CC BY
57
- © А.В. Долганов, 2015
УДК 622.53 + 622.648
А.В. Долганов
ВЛИЯНИЕ ГИДРОАБРАЗИВНОГО ИЗНОСА ЭЛЕМЕНТОВ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ КАЧЕСТВА ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ МЕДНО-КОЛЧЕДАННЫХ РУДНИКОВ
Рассмотрено повышение эффективности эксплуатации насосных установок главного водоотлива, которые являются одними из основных потребителей электроэнергии на горных предприятиях. Даны результаты экспериментальных исследований гидроабразивного износа центробежных насосов типа ЦНС(К) 300-360 и ЦНС(К) 300-420 на основе которых полученны экспериментальные зависимости удельного гидроабразивного износа элементов проточной части насосов, которые соответствуют высокоабразивным примесям таких горных руд и пород, как: медная руда, дацитовые породы, спилиты и базальты и т.д., имеющих коэффициент крепости по М.М. Протодьяконову 13... 16 и находящихся в откачиваемой шахтной воде, обладающей агрессивными свойствами. Приведены экспериментальные данные работы шахтных насосов в условиях Узельгинского подземного рудника. Полученные результаты и выводы могут быть использованы при создании условий работы шахтного водоотлива медно-колчеданных рудников с минимальным гидроабразивным износом.
Ключевые слова: гидроабразивный износ, центробежные насосы секционные кислотоупорные, шлам, наработка, шахтная вода.
При эксплуатации водоотливного оборудования приходится встречаться главным образом с абразивным изнашиванием, так как при откачивании вод в них всегда содержатся во взвешенном состоянии нерастворимые твердые частицы минерального происхождения, прохо-
Класс крупности, мм
Рис. 1. Ситовой анализ шлама
дящие через проточную часть насоса [1].
На основании вышесказанного можно сделать вывод о том, что продуктивная эксплуатация водоотливного оборудования, удлинение его срока службы, при длительном сохранении им КПД, имеет место лишь при зна-
Рис. 2. Фото пробы шлама
нии закономерностей их износа или возможностей количественной оценки потери массы элементами насосов от абразивных сред, транспортируемых в воде на поверхность, что позволит применять эффективные способы защиты водоотливного оборудования от гидроабразивного износа.
Зависимости гидроабразивного износа от наработки проверяли в условиях Узельгинского подземно рудника (УзПР) ОАО Учалинский ГОК, УГМК на центробежных насосах типа ЦНС(К) 300-420 [3], установленных в насосных камерах гор. 340 м и ЦНС(К) 300-360 гор. 640 м.
Выполненные исследования химического состава и физикомеханических свойств шахтных вод в условиях УзПР представлены на рис. 1, 2, где приведен ситовой анализ шлама и фото этой же пробы шлама массой 6,8 г, полученный из пробы воды в объеме 1 л, при проведении исследований гидроабразивного износа насосов, т.е. за час вместе с шахтной водой им перекачивается около 2040 кг твердых, механических примесей.
Для определения износа элементов насоса в зависимости от числа его ступеней, наработки в часах и свойств шахтных вод исследовали работу насосов, производя взвешивание его элементов перед началом работы и после наработки насосом машиночасов, соответствующих проведению текущих ремонтов в насосной камере главного водоотлива соответствующего горизонта УзПР и в цехах РМЗ ОАО
УГОК в период проведения их капитальных ремонтов.
Удельный гидроабразивный износ 3 центробежного насоса зависит от многих факторов [1, 2, 4, 5, 6, 7, 8]: гранулометрического состава твердых частиц и их механических свойств (твердость, абразивность, крупность и др.), плотности и агрессивности шахтной воды, подачи насоса и развиваемого им напора, площади изнашиваемой поверхности (площадь контакта
Рис. 3. Зависимости удельного износа рабочих колес насосов ЦНС(К) 300-360 от наработки на отказ
Рис. 4. Зависимости удельного износа корпусов направляющих аппаратов насосов ЦНС(К) 300-360 от наработки на отказ
твердых частиц с твердыми стенками деталей насоса) /изн, времени наработки t.
