Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время по уровню оснащенности и техническому уровню применяемых гидравлических систем угольная промышленность занимает одно из первых мест, а тидрофицированные механизированные комплексы являются важнейшей техникой шо добыче угля.
Учитывая, 'что в среднем за (период жизненного цикла на поддержание и восстановление эксплуатационных свойств гидрофицироваяной техник» расходуется в 4—6 раз больше затрат, чем на ее создание, а, ресурс оборудования после ремонта составляет 30—50% от ресурса серийных машин, проблема повышения надежности гидропривода мехкреии очистного комплекса стоит сегодня особенно остро.
Объясняется это № (высокой стоимостью гидрооборудова.-нн1я (более 50% от стоимости всей жрепи), и сложностью условий его эксплуатации под землей, и что не менее важно — недостаточно развитой на сегодняшний день ремонтной ібазой в отрасли. Создание новых, более производительных угледобывающих машин, естественно, повышает актуальность данной проблеми.
Опыт 'эксплуатации гидроагрегатов показывает, 'что их надежность определяется в большей степени не усталостной прочностью, а износом, вызываемым крупной дисперсностью и наличием в рабочей жидкости (РЖ) примесей органического и неорганического «происхождения. Из-за износа' и зади-ров, вызванных повышенной загрязненностью РЖ, происходит сегодня до 80% всех отказов гидросистем.
Начиная с семидесятых годов для мехкрепей очистных комплексов в качестве РЖ используют огнестойкие и по ряду параметров более эффективные по сравнению с 'минеральными імасламв эмульсионные системы типа «масло в воде», требующие диспергирования воды и присадки лри их получении. Расход данных РЖ в угольной (промышленности в десятки раз гаревышает их (количество в других отраслях вместе взятых.
Получение же высококачественных шрисадок с физико-химическими свойствами, (позволяющими достигнуть процессов самоэмульгир'ования ш растворения в воде, остается у нас до
сих пор медленно решаемой задачей. 'Б связи с этим качество (производства РЖ на базе серийно выпускаемых присадок «приобретает важное и первостепенное значение. Кроме того, исследования и многолетний опыт эксплуатации .показывают, что такие параметры РЖ, как стабильность м концентрация, а. также ее прогавоизносные, защитные и другие свойства зависят от линейного размера капелек дисперсной фазы эмульсии, а значит — ют технологи» и способа (производства.
Установлено, что только при дисперсности рабочей жидкости в 2,5—5 мим возможно обеспечение надежной защиты івдрооборіудования мехжреюи от коррозии.
Ва:жны1м условием является также регулярная регенерация «и очистка рабочей жидкости, «оторая повышает срок ее службы н может достичь 4000 ч вместо 920 ч, т. е. более двух лег .при -односменном использовании машины. Значительный эффект дает преднамеренное диспергирование механических примесей в РЖ, которые при размерах <5 мкм не только не оказывают отрицательного влияния на 'гидросистему, но и обладают рядом положительных факторов. Все это определило актуальность научно-технической проблемы, имеющей важное значение для іуігольной промышленности— повышение надежности 'гидроприводов механизированных «релей очистных комплексов, за, счет научного обоснования и разработки нового универсального оборудования шо приготовлению, регенерации и измельчению механических (примесей рабочей жидкости для гидросистем 'угледабьЕвающей техники. .
Цель работы — теоретическое обоснование, расчет и 'разработка универсального оборудования, (позволяющего получать, регенерировать, измельчать механические примеси и одновременно подавать высокодисперсные РЖ ш гидросисте-му механизированных ікрепей очистных комплексов.
Идея настоящей работы—обеспечение надежности работы гвдроэлементов механизированных «репей очистных комплексов за счет повышения дисперсности и основных эксплуатационных свойств водомасляных эмульсий, используемых Е качестве рабочей жидкости (РЖ) в (гидросистеме.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. Установлено, что одним из основных параметров рабочей жидкости (РЖ), обеспечивающих эффективную работу гидропривода .механизированных «репей очистных комплексов, является ее устойчивая адгезионная связь с контактирующими (поверхностями (гвдроэлементов, обусловленная дисперсным составом эмульсии, который зависит от способа получения, регенерации и преднамеренного измельчения механических тримесей РЖ при эксплуатации в гидросистеме жрепи.
