вибрации и шума насосных станций для механизированных крепей // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах. Сборник научных трудов. Выпуск 2(26) 2010. Макеевка – МакНИИ – 2011. – С 112-121.

10. Патент на корисну модель № 45449. Насосна станція. / Гуляєв В. Г., Гуляєв К. В., Еренбург В.І., Китаєва С. А.; заявник і власник ДонНТУ. Опубл. 10.11.2009, Бюл. № 21, 2009 р.