Удельный гидроабразивный износ 3 можно вычислить по формуле:
з=-т, г/(м2-ч) (1)
^ ^изн
где Ат - абсолютная убыль массы элементов проточной части насосов, зависит от вышеперечисленных факторов, а выявление зависимости от этих фак-
Рис. 5. Зависимости удельного износа передних уплогнительных колец насосов ЦНС(К) 300-360 от наработки на отказ
Наработка.
з всасывания
Рис. 6. Зависимости удельного износа крышек всасывания, нагнетания и рубашки вала насосов ЦНС(К) 300-360 от наработки на отказ
торов требует проведения дальнейших исследований, г; / - площадь изна-
изн
шиваемой поверхности, м2; t - время работы насоса, ч.
Результаты экспериментальных исследований приведены на рис. 3-6. Графики показывают:
• удельный износ рабочих колес по ступеням насосов различается незначительно;
• удельный износ корпусов направляющих аппаратов насосов в 22,5 раза выше износа рабочих колес;
• удельный износ крышек всасывания, нагнетания и рубашек вала, насосов в среднем в 4,55 раза выше износа рабочих колес;
• в насосах типа ЦНС(К), эксплуатирующихся в условиях медно-колчеданных рудников, неравномерность удельного износа элементов проточной части насосов при их равной твердости поверхности деталей и свойств металла объясняется неравномерным контактом острогранных абразивных частиц с поверхностью при их проходе через насос, а так как при переходе этих частиц из одной секции в следующую и т.д. происходит частичное затупление острых граней абразива, то в дальнейшем частично снижается удельный износ его деталей, но с увеличением наработки гидроабразивный износ увеличивается.
Полученные экспериментальные зависимости удельного гидроабразивного износа элементов проточной части насосов соответствуют высоко-абразивным примесям таких горных руд и
Таблица 1
Уравнения регрессии удельного износа основных элементов проточной части насосов типа ЦНС(К)
Наименование элемента насоса Зависимость Корреляционное отношение R2
Рабочее колесо 1 J1 = цццццЫ - t2 + t 0,97
Рабочее колесо 6 J6 = 8 • 10-813 - 0,00008^ + 0,0275t 0,95
Корпус напр. аппарата 1 ^ = цццццЦЦ - t2 + t 0,96
Корпус напр. аппарата 6 J6 = цццццЫ - ^ + t 0,95
Переднее уплот. кольцо 1 ^ = 2 • 10-1013 -10+ 3 • 10-51 0,91
Переднее уплот. кольцо 6 J6 = 10-1013 -10+ з • 10-51 0,96
Крышка нагнетания Jкн = цц цццШ - t2 + t 0,97
Крышка всасывания Jкв = цццццМ - t2 + t 0,94
Рубашка вала Jn„ = цццццМ - t2 + t 0,91
пород, как: медная руда, дацитовые породы, спилиты и базальты и т.д., имеющих коэффициент крепости по М.М. Протодьяконову 13...16 и находящихся в откачиваемой шахтной воде, обладающей агрессивными свойствами (табл. 1) [7, 8].
Одним из основных показателей, позволяющих оценивать эффективность работы насосов, является удельный расход электроэнергии, минимальные значения которого соответствуют рациональным режимам работы водоотливной установки.
К основным факторам, влияющим на уровень электропотребления насосных агрегатов, относятся подача насоса Q, напор Н и плотность воды р.
Параллельно с исследованиями гидроабразивного износа проточной части центробежных насосов проводились исследования эксплуатационных качеств водоотливных установок по таким параметрам как: удельный расход электроэнергии ^уд, подача Q, напор Нм и плотность откачиваемой воды р представленные в табл. 2.