-
Способ получения и, восстановления свойств рабочей «идаоети гидропривода (Механизированных «репей очистных шмилексов, основанный на использовании! 'процесса нестационарного 'истечения жидкости через относительно .перемещающиеся отверстия ротора и статора гидромеханического циотергатора.
-
Математическая (модель процесса, нестационарного 'истечения жидкости через относительно перемещающиеся отверстия «рабочих элементов диспергатора, новизна которой замечается в учете гидравлических сопротивлений каналов зотора и статора' .ю [переменной составляющей акустического чавлення.
-
Принцип выбора, (параметров рабочих органов гидромеханического диспергатора, новизна которого заключается в использовании амустичеокого эффекта, создающего резонанс з рабочей камере аппарата.
-
Методы расчета диспергаторов, устанавливающие связи (между конструктивньими (параметрами рабочей камеры, ротора, жаналов ротора и статора, режимами работы и (параметрами кавитационных процессов.
-
Установлено, что применение гидромеханического дис-терга.тора в гидросистеме механизированных крепей очистных комплексов предохраняет рабочую жидкость от расслаивания, обеспечивает ее вышкодистерсный состав с одновременным измельчением (механических шримесей (со средним диаметрам частиц не (более 5 мим.), что позволяет повысить в 1,5—3 раза безотказность работы гидрооборудования'механизированных 'крепей.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
удовлетворительной «ходимостью результатов аналитических и экспериментальных (исследований с фактическими данными (расхождение нешревышает 1;1%);
достаточным объемом экспериментальных данных, (позволивших шолучиїть оценки показателей безотказности насосных станций и гидроборудования «решей при работе 'гидросистем с ГМД и без него с доверительной вероятностью у не менее 0,9 и величиной относительной ошибки б не более 0,1, адля отдельных элементов гидрооборудованвя при у = 0,8 и 6 = 0,2;
существенным снижением с применением установки смесительной эмульсионной <(УСЗ) «(гидромеханического диспер-гатора (ГМД) количеств отказов элементов и узлов гидросистем (механизированных крепей;
серийным выпуском іУСЗ и ГМД заводом им. В. И. Ленина ПО «Тулаутоль» для производства высокодисперсных рабочих жидкостей.
Научная новизна работы заключается в разработке:
математического описания процесса истечения жидкости через отверстия (переменного сечения, позволяющей выявить закономерности нестационарного течения рабочего тела через модулятор (образуемый каналами ротора и статора) гид-рсшеханвчесдааго диспергатора;
математического описания процесса истечения жидкости через отверстая модуляторов диспергирующих устройств с поочередной и одновременной работой каналов ротора и статора;
принципа выборампарасметроз рабочих органов гидромеханического диапертатора., позволяющего создать 'резонанс в раїбочей камере ашларата;
методов расчета расположения отверстий в ^роторе и статоре, обеспечивающего стабильность гидравлического сопротивления диспергирующего устройства; и интенсивность акустического поля три максимальной производительности.
Значение работы. Научное значение состоит в обосновании разработки методов (расчета режимных и конструктивных параметров оборудования по получению и регенерации рабочей жидкости (для механизированных крепей очистных комплексов, нестационарного «стечения жидкости через- его рабочие органы и технологических схем его промышленного (применения, позволяющих шолучать РЖ необходимого дисперсного состава.
