CC BY
36
УДК 621.671.22
ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОДНОСТУПЕНЧАТЫХ НАСОСОВ В АКЦИОНЕРНОЙ КОМПАНИИ «АЛРОСА»
Н.П. ОВЧИННИКОВ
Северо-Восточный федеральный университет им. М.К.Аммосова, Якутск, Россия
При добыче алмазосодержащего сырья и дальнейшего извлечения из него алмазов в акционерной компании «АЛРОСА», являющейся градообразующим предприятием на северо-востоке Российской Федерации, применяется различное насосное оборудование, в частности центробежные одноступенчатые насосы. В настоящей работе отмечается, что наименее надежными с точки зрения безотказности деталями центробежных одноступенчатых насосов, используемых в акционерной компании «АЛРОСА», являются рабочие колеса, уплотнения и подшипниковые узлы. С помощью линейного корреляционно-регрессионного анализа было установлено, что долговечность уплотнений и подшипниковых узлов исследованных насосов во многом зависит от долговечности их рабочих колес. В ходе исследований было установлено, что разбалансировка ротора насоса вследствие чрезмерного гидроабразивного износа рабочего колеса приводит также к деформации и излому вала. В основном остаточные деформации и разрушения характерны для валов отечественных пуль-повых насосов типов ГрАТ, ГрТ и Гр. Установлены наиболее нагруженные участки валов центробежных одноступенчатых насосов. Наиболее эффективными с точки зрения применения среди пульповых (грунтовых, шламовых и песковых) насосов являются пульповые насосы финской фирмы «Ме^о». При работе на высокоминерализованной воде (рассолах) наиболее хорошо зарекомендовали себя среди центробежных одноступенчатых насосов насосы типа «Х».
Ключевые слова: АК «АЛРОСА»; центробежные одноступенчатые насосы; износ; долговечность; рабочее колесо; вибрация; вал.
Как цитировать эту статью: Овчинников Н.П. Опыт эксплуатации центробежных одноступенчатых насосов в акционерной компании «АЛРОСА» // Записки Горного института. 2019. Т. 235. С. 65-69. Ш1: 10.31897/РМ1.2019.1.65
Введение. В акционерной компании «АЛРОСА» при добыче алмазосодержащего сырья и дальнейшего извлечения из него алмазов применяются как центробежные многоступенчатые (секционные), так и центробежные одноступенчатые насосы. Под последними следует понимать насосы двустороннего входа (далее - насосы типа «Д») и консольные насосы различного значения - пульповые и химические насосы (далее - насосы типа «Х»).
На горнодобывающих и горно-обогатительных объектах акционерной компании «АЛРОСА» центробежные одноступенчатые насосы (см. таблицу) используются для транспортирования различных натурных жидкостей, а именно: минеральных пульп, рассолов и технологической воды [4, 7].
Исследованные одноступенчатые центробежные насосы акционерной компании «АЛРОСА»
Модель насосного оборудования Место эксплуатации насосного оборудования
Насосы моделей KET0-F6131P-A05A, KETO-FAP14/12G-G и 12НДс Сезонные обогатительные фабрики АО «Алмазы Анабара» (СОФ)
Насосы модели Гр 600-65 Обогатительная фабрика № 3, Мирнинский ГОК (ОФ № 3)
Насосы моделей Metso MM-150, Metso MM-200, Metso HM-200 и SPV 365-SP5 Обогатительная фабрика № 16, Нюрбинский ГОК (ОФ № 16)
Насосы моделей ГрАТ 1800-67, 1ГрТ 1600-50, Гр 600-65, ГрАТ 350-40, ГрАТ 225-67, Metso HM-100, Metso HM-200, Metso Vasa HD 507-150 и KETO-FAP 50A-C Обогатительная фабрика № 12, Удачнинский ГОК (ОФ № 12)
Насосы модели 12НДс Цех хвостового хозяйства, Удачнинский ГОК (ЦХХ)
Насосы моделей 1Д630-90 и 1Д500-63 Подземный кимберлитовый рудник «Мир»
Насосы модели Х200-150-500 Подземный кимберлитовый рудник «Удачный»
Эти жидкости отличаются друг от друга по концентрации входящих в их состав твердых частиц, механическим свойствам твердых частиц, минерализации, водородному показателю pH и другим характеристикам. От указанных характеристик во многом зависят сроки службы деталей проточной части насосного оборудования, главным образом рабочих колес [1-17].
