Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ изученности и состояние вопроса надежности систем гидротранспорта на горно-обогатительных предприятиях 7
1.1. Надежность гидротранспортных систем горно-обогатительных предприятий. Литературный обзор и анализ гидроабразивного изнашивания элементов грунтовых насосов 7
1.2. Анализ работы грунтовых насосов при гидравлическом транспортировании хвостов обогащения 19
1.3. Отказ в системах гидротранспорта хвостов обогащения 24
1.4. Выводы по результатам анализа, цель и задачи исследования 29
2. Теоретические исследования зависимости ресурса грунтовых насосов от гидроабразивного износа основных элементов 31
2.1. Зависимость интенсивности гидроабразивного износа от кинематических характеристик потока гидросмеси 31
2.2. Зависимость гидроабразивного износа рабочего колеса грунтовых насосов от параметров пульпы 32
2.2.1. Планирование экспериментов и анализ экспериментальных результатов. 34
2.2.2. Рабочий ресурс грунтового насоса и интенсивность гидроабразивного износа рабочего колеса 39
2.3. Комплексная оценка качества гидротранспортных систем горнообогатительных комбинатов 43
2.4. Исследование влияния гидроабразивного износа элементов грунтового насоса на параметры его вибрации и рабочий ресурс 50
2.4.1. Анализ гидроабразивного износа элементов грунтового насоса в реальных условиях эксплуатации 50
2.4.2. Влияние числа лопаток на вибрацию насоса при работе на чистой жидкости 53
2.5. Теоретическая оценка величины вибрации грунтового насоса при работе на абразивных пульпах 56
2.5.1. Суммарная величина прогиба приводного вала грунтового насоса и допустимая потеря массы рабочего колеса 60
2.5.2. Анализ параметров вибрации и рабочий ресурс грунтового насоса 62
2.5.3. Структурная схема вибрационной модели грунтового насоса 70
2.6. Выводы по результатам теоретического исследования 78
3. Экспериментальные исследования влияния гидроабразивного износа рабочего колеса грунтового насоса на параметры вибрации и рабочий ресурс 79
3.1. Обработка экспериментальных данных по гидроабразивному износу рабочего колеса грунтового насоса 80
3.2. Экспериментальное определение зависимости ресурса грунтового насоса от параметров вибрации 87
3.3. Экспериментальные исследования вибрационных характеристик грунтовых насосов в лабораторных условиях 93
3.4. Зависимость износостойкости деталей грунтовых насосов от физико-механических свойств твердых частиц хвостов обогащения руды 99
3.5. Выводы по результатам экспериментальных исследований зависимости ресурса от гидроабразивного износа грунтовых насосов 103
4. Разработка метода вибрационной диагностики и оценки технического состояния грунтовых насосов в системах гидротранспорта рудных хвостов обогащения 105
4.1. Системы АСУТП гидротранспортных систем на предприятиях горной промышленности 105
4.2. Разработка основных принципов автоматизированной системы диагностирования технического состояния грунтовых насосов 106
4.3. Экспериментальные исследования автоматизированного измерительного комплекса для мониторинга КПД насосных агрегатов 112
Заключение 115
- Анализ работы грунтовых насосов при гидравлическом транспортировании хвостов обогащения
- Зависимость гидроабразивного износа рабочего колеса грунтовых насосов от параметров пульпы
- Исследование влияния гидроабразивного износа элементов грунтового насоса на параметры его вибрации и рабочий ресурс
- Суммарная величина прогиба приводного вала грунтового насоса и допустимая потеря массы рабочего колеса
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Гидравлический транспорт на предприятиях горно-обогатительной промышленности России является важным звеном технологического процесса добычи и переработки минерального сырья. Гидравлический транспорт минерального сырья оправдал себя в качестве экономичного и эффективного вігутрифабричного и магистрального способа транспортирования, а эксплуатируемые в настоящее время гидротранспортные системы являются конкурентоспособными в сравнении с другими способами транспортирования.