Практическое значение работы заключается- в разработке: -методики инженерного расчета гидромеханического дис перігатора и игрограіммного обеспечения для ЭВМ;
технических заданий на разработку и создание конструкций гидромеханического дистерга.тора (ГМД) для регенерации и измельчения (механических примесей РЖ в гидросистеме очистного комплекса, установки смесительной эмульсионной для приготовления РЖ в (подземных условиях (УСЭП) обеспечивающей (получения РЖ в очистном забое на. резервной ста.нщйи типа СНТ;
конструкций установки омесительной эмульсионной (УСЭ) по приготовлению РЖ для мехюрепей, 'гидромеханическогс диспергатора (ГМД) для регенерации ичподачи РЖ в гидросистему очистного комплекса, установки 'смесительной змуль сионной для приготовления РЖ в подземных условия; (УСЭП).
Реализация выводов и рекомендаций
Методика инженерного расчета гидромеханического дис пергатора внедрена на (заводах им. В. И. Ленина ПО «Тула уголь», «(Красный Октябрь» ПО «Ленинскуголь», РГШО ПС «Кар аігандауігоигь».
.4
Разработанная для (получения РЖ на поверхности шахт н на добычном участке в лаве установка смесительная эмульсионная (УСЭ) внеарена на всех шахтах ПО «Тулауголь», в ш/у «Лшповсцкое» и на шахте им. Артема- ПО «Приморск-уголь», на шахтах «Анадырская» іПО «Северовостоиуголь», «іВоргашерская» и «Комсомольская» ПО «іВоркутауголь»,, в ш/у «і'Коль'чугинское» ТЮ «Лешшскуголь».
Гидромеханический диспергатор ГМД, разработанный для многофункционального ишользования в качестве регенерациг онного устройства, лодпиточного насоса и изімельчителя [механических примесей РЖ, применяется в комплекте с насосными станциями СНТ-32 и серийно выпускается с 1992 г. заводом им. В. И. Ленина ПО «Тулауголь».
Четыре опытный образца установки оместительной эмульсионной для приготовления РЖ в подземных условиях (УОЭП) наготовлены на Тульском заводе им. В. И. Ленина 'ПО «Тулауголь».
Общий фактический экономический эффект от внедрения результатов работы в ценах 1991 г. составил 953 тыс. руб. Доля личного участия автора составляет 191 тыс. руб.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и получили одобрение на 'Всесоюзной научно-технической конференции по (гидромеханическим процессам разделения (г. Курган, 1984); на- 'Всесоюзной научной конференции «Применение аппаратов (порошковой технологии и процессов термосинтеза в народном хозяйстве» (т. Томск, 1987); на научно-техническом совете (машиностроительного завода им. Г. И. Петровского (Новгородское Донецкой обл., 1988); на заседаниях научно-технического совета Государственного проектно-конструкторского и технологического 'института подъемно-транспортного машиностроения (г. Новомосковск, 1988—1991); на заседаниях кафедры «Горные машины и оборудование» МГИ (Москва, 1988, 1992); на Всесоюзной научной конференции «Основные натравления открытой угледобычи и переработки КАУ» (т. -Красноярск, 1990); на научно-техническом совете ПО «Тулауголь» (г. Тула, 1990, 1992); на совместном заседании Главного научно-технического управления и Главуглемаша Минуглепрома СССР (Москва, 1991); на Международной 'межвузовской научно-практической конференции '«Надежность да качество горных машин и обрудова-ния» (МГИ, 1991); на Всесоюзной научно-технической конференции «Системный подход їв торном деле. Проблемы научно-технического торного общества» (павильон «Угольная промышленность» ВДНХ СССР, Москва, 1991).
Публикации. По теме, диссертации опубликовано 112 печатных работ, из которых 3 брошюры и- 49 авторских свидетельств на изобретения.
Структура и объем. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, изложенных на '238 страницах імашино-иисного текста; иллюстрирована 123 рисунками, содержит 23 таблицы; описок литературы из 184 наименований и приложения на '85 стр.
Автор выражает глубокую Іблаїгодарность научному консультанту проф., докт. техн. наук В. Н. Гетопанову за .методическую чіомощь в работе, а также .профессорам кафедры ГМО Л. И. Кантовияу, іВ. М. Рачеку и И. Л. Пастоеву.