На рис. 1 в виде гистограммы представлены средневзвешенные сроки рабочих колес T исследованных насосов.
Т, ч 16000
12000 -
8000 -
4000
Исследованные насосы
Рис. 1. Средневзвешенные сроки службы рабочих колес исследованных насосов 1 - отечественные грунтовые насосы, ОФ № 12; 2 - насосы фирмы КЕТО, СОФ; 3 - насосы фирмы КЕТО, ОФ № 12; 4 - отечественные грунтовые насосы, ОФ № 3; 5 - насосы фирмы Metso, ОФ № 16; 6 - насосы фирмы Metso, ОФ № 12; 7 -насосы модели 12НДс, ЦХХ; 8 - насосы модели Х200-150-500, подземный кимберлитовый рудник «Удачный»; 9 - насосы 12НДс, СОФ; 10 - насосы моделей 1Д630-90, 1Д500-63, подземный кимберлитовый рудник «Мир»
0
а б в
Рис.2. Интенсивный износ рабочих колес пульповых насосов: а - модели Гр 600-65 после 500 ч наработки; б - модели ГрАТ 1800-67 после 900 ч наработки; в - модели КЕТ0-Р6131Р-А05А после 1150 ч наработки
Анализ производственных данных показал, что наиболее распространенной причиной выхода из строя рабочих колес исследованных одноступенчатых центробежных насосов является интенсивный гидроабразивный износ их дисков и лопаток. Среди исследованных насосов наиболее износостойкие рабочие колеса имеют пульповые финские насосы фирмы «Ме1зо» [4].
На рис.2 наглядно показаны последствия гидроабразивного износа рабочих колес ряда отечественных и зарубежных пульповых насосов.
Как известно, гидроабразивный износ рабочего колеса кроме снижения гидравлических параметров центробежного одноступенчатого насоса также приводит к повышению вибрации его ротора вследствие разбалансировки [3, 8].
Практика показывает, что систематические прогибы роторов исследованных насосов способствуют ухудшению технического состояния их уплотнений (сальниковые, торцевые и динамические уплотнения) и подшипниковых узлов, вплоть до разрушения (рис.3) [1, 3, 7].
В нашем случае, это подтверждают результаты статистической обработки производственных данных по отказам исследованных насосов.
На рис.4, а и б представлены экспериментальные зависимости средневзвешенных сроков службы уплотнительных элементов а также подшипниковых узлов ^ от средневзвешенных сроков службы рабочих колес Т исследованных насосов и их аппроксимации с помощью линейной линии тренда.
Коэффициенты детерминации выведенных уравнений линейной регрессии свидетельствуют, что между долго-
Н.П.Овчинников
Опыт эксплуатации центробежных одноступенчатых насосов...
а Ь, ч 6000'
4000'
2000'
у = 0,3751х + 1024,9 Я2 = 0,5378
б Ь, ч
6000
4000
2000
у = 0,3108х + 1058,8 Я2 = 0,525
100
5100
10100
15100
100
5100
-1-г
10100 Т, ч
0
Рис.4. Линейная аппроксимация экспериментальных зависимостей: а - средневзвешенных сроков службы рабочих колес и уплотнительных элементов насосов; б - средневзвешенных сроков службы рабочих колес и подшипниковых узлов насосов
1 - экспериментальная зависимость; 2 - линия тренда
вечностью рассматриваемых деталей по шкале Чеддока имеются заметные прямые взаимосвязи. Стоить отметить, что полученные однофактор-ные уравнения линейной регрессии являются адекватными при уровне надежности а = 0,1 ^ -значимость, в первом случае равна 0,016, во втором - 0,018).
Работа центробежного одноступенчатого насоса с сильно изношенным рабочим колесом со временем может привести к деформации или даже к излому (разрушению) вала [7, 8, 14].
Результаты наблюдений и опроса рабочего персонала акционерной компании «АЛРОСА» свидетельствуют, что вал центробежного насоса консольного типа в основном изгибается (вплоть до остаточной деформации), а реже и разрушается в зоне контакта посаженных на нем рабочего колеса и уплотнения; в меньшей доле случаев - в местах посадки уплотнения, а также вту-лочно-пальцевой полумуфты или
шкива (рис.5, а, б). В свою очередь валу центробежного насоса типа «Д» свойственно изгибаться (вплоть до остаточной деформации), а реже и разрушаться в посадочных местах под рабочее колесо и втулочно-пальцевую полумуфту (рис.5, в).