Вместе с тем, как показывает анализ работы гидротранспортных систем на горных предприятиях, эффективность использования этого вида транспорта не соответствует его техническим возможностям: высока трудоемкость работ при эксплуатации оборудования, высок гидроабразивный износ грунтовых насосов и трубопроводов, низок рабочий ресурс насосов, высоки металлоемкость и энергоемкость гидротранспортных систем. Так удельный расход электроэнергии на 1 м3 при гидравлическом транспортировании составляет: гравия - 4,9-6,6 кВт-ч; песка -3,2-3,6; хвостов обогащения - 21,4 кВтч; угля - 24,2-25,5 кВтч. Срок службы трубопроводов при транспортировании крупно-фракционного материала не превышает 6-8 месяцев, мелкофракционного материала - не более года, а удельный расход труб составляет 0,5-1,5 кг/м3. Ежегодная потребность в трубопроводах в горной промышленности составляет 2,5 -3,5 млн. погонных метров.
Одной из причин недостаточной эффективности гидравлического транспорта является гидроабразивный износ грунтовых насосов и трубопроводов. Исследованием вопроса гидроабразивного износа и надежности гидротранспортного оборудования при перекачке хвостов обогащения занимались Т.Ш. Гочиташвили, В.Н.Покровская, А.И. Борохович, Т.Д. Иванова, Л.В. Гамбарьян, СП. Турчанинов и др.
В настоящее время проблеме повышения надежности этого вида оборудования уделяется повышенное внимание в связи с необ-
ходимостью поддерживать и развивать производство насосного оборудования в Российской Федерации. Ресурс современных отечественных грунтовых насосов в разы меньше ресурсов насосов ведущих стран-производителей. Одной из главных причин недостаточного ресурса грунтовых насосов является вибрация, возникающая в результате гидроабразивного износа рабочего колеса. Задача повышения рабочего ресурса оборудования гидротранспорта является актуальной, для решения которой необходимо провести дополнительные теоретические и экспериментальные исследования.
Цель работы - разработка метода оценки технического ресурса грунтовых насосов в системах гидротранспорта хвостовых пульп на основе факторов, определяющих гидроабразивный износ рабочего колеса и вибрацию насосных агрегатов.
Идея работы: основным фактором, снижающим технический ресурс грунтовых насосов в системах гидротранспорта является вибрация, параметры которой определяются гидроабразивным износом рабочего колеса насосного агрегата.
Задачи исследования:
Установить реальные сроки службы и законы распределения наработок на отказ насосного оборудования гидротранспортных систем на основе статистических данных горно-обогатительных комбинатов.
Обосновать факторы, определяющие эффективность гидротранспортных систем с учетом технологических параметров и ресурса системы.
3.Теоретически и экспериментально определить степень влияния гидроабразивного износа, режимов работы и физико-механических свойств хвостов обогащения на вибрацию и ресурс насосных агрегатов
4. Разработать и обосновать способы повышения ресурса грунтовых насосов в системах гидротранспорта рудных хвостов обогащения на основе выявленных закономерностей влияния гидроабразивного износа рабочего колеса на вибрацию насосного агрегата и его долговечность.
Методы исследований: анализ статистических данных по надежности гидротранспортного оборудования, теоретические исследования гидродинамического взаимодействия взвесенесущего потока с
внутренними поверхностями трубопроводов и грунтовых насосов; лабораторные, опытно-промышленные исследования степени влияния параметров гидротранспорта и кинематической структуры потока на показатели износа; планирование экспериментов и математическая обработка опытных данных.
Защищаемые научные положення:
Эффективность гидротранспортных систем есть комплексный показатель, характеризующий изменение энергетических и механических параметров грунтового насоса во времени, определяемом техническим ресурсом насосного агрегата.
Технический ресурс грунтового насоса в системах гидротранспорта, определяемый гидроабразивным износом рабочего колеса, может быть рассчитан как степенная функция заданного диапазона среднеквадратического значения (СКЗ) виброскорости и коэффициента износостойкости материала колеса.
Научная новизна:
Теоретически и экспериментально на основе статистических данных по наработке на отказ оборудования гидротранспортных систем установлено, что технический ресурс фунтовых насосов является комплексным показателем состояния гидротранспортной установки и может быть рассчитан по величине интенсивности гидроабразивного износа рабочего колеса и параметров вибрации в стандартном диапазоне СКЗ виброскорости.
Метод прогнозирования рабочего ресурса фунтового насоса в системе гидротранспорта, как обобщенного фактора надежности на основе установленных зависимостей интенсивности гидроабразивного износа рабочего колеса, физико-механических свойств перекачиваемой пульпы рабочей среды, времени наработки и среднеквадратического значения виброскорости.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендации подтверждена: теоретическими исследованиями и выводами аналитических зависимостей с использованием методов математической статистики и рефессионного анализа и сопоставлением теоретических результатов с экспериментальными данными.
