CC BY
15
© Е.П. Тсрсхин, И.С. Булгаков, В.Н. Абрамов, 2013
УДК 622.6
Е.П. Терехин, И.С. Булгаков, В.Н. Абрамов
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГРУНТОВЫХ НАСОСОВ ДЛЯ РАЗВИТИЯ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ В РЕГИОНЕ КМА
Приведен анализ работы землесосного оборудования. Обоснованы основные параметры нового грунтового насоса. Разработан типоряд перспективного насосного оборудования. Проведены стендовые и промышленные эксперименты. Выполненные исследования послужили основанием для применения новых конструкций гидроагрегатов отечественного и зарубежного производства.
Ключевые слова: гидромеханизация, гидросмесь, землесос, грунтовый насос, параметрический ряд, подача, напор, износ.
В технологических схемах гидромеханизации на карьерах КМА в качестве транспортирующих машин в настоящее время применяются в основном грунтовые насосы 20Р-11М и 20ГрТ-8, созданные 25-30 лет назад для условий гидротехнического строительства с учетом транспортирования высокоабразивных грунтов и отходов обогащения. Они не отвечают полностью условиям транспортирования пород вскрыши, имеют низкий напор («60^76м) и к.п.д. («56^60%), высокую энергоемкость, что существенно снижает рентабельность вскрышных работ и конкурентоспособность по сравнению с железнодорожным транспортом, который непрерывно модернизируется.
Для существенного повышения эффективности схем гидромеханизации на карьерах КМА необходима разработка специального гидротранспортного оборудования, наиболее полно удовлетворяющего условиям эксплуатации. Учитывая, что основной объем вскрыши (до 70%) составляют мело-мергельные и суглинистые породы в смеси с мелкозерни-
стыми песками со сравнительно невысокой абразивностью, для ведения вскрышных работ на карьерах КМА необходимы грунтовые насосы с более высокими напорами и к.п.д.
К основным техническим параметрам грунтовых насосов, кроме главного параметра -расхода, относятся напор, число оборотов и мощность. Исходя из потребностей карьеров КМА следует, что расход гидротранспортных установок (по гидросмеси) колеблется в пределах 3400-12000 м3/ч. [1-6]. Определение напора производится в зависимости от потребности карьеров и технико-экономических расчетов. Диапазон суммарного напора колеблется в пределах 100650 м. Выбор числа оборотов диктуется расчетами износостойкости, габаритами машин и их стоимостью. Величина мощности определяется принятыми значениями расхода и напора и согласовывается с существующим рядом электродвигателей.
В настоящее время отсутствуют систематизированные данные по абразивному воздействию смеси мело-мергельных пород с мелкозернистыми
Таблица 1
Основные параметры рекомендуемого параметрического ряда грунтовых насосов
№ п/п « 2 ч 0 в я си Напор, м.вод.ст. Число оборотов, мин. Допустимая вакуум-метрическая высота всасывания, м Коэффициент полезного действия, не менее, % Потребляемая мощность, кВт Рекомендуемая мощность двигателя, кВт Размер проходного сечения, не менее, мм
1 4000 100 600 6,8 70 1960 2500 300
145 750 5,9 70 2900 3200 300
2 7000 100 500 7,5 70 3060 4000 360
150 600 7,0 70 4900 6300 360
3 12000 90 300 5,0 70 4100 4400 350
150 500 7,5 70 8050 10000 440
песками на рабочие органы грунтовых насосов. Тем не менее, имеющиеся материалы позволяют принять, что абразивность этих пород не выше аб-разивности углей с естественными включениями породных прослойков. В углесосостроении при расходах 1400 м3/ч и более принимают напор на одно колесо до 175 м при достаточно надежной работе углесоса.
Учитывая малообразивность пород карьеров КМА по сравнению с песчаными грунтами и вышеизложенными данными по работе углесосов, представляется возможность поднять напор грунтовых насосов до 90-150 м вод. ст. На выбор величины напора оказывает влияние допустимое значение к.п.д. машины. Величина к.п.д. насоса в основном связана с коэффициентом быстроходности
3,65 •
П, =
Н 34
Из опыта известно,
что для получения к.п.д. п - 70% необходимо иметь п - 70. Быстро-
ходность пв, кроме напора, зависит
от числа оборотов и подачи. Поскольку значения подач насосов параметрического ряда уже определены, то остается вопрос о выборе числа оборотов [1-6].
Известно, что при изменении числа оборотов скорости на подобных режимах пропорциональны числу оборотов. Износы по времени для таких режимов пропорциональны кубу числа оборотов. Отсюда можно предположить, что износ рабочих органов, отнесенный к единице перекачиваемого грунта, должен быть пропорционален квадрату числа оборотов [2].
В результате проведенного анализа предлагается проект параметрического ряда одноступенчатых консольных грунтовых насосов для ведения вскрышных работ комплексами гидромеханизации на карьерах КМА, основные параметры которых приводятся в таблице.
Покрываемое этими грунтовыми насосами поле режимов показано на рисунке.