Проведенные результаты расчетов статической прочности валов центробежных одноступенчатых насосов консольного исполнения и типа «Д» показывают, что их проблемные участки являются концентраторами напряжений, что и объясняет предрасположенность валов деформироваться и разрушаться именно в этих местах (рис.6) [5, 14].
Практика показывает, что в акционерной компании «АЛРОСА» в редких случаях деформированные валы не заменяются и повторно используются (это вызвано лимитом ответственных деталей).
Повторное применение деформированных валов зачастую негативно сказывается на долговечности подшипниковых узлов и уплотнений исследованных насосов. Наименее надежным ви-
Рис.5. Изломы валов центробежных одноступенчатых насосов: а, б - пульповые насосы; в - насос типа «Д»
Н.П.Овчинников
Опыт эксплуатации центробежных одноступенчатых насосов...
С сл
и
L
1—1
п
11 1
1 1 г 2
V4 1 1
й с
Цо
с ^
a
х
f-
я
и
ч a ш
s о ш m и
m
1
V
\ 1
2 1
Ь 1 М| < i Чт
i i i i 11
160 240 Расстояние, мм
320
170
340 510 Расстояние, мм
680
Рис.6. Результаты статистической прочности валов центробежных насосов: а - насос модели К8-18; б - насос модели Д200-36
1, 2 - посадочные места вала под рабочее колесо и полумуфту
дом уплотнения при работе насоса с валом такого рода является торцевое уплотнение. Остаточной деформации и разрушению в большей степени подвержены валы отечественных пульповых насосов, что объясняется большим у них вылетом вала.
На подземных кимберлитовых рудниках акционерной компании «АЛРОСА» дополнительные прогибы валов исследованных насосов, кроме изнашивания рабочих колес, также являются результатом засорения всасывающих трубопроводов последних. Это связано с постоянным заиливанием водосборников или результатом их работы в холостом режиме, что в свою очередь объясняется поломкой или отсутствием у них средств автоматики.
Согласно производственным данным, использование насосов типа «Д» при работе на рассолах является крайне нежелательным решением. Такая химически активная среда, как рассол, особенно негативно влияет на долговечность рабочих колес и лабиринтных колец насосов типа «Д». При работе на такой агрессивной к металлу среде среди исследованных центробежных одноступенчатых насосов хорошо зарекомендовали себя насосы типа «Х».
Как известно, эффективность использования машин различного назначения можно оценить через такой показатель, как коэффициент технического использования Кти.
На рис.7 представлены средневзвешенные значения коэффициента технического использования исследованных насосов. Как видно из рисунка, наиболее эффективными центробежными одноступенчатыми насосами, используемыми в акционерной компании «АЛРОСА», являются пульповые насосы фирмы «Ме180» и отечественные насосы типа «Д», используемые в ЦХХ. Высокая эффективность использования последних объясняется щадящими характеристиками откачиваемой ими натурной жидкости - технологической воды. При работе на более агрессивной среде (рассолы) средневзвешенные значения коэффициента технического использования насосов типа «Д» уже определены.
Кт.и
1
098 -0,96 -0,94 0,92 -0
123456789 10 Исследованные насосы
Рис.7. Средневзвешенные значения коэффициента
технического использования насосов 1 - отечественные грунтовые насосы, ОФ № 12; 2 - насосы фирмы КЕТО, СОФ; 3 - насосы фирмы КЕТО, ОФ № 12; 4 -отечественные грунтовые насосы, ОФ № 3; 5 - насосы фирмы Ме1йо, ОФ № 16; 6 - насосы фирмы Ме1йо, ОФ № 12; 7 - насосы модели 12НДс, ЦХХ; 8 - насосы модели Х200-150-500, подземный кимберлитовый рудник «Удачный»; 9 - насосы 12НДс, СОФ; 10 - насосы моделей 1Д630-90, ДЭ500-63, подземный кимберлитовый рудник «Мир»
б
а
0
0
68 -
Записки Горного института. 2019. Т. 235. С. 65-69 • Электромеханика и машиностроение
Выводы
1. С помощью линейного корреляционно-регрессионного анализа доказано, что долговечность рабочих колес исследованных насосов определенно влияет на долговечность их уплотнений и подшипниковых узлов.
2. Наиболее эффективными с точки зрения применения среди исследованных пульповых насосов являются насосы фирмы «Metso».