Практическая значимость работы:
разработана методика расчета и прогнозирования технического ресурса работы гидротранспортной установки для транспортирования гидросмеси хвостов обогащения с учетом влияния интенсивности г идроабразивного износа рабочего колеса.
разработан метод диагностики состояния грунтового насоса на основе анализа рабочего ресурса и параметров вибрации в заданном диапазоне СКЗ виброскорости.
Апробация работы.
Основные положения и отдельные результаты докладывались и обсуждались: на конференциях «Полезные ископаемые России и их освоение» в, 2007, 2008, 2009 гг. в СПГГИ (ТУ); на Международной научно-практической конференции в г. Краков (Польша), 12-14 декабря 2006 г.; на Международной научно-практической конференции в г. Фрайберг (Германия), 20-23 июня 2007 г.
Личный вклад соискателя:
сбор и обработка статистических данных по надежности гидротранспортного оборудования;
вывод уравнений зависимости ресурса грунтового насоса и элементов его конструкции от вибрации, частоты вращения консольного вала, критического числа лопаток и гидроабразивного износа входных и выходных кромок лопаток;
лабораторные и опытно-промышленные исследования гидроабразивного износа в системах гидротранспорта горно-обогатительных комбинатов и надежности элементов конструкции грунтовых насосов.
Публикации
По результатам диссертационной работы опубликованы 6 печатных работ, в том числе одна в журнале, входящем в список, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем диссертационной работы
Анализ работы грунтовых насосов при гидравлическом транспортировании хвостов обогащения
Многолетние наблюдения за среднестатистическими сроками службы основных деталей грунтовых насосов в условиях хвостовых хозяйств горнообогатительных комбинатов Качканарского, Алмалыкского и Костомукшского в период с 2000 по 2007 г.г. приведены в табл. 1.1. Сроки службы деталей насосов в условиях гидромеханизации (по литературным источникам [32],[33],[34],[35],[36],[37]) приведены в табл. 1.2. Данные табл. 1.1 и табл. 1.2 показывают, что самым напряженным узлом грунтовых насосов является рабочее колесо. Ресурс рабочих колес для различных условий эксплуатации грунтового насоса изменяется от 780 до 1320 ч непрерывной работы. Износ рабочих колес вызывает значительные вибрационные напряжения, передаваемые опорным узлам насосной установки подшипникам, срок службы которых резко снижается.
В условиях гидромеханизации при проведении вскрыши на карьерах по данным литературных источников [42, 43], при перекачке песчано-гравийной гидросмеси, сроки службы рабочих колес насосов примерно в 1,5-2,5 раза ниже, чем корпусов насосов (отводов). На горно-обогатительных комбинатах при гидравлическом транспортировании хвостовых пульп сроки службы рабочих колес, наоборот выше в 1,5-2 раза. Данные табл. 1.1 по наработке грунтовых насосов не противоречат известным экспериментальным результатам [42, 43]. Большой объем работ по исследованию надежности грунтовых насосов на ряде горно-обогатительных комбинатах выполнен в отраслевой лаборатории гидравлического транспорта руды и продуктов ее переработки в Ленинградском горном институте [44]. Было установлено, что средний рабочий ресурс рабочих колес грунтовых насосов на Алмалыкском ГМК составил 1107 ч, корпусов - 471 ч; на Оленегорском ГОКе соответственно 500 и 240 часов, на АНОФ-2, комбинат Апатит- 1440 и 143 ч. Результаты наблюдений за причинами отказов деталей грунтовых насосов на Алмалыкском ГМК сведены в табл. 1.3 [45, 46]. Из данных табл. 1.3 следует, что основной причиной отказов грунтовых насосов (в среднем до 75%) является гидроабразивный износ основных деталей: рабочих колес, корпусов, передних крышек, а также несовершенство конструкций, в частности, консольное крепление рабочего колеса на приводном валу и несовершенство контроля состояния насосов в процессе эксплуатации. Для защиты от гидроабразивного износа грунтовых насосов и увеличения срока их службы на Алмалыкском ГОК-е и других обогатительных фабриках и комбинатах используется корундирование крышек со стороны всасывания.