Сводный график расходов и напоров грунтовых насосов для транспортирования рыхлой вскрыши карьеров КМА
Таблица 2
Масса насосов, электродвигателей и агрегатов параметрического ряда
№ п/п Расход, м3/ч Напор, м.вод.ст. Масса насоса, т Масса электродвигателя, т Масса агрегата, т
1 4000 100-150 16 17-20 35-40
2 7000 100-150 29 32 65
3 12000 90-150 52 58 115
Отличительной особенностью предлагаемого параметрического ряда является то, что проточная часть всех грунтовых насосов имеет одну конструктивную модель. Другая отличительная особенность предлагаемого ряда состоит в том, что при одной и той же производительности разные диапазоны напоров (90-150 м) получаются за счет изменения числа оборотов двигателя. При этом конструкция насосов должна проектироваться на наибольший напор - 150 м. Одним из важных параметров землесосных установок является их масса. В табл. 2 приведены ориентировочные значения массы насосов, электродвигателей и агрегатов в целом для землесосных установок параметрического ряда.
Как видно из табл. 2, землесосные установки при подаче 7000 м3/ч и более будут иметь массу свыше 60 т. Поэтому такие установки должны быть либо стационарными, что возможно при их работе на второй или третьей ступени, либо в забое должны иметь собственные средства для перемещений (гусеничный или шагающий ход).
Предлагаемый проект параметрического ряда полностью покрывает поле потребных режимов вскрышных работ на карьерах КМА и в большинстве случаев необходимый напор будет обеспечен двумя-тремя последовательно работающими насосами. При этом на первой ступени целесообразно
ставить низконапорный грунтовый насос (Н=60-70 м) с высокой всасывающей способностью, а на второй - высоконапорный (Н=90-150 м).
Институтом НИИКМА в сотрудничестве с другими организациями были проведены работы по совершенствованию применяемого в настоящее время землесоса 20Р-11М (0=3800 м /ч, Н=62 м). В результате научно-исследовательской работы была создана и испытана новая модернизированная модель грунтового насоса Гр-4000/90, которая должна была заменить действующие землесосы 20Р-11М. В процессе опытно-промышленных испытаний были достигнуты планируемые параметры первого ряда (табл. 1).
Дальнейшие работы в связи со сложившимися финансовыми трудностями были прекращены, и в настоящее время Лебединским ГОКом принято решение о приобретении грунтовых насосов с подобными параметрами зарубежной компании Веир Минералс, первый образец которого работает в хвостовом хозяйстве комбината.
Применение этих насосов вместо применяемых 20Р-11М позволит увеличить напор на 15 м, довести межремонтный период до 5000 часов (в 10-15 раз выше по сравнению с 20Р-11М), сократить в 20 раз расход воды на отжим в сальниковых уплотнениях, значительно увеличить надежность работы гидротранспортной системы,
получить существенную экономию ресурсов за счет ремонтов и электроэнергии, улучшить качество и безопасность труда.
Проведенные исследования по определению рациональных параметров грунтовых насосов для гидромеханизации открытых горных работ послужили основанием для применения новых конструкций гидроагрегатов отечественного и зарубежного произ-
1. Лосицкий В. В., Булгаков И. С., Дергилев М.А. Разработка и осушение обводненных пород на карьерах КМА. -М, «Наука», 1968.
2. Смойловская Л. А., Жарницкий Е.П. Влияние числа оборотов на износ насосов, работающих на гравийных пульпах. Сб. тезисов докладов «Всесоюзный межотраслевой семинар по гидромеханизации». -М, вып.6, Губкин, 1976.
3. Брагин Б.Ф., Лесной Б. И. Гидротранспортные системы с трубчатыми питателями. «Промышленный транспорт», №12, 1975.
4. Терентьев В.И., Лосицкий В.В., Булгаков И.С. Развитие гидромеханизации на карьерах КМА в перспективе 1976-
водства. Промышленное использование нового насосного оборудования показало их высокие эксплуатационные характеристики при проведении вскрышных работ и перекачки отходов обогащения на Лебединском ГОКе. В дальнейшем необходимо продолжить работу по созданию нового насосного оборудования на отечественных предприятиях, используя результаты проведенных исследований.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2000г. Статья в сб. «Разработка рыхлых пород комплексами непрерывного действия», НИИКМА, вып.4, Губкин, 1974.
5. Булгаков И. С., Абрамов В.Н., Боршевский Н.А. Перспективное оборудование гидромеханизации для карьеров МЧМ СССР, статья в сб. «Горная электромеханика», вып.3, М.: «Недра», 1974.
6. Давидянц Г.П., Булгаков И.С., Ло-сицкий В.В. Гидравлический транспорт и складирование пород от экскаваторов на вскрыше карьеров будущего, статья в сб. «Разработка рыхлых пород экскаваторами непрерывного действия», НИКМА, вып.4, Губкин, 1974.. ГТТШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Терехин Евгений Петрович - кандидат технических наук, гл. инженер, ЗАО «НИИКМА-опыт», т. 4725-245716,
Булгаков Иван Семенович - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник, зав. кафедрой, Губкинский институт (филиал) МГОУ
Абрамов Владимир Николаевич - кандидат технических наук, доцент, Курский технологический университет, info@kursksu.ru
А