Как видно из табл. 2, с увеличением наработки насосов в условиях медно-колчеданных рудников и плотности воды подача насоса уменьшается, что свидетельствует о гидроабразивном износе элементов насосов, потребляемая и удельная электроэнергия возрастают, а КПД насоса, трубопровода и насосной установки снижаются, т.е. энергетические показатели водоотливных установок ухудшаются. Полученные данные могут найти применение для определения энергетической эффективности при эксплуатации рудничных водоотливных установок медно-колчеданных рудников. Для снижения гидроабразивного износа насосного оборудования необходимо применять комплекс мер:
1) обеспечивать условия работы насосов, соответствующие требованиям их заводов-изготовителей;
2) изготовлять элементы насоса из материалов, обладающих повышенной коррозиестойкостью и износостойкостью, включая современные полимер-
Таблица 2
Экспериментальные данные работы шахтных насосов в условиях УзПР
Тип и наработка насосной установки, ч Wy„, кВтч/м3 Q, м3/ч Нм, м P, кг/м3 N, кВт Пну П. Птр п ■дв
ЦНСК 300-360 № 3 55 1,38 385 316,5 1008 531 0,64 0,7 0,96 0,95
1,42 378,5 319,9 1019 537,5 0,62 0,69 0,95 0,95
1,47 369 319,9 1022 541,1 0,60 0,67 0,95 0,95
1,53 358,5 325,5 1037 547,5 0,58 0,66 0,93 0,95
1,58 348,7 329,6 1050 552,1 0,58 0,67 0,92 0,95
ЦНСК 300-360 № 4 192 1,41 348,6 337 1007 492 0,63 0,72 0,92 0,95
1,52 327,24 336 1018 497,3 0,59 0,68 0,91 0,95
1,59 311,14 336 1023 495,6 0,56 0,65 0,91 0,95
1,74 282,81 335 1038 493 0,52 0,61 0,9 0,95
1,9 260,86 332 1051 496,4 0,47 0,55 0,9 0,95
ЦНСК 300-420 № 4 100 1,9 227,56 375 1006 431,6 0,52 0,60 0,92 0,95
1,93 225,6 376 1016 435,1 0,52 0,59 0,92 0,95
1,96 223,42 378 1029 437,8 0,52 0,60 0,91 0,95
2,01 216,8 378 1038 436 0,51 0,59 0,91 0,95
2,11 207,1 378 1052 436,9 0,49 0,57 0,91 0,95
ЦНСК 300-420 № 2 821 1,6 335,13 351 1009 533,7 0,62 0,67 0,98 0,95
1,63 332,1 353 1019 541,5 0,61 0,66 0,97 0,95
1,66 330,78 355 1025 549,2 0,61 0,66 0,97 0,95
1,72 319,2 360 1042 548,4 0,59 0,65 0,96 0,95
1,8 305,03 363 1054 550,1 0,58 0,64 0,95 0,95
ЦНСК 300-420 № 1 1124,8 2,6 175,66 352 1005 456 0,38 0,41 0,98 0,95
2,65 172,8 355 1018 458,7 0,37 0,40 0,97 0,95
2,71 169,8 354 1024 460,6 0,37 0,40 0,97 0,95
3,1 147,6 353 1042 462,4 0,32 0,35 0,97 0,95
3,8 122,45 358 1062 467 0,27 0,30 0,96 0,95
ные, углепластиковые, стеклопласти- 3) применять раздельные схемы от-ковые и другие композитные мате- качки не осветленных и осветленных риалы; вод.
1. Долганов А.В. Современное состояние рудничного водоотлива при отработке медно-колчеданных месторождений Южного Урала // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2009. - № 2. - С. 12 -15.
2. Боярских Г.А. Теория старения и восстановления машин. - Екатеринбург: УГГУ, 2007. - С. 175.
3. Номенклатурный каталог насосов «Линк-Продукт», 2008. - 43 с.
_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Олизаренко В.В. Мингажев М.М. Рудничный водоотлив при отработке медно-кол-чеданных месторождений Южного Урала. -Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2010. -С. 252.
5. Попов В.М. Водоотливные установки. Справочное пособие. - М.: Недра, 1990. -С. 254.