Однако, необходимо отметить, что при незначительном повышении ресурса, за счет снижения гидроабразивного износа, снижается также и КПД насосов, их напор и подача надежности системы гидротранспорта. Значительный гидроабразивный износ является следствием абразивных свойств перекачиваемых рудных хвостов, которые в основном содержат до 80 % окиси кремния (песок), характеризующийся высокой абразивностью. Гидротранспортные системы хвостовых хозяйств горно-обогатительных комбинатов представляют собой сложные технические комплексы. Важным параметром таких комплексов является надёжность, характеризующая её способность выполнять заданные функции в процессе эксплуатации. Надёжность как внутреннее свойство системы закладывается на этапе проектирования, обеспечивается в производстве и реализуется в эксплуатации. Применительно к теории надежности предлагается рассмотреть комплексную систему гидравлического транспортирования хвостов обогащения, включающую в себя систему технологических трубопроводов, грунтовые насосы и запорную арматуру. Примером такой системы является система гидротранспорта хвостов обогащения медной обогатительной фабрики горно-металлургического комбината ОАО «Алмалык». В ближайшей перспективе в процесс обогащения на горнообогатительных комбинатах, в том числе и на ОАО «ГМК Алмалык», все больше будут вовлекаться бедные руды, в связи с чем, возрастут объемы хвостов обогащения, удаление которых на 90 % осуществляется гидротранспортом. Обладая выраженными абразивными свойствами, хвосты,обогащения вызывают интенсивный износ гидротранспортного оборудования, в результате чего значительно снижаются экономические показатели горно-обогатительных предприятий. Обеспечение надежного функционирования гидротранспортного оборудования, и в частности, грунтовых насосов и трубопроводов, как основных элементов системы гидротранспорта, является одним из условий надежной работы горно-обогатительного предприятия.
Проблема повышения надежности гидротранспортных систем возникла в связи со значительными простоями обогатительных фабрик из-за отказов гидротранспортного оборудования в условиях перекачки рудных хвостов обогащения. В табл. 1.4 приведены данные по аварийным ситуациям на пульпонасосных станциях в системе гидротранспорта хвостов МОФ ГМК «Алмалык». Недостаточная надежность гидротранспортного оборудования при перекачке хвостов обогащения приводит к тому, что действующие ГМК и ГОК - Алмалыкский ГМК, ГМК «Норильский никель», Ломоносовский ГОК и ГМК «Эрдэнэт» и др., имея значительные объемы производства, несут огромные финансовые убытки. Экономические показатели гидротранспорта рудных хвостов обогащения, полученные на основе статистики по Алмалыкскому ГМК показывают, что наибольшее влияние оказывают затраты на ремонт грунтовых насосов и трубопроводов, которые составляют 43-48 % от общих эксплуатационных расходов, а убытки от простоя всего гидротранспортного оборудования достигают 65-67 %. В условиях необходимости снижения себестоимости промышленной продукции необходимо повышение надежности системы гидротранспортного комплекса. Для успешного осуществления поставленной задачи необходимо выявить основные факторы, влияющие на надежность этого вида оборудования и определить оптимальные сроки ТО и Р, основной целю которых - снижение отказов системы.
Отказы системы гидротранспорта хвостов заключаются в нарушении нормального функционирования или полного прекращения их работы. Предельное состояние гидротранспортного оборудования определяют по изменению параметров, по условиям безопасности или экономическим показателям. При большем снижении развиваемого давления, производительность и к.п.д. насоса падают до 50 %. Насос полностью считается изношенным, если потеря массы рабочего колеса превышает от первоначального значения 10-15%. Для гидротранспортных систем характерны износовые - постепенные отказы, которым подвергаются детали и узлы, непосредственно соприкасавшиеся с абразивной пульпой хвостов обогащения. К этим деталям относятся рабочие колеса, корпуса, передние крышки, бронедиски, уплотнения. Кроме этого в грунтовых насосах имеют место и внезапные отказы [63,97]. К ним можно отнести - соскакивание рабочего колеса с вала насоса, разрушение радиально-упорных подшипников, если они не рассчитаны на аварийную нагрузку, которую приходится выдерживать, если внезапно возрастут осевые усилия при эксплуатации. Отказ подшипников связан косвенно и с износом, так вследствие износа уплотнений, или при их отсутствии со стороны передней крышки, возникают большие осевые усилия, которые в несколько раз превышают допустимые радиально-упорными подшипниками. К этому же виду отказов можно отнести заклинивание рабочего колеса в корпусе насоса. В соответствии с ГОСТ 27.002-89 «Надежность в технике. Основные понятия.