3. Насосы типа «Д» эффективно используются лишь в том случае, когда перекачиваемая среда не столь агрессивна к металлу.
4. При откачке рассолов среди центробежных одноступенчатых насосов хорошо зарекомендовали себя насосы типа «Х».
ЛИТЕРАТУРА
1. Александров В.И. Вибродиагностика технического состояния грунтовых насосов / В.И.Александров, Иржи Собота // Записки Горного института. 2016. Т. 218. С. 242-250.
2. Брусова О.М. К вопросу повышения срока службы грунтовых насосов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Серия Геология. Нефтегазовое и горное дело. 2014. Т. 13. № 10. С. 98-106.
3. Заверткин П.С. Определение ресурса грунтового насоса в системах гидротранспорта рудных хвостов обогащения // Инновации на транспорте и в машиностроении: Сб. трудов III Международной научно-практической конференции / Санкт-Петербургский горный университет. 2015. С. 113-116.
4. Овчинников Н.П. Анализ работы шламовых насосов фирмы «Metso» в условиях гидротранспорта продуктов обогащения (на примере обогатительной фабрики № 16) / Н.П.Овчинников, М.А.Викулов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015. № 12. С. 73-75.
5. Овчинников Н.П. Исследование напряженно-деформированного состояния ротора насоса / Н.П.Овчинников, М.А.Викулов // Мир современной науки. 2013. № 2. С. 26-32.
6. Поветкин В.В. Гидроабразивный износ грунтовых и песковых насосов / В.В.Поветкин, В.П.Лем // Вестник Казахского национального технического университета. 2008. № 6 (69). С. 51-54.
7. Томский К.О. Использование биметаллических материалов в машинах и оборудовании горнодобывающих предприятий / К.О.Томский, О.О.Томский, М.С.Иванова // Горный журнал. 2017. № 10. С. 48-51.
8. Adam A. Resonance of torsional vibrations of centrifugal pump shafts due cavitation erosion of pump impellers / A.Adam, H.Adam, L.Mariusz // Engineering Failure Analysis. 2016. Vol. 70. P. 56-72.
9. Dauletbikuly O. Methods of increase of wear resistance and resource of operation of soil pumps / O.Dauletbikuly, K.D.Bay-jumanov // International Journal of Mathematics and Physics. 2015. Vol. 1. P. 4-7.
10. Improvement of the Abrasive Wear Resistance of Pump Shaft (AISI 316L stainless steel) by Salt Bath Nitriding / E.Ghelloudj, T.Hannachi Mohamed, H.Djebaili, Sifeddine Hafsaoui // Journal of Chemistry and Materials Research. 2017. Vol. 6. № 2. P. 58-63.
11. KeslerR. Considerations is selecting a positive displacement slurry pump // Mining World. 2016. Vol. 13 (4). P. 34-37.
12. Khalid Y.A. Wear analysis of centrifugal slurry pump impellers / Y.A. Khalid, S.M. Sapuan // Industrial lubrication and tri-bology. 2007. Vol. 59. № 1. P. 18-28.
13. Kranzler T. Improwing pump materials for harsh environments / T.Kranzler, R.Arola // Sulzer Technical Review. 2013. Vol. 2. P. 10-12.
14. Ovchinnikov N.P. Operational Capability of an electric pump unit with new and worn rotor wheels // Power Technology and Engineering. 2017. Vol. 51. № 3. P. 298-302.
15. Patsera S. Feasible Ways To Improve The Durability Of The Pumps' Parts Operating With Hydroabrasive Mixtures / S.Patsera, V.Protsiv, V.Kosmin // Mechanics, Materials Science & Engineering. 2015. Vol. 1. P. 133-137.
16. Walker C.I. Slurry pump sideliner wear: comparison of some laboratory and field results // Wear. 2001. Vol. 250. № 2. P. 81-87.
17. Wang W. Prognostic of slurry pumps based on a moving-average wear degradation index and a general sequential Monte Carlo method / W.Wang, P.W.Tse // Mechanical systems and signal processing. 2015. Vol. 56. P. 213-229.
Автор: Н.П.Овчинников, канд. техн. наук, доцент, ovchinnlar1986@mail.ru (Северо-Восточный федеральный университет им. М.К.Аммосова, Якутск, Россия). Статья поступила в редакцию 07.08.2018. Статья принята к публикации 27.09.2018.