6. Федосеев А.Ю., Тимофеев Я.В. Исследования ШАЯМАН в области износа шламо-
вых насосов // Горная промышленность. -1999. - № 2. - С. 24-26.
7. Долганов А.В. Повышение эффективности эксплуатации водоотливных установок медноколчеданных рудников: Автореф. дис. канд. техн. наук. - Екатеринбург: УГГУ, 2012. - С. 17.
8. Долганов А.В., Оглобличев С.Н. Исследование зависимости гидро-абразивного
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ _
износа центробежных насосов от продолжительности их работы в условиях медноколчеданных рудников / Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сборник трудов Х международной научно-технической конференции «Чтения памяти В.Р. Кубачека». - Екатеринбург: УГГУ, 2012. - С. 52-56. ЕШ
Долганов Алексей Владимирович - кандидат технических наук,
старший преподаватель, e-mail: AV.Dolganov@yandex.ru,
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова.
UDC 622.53 + 622.648
THE INFLUENCE OF HYDRO-ABRASIVE DEPRECIATION OF EXCRETORY ELEMENTS ON EX-PLOITATION QUALITIES OF ROTARY PUMPS AT COPPER AND PYRITES PITS
Dolganov A.V., Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer, e-mail: AV.Dolganov@yandex.ru, Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov, Magnitogorsk, Russia.
The article focuses on the enhancement of the efficiency of pumping plants within the main mine drainage system, which are the key consumers of electric energy in mines. The experimental test data on hydroabrasive wear of centrifugal pumps, models CNSS(K) 300-360 and CNS(K) 300-420, are reported. Based on these data, formulas have been obtained for the specific hydroabrasive wear of parts in flow-through sections of pumps, for such highly abrasive rocks as copper ore, dacite, spilite, basalt and other rocks having Protodya-konov's hardness 13-16 and being present in extremely corrosive mine water to be pumped out. The operation of mine pumps is exemplified by the data obtained in terms of Uzelga mine. The findings and implications can be used in creating conditions for operation of mine drainage systems with minimized hydroabrasive wear in copper-pyritic ore mines.
Key words: hydro-abrasive depreciation, rotary pumps, slurry, mine water.
REFERENCES
1. Dolganov A.V. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2009, no 2, pp. 1215.
2. Boyarskikh G.A. Teoriya stareniya i vosstanovleniya mashin (Theory of deterioration and revitalization of machines), Ekaterinburg, UGGU, 2007, pp. 175.
3. Nomenklaturnyy katalog nasosov «Link-Produkt» 2008 (Link-Product Pumps Catalog 2008), 43 p.
4. Olizarenko V.V. Mingazhev M.M. Rudnichnyy vodootliv pri otrabotke medno-kolchedannykh mestorozh-deniy Yuzhnogo Urala (Dewatering in copper-pyritic ore mines in the South Ural), Magnitogorsk, GOU VPO «MGTU», 2010, pp. 252.
5. Popov V.M. Vodootlivnye ustanovki. Spravochnoe posobie (Dewatering pumps. Reference aid), Moscow, Nedra, 1990, pp. 254.
6. Fedoseev A.Yu., Timofeev Ya.V. Gornaya promyshlennost'. 1999, no 2, pp. 24-26.
7. Dolganov A.V. Povyshenie effektivnosti ekspluatatsii vodootlivnykh ustanovok mednokolchedannykh rudnikov (Enhancement of efficiency of dewatering pumps in copper-pyritic ore mines), Candidate's thesis, Ekaterinburg, UGGU, 2012, pp. 17.
8. Dolganov A.V., Ogloblichev S.N. Tekhnologicheskoe oborudovanie dlya gornoy i neftegazovoy promy-shlennosti: sbornik trudov Kh mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Chteniya pamyati V.R. Kubacheka» (Process equipment for mining and petroleum industries: X International Conference Proceedings «Lectures in Memory of V.R. Kubachek»), Ekaterinburg, UGGU, 2012, pp. 52-56.