Термины и определения» в понятии надежность интересны следующие понятия - безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Безотказность и долговечность гидротранспортного оборудования будут обеспечены, если решены проблемы своевременного проведения планово-предупредительных ремонтов и осмотров, правильных конструктивных решений узлов и рационально-экономических видов защитных покрытий деталей насосов, устранено влияние тех факторов, которые вызывают преждевременный выход из строя этого вида оборудования в данных конкретных условиях эксплуатации.
Зависимость гидроабразивного износа рабочего колеса грунтовых насосов от параметров пульпы
Практика систем гидротранспорта на предприятиях горной промышленности показывает, что основной причиной низкой эффективности систем является недостаточный ресурс грунтовых насосов. На долговечность» насосов оказывают влияние многие факторы, но основным является гидроабразивный износ рабочего колеса. Эксперименты и статистические данные свидетельствуют, что с увеличением гидроабразивного износа рабочего колеса начинают проявляться значительные динамические нагрузки, связанные с разбалансировкой приводного вала, возникновением низкочастотных вибраций, воспринимаемых опорными подшипниками. Эти факторы являются причиной снижения рабочего напора грунтового насоса. Было установлено, что приї снижении рабочего напора до 0,75Нтеор рабочее колесо требует капитального ремонта или полной замены.
Износ рабочего колеса проявляется в потере его массы в местах интенсивного контакта потока пульпы по поверхности переднего и заднего бронедисков, входных и выходных кромок лопаток. При снижении напора до критического 0,75Нтсор масса рабочего колеса снижается от 10 до 15 % за время нормальной эксплуатации, которое принимается за технический ресурс грунтового насоса - Т. Интенсивность гидроабразивного износа грунтового насоса зависит от многих факторов, к которым относятся, гранулометрический состав твердых частиц — dcp и их механические свойства (окатанность, абразивность, плотность и др.), концентрация перекачиваемой гидросмеси - cv, подача насос - QC4 и развиваемый напор - Н, площадь изнашиваемой поверхности (площадь контакта твердых частиц с твердыми стенками рабочего колеса) - F„3H., время наработки до предельного состояния (ресурс насоса) - Т. Абсолютная величина износа m рабочего колеса за некоторое время t равна разности массы Мо не изношенного рабочего колеса и массы колеса после работы за время t - M(t), т.е. Время наработки зависит от параметров перекачиваемой гидросмеси и изменяется от 700 до 1350 часов непрерывной работы. При этом вероятность безотказной работы выражается экспоненциальным законом распределения, где X - интенсивность отказов, с"1, Т — время наработки до отказа. Абсолютная величина гидроабразивного износа рабочего колеса является дискретной характеристикой работоспособности грунтового насоса. Наиболее рационально применить параметр, характеризующий износ в динамике. Таким параметром является интенсивность гидроабразивного износа, характеризующая уменьшение массы изнашиваемой детали во времени с единицы площади поверхности данной детали - рабочего колеса: где F1I3H — площадь изнашиваемой поверхности, м .
Установлено, что интенсивность гидроабразивного износа зависит от множества факторов, определяемых энергетическими характеристиками перекачиваемой гидросмеси, относительной крупностью твердых частиц и конструктивными параметрами рабочего колеса грунтового насоса, основным из которых является скорость перекачиваемого потока в проходных сечениях рабочего колеса грунтового насоса, в соответствии с формулой где v - линейная скорость потока пульпы, м/с; к - коэффициент пропорциональности, определяющий характеристики перекачиваемой среды, конструктивные параметры рабочего колеса грунтового насоса (диаметр рабочего колеса - DpK, площадь изнашиваемой поверхности, - FH3U, износостойкость изнашиваемых поверхностей), п - показатель, характеризующий степень влияния динамических факторов на интенсивность гидро абразивно го износа. Для определения значений кип был использован метод математической статистики и регрессионного анализа. Интенсивность гидроабразивного износа была представлена в функции следующих параметров где со - частота вращения рабочего колеса грунтового насоса, Гц; D - диаметр рабочего колеса, м; 80 - комплексный показатель, характеризующий относительный диаметр частиц твердой фазы гидросмеси и ее концентрацию 80 =—- , cv - объемное содержание твердой фазы в перекачиваемом DpK cv определяемый гранулометрическим составом по классам крупности, м; d{ -средний диаметр частиц і-го класса; Р; - содержание отдельных фракций в гранулометрическом составе твердой фазы, %. Для дальнейшего анализа функцию (2.5) можно представить в виде степенного полинома: где еа - постоянный коэффициент, а0 -т- а3 - показатели степени при параметрах модели, определяемые на основе экспериментальных данных.
Фактические результаты по значениям величин коэффициентов (показателей степени) должны быть получены после обработки экспериментальных результатов методом наименьших квадратов. Для дальнейшего исследования степенной многочлен (2.6) представим в виде линейной зависимости. Для этого прологарифмируем данную функцию и получим следующее линейное уравнение:
Исследование влияния гидроабразивного износа элементов грунтового насоса на параметры его вибрации и рабочий ресурс
При; визуальном контроле рабочих поверхностей деталей грунтовых насосов на Алмалыкском ГМК перед капитальными ремонтами было установлено: 1. Рабочие колеса подвергались интенсивному абразивному износу, проявляющегося в снятии металла на переднем диске колеса, а также на входных и выходных кромках рабочих лопаток, причем наибольший и неравномерный износ имеет место в местах соединения лопаток с передним диском. В некоторых отдельных случаях при контроле деталей выявлены сквозные отверстия на дисках рабочего колеса. Нарушения целостности рабочих поверхностей,рабочего колеса является причиной разбалансировки вала насоса. 2. На внутренней поверхности корпуса насоса, на его спиральном отводе заметны следы износа в виде глубоких царапин и в некоторых случаях в виде мелких трещин. 3. Крышка со стороны всасывания имеет местный и общий износ с образованием поверхностей повышенной шероховатости, а в ряде случаев и сквозных отверстий 4. Нарушения целостности сальниковых уплотнений со стороны всасывающей линии и связанные с этим значительные осевые усилия, воспринимаемые подшипниковыми узлами. 5. Значительная радиальная и осевая неуравновешенность ротора насоса с закрепленным на консоли вала рабочим колесом. 6. Непродолжительные сроки службы деталей и самих грунтовых насосов. Общие наблюдения за работой грунтовых насосов показывает, что при определенном времени наработки значительно изменяются вибрационные характеристики, в основном на корпусах радиально-упорных подшипников.
Такое состояние грунтовых насосов свойственно и другим роторным машинам и механизмам. Так в работе [21] отмечается, что вибрационное состояние грунтовых насосов и спектры вибраций опорных узлов характерны и для турбогенераторов, при работе которых наблюдались значительные размахи колебаний подшипниковых узлов и вала, как в вертикальной плоскости, так и в осевом направлении. По этой причине возникают дополнительные нарушения балансировки, прогрессирующий износ опорных поверхностей подшипников и последующий выход их из строя. Для грунтовых насосов характерны низкочастотные вибрационные спектры в диапазоне от 10 до 30 Гц и с большой амплитудой колебательного процесса - виброперемещений до 600 мкм. При этом известно, что низкочастотные колебания из-за своей неустойчивости и способности к внезапному и резкому возрастанию, представляют несомненную опасность для роторных машин и грунтовых насосов, в частности. Имеющиеся исследования центробежных насосов в нефтяной отрасли хозяйства и в гидромеханизации на открытых карьерах (Раздольский горно химический комбинат) [36] на передней подшипниковой опоре значительно превышают допустимые нормы по виброскорости, виброперемещениям и виброускорениям, регламентированным отечественными и международными стандартами для роторных машин. Граничные значения вибрационных характеристик в работающем грунтовом насосе свидетельствуют о предельном (- состоянии механизма, выработавшего свой рабочий ресурс. \ Основным фактором вызывающим вибрационную неуравновешенность ротора грунтового насоса является гидроабразивный износ рабочего колеса, обладающего наибольшей маховой массой.
При неравномерном износе рабочих поверхностей рабочего колеса, обусловленного абразивным воздействием потока пульпы, происходит смещение центра массы ротора насоса с последующим развитием эксцентриситета между геометрической осью вала ротора и осью, проходящей через центр масс рабочего колеса. Это было отмечено еще в работе [66], в которой в качестве вывода было указано на необходимость выявления факторов снижающих гидроабразивный износ рабочего колеса грунтовых насосов, что непосредственно связано с вибрационными нагрузками и рабочим ресурсом и эксплуатационной надежностью самого насоса и гидротранспортной системы в целом. Значительный гидроабразивный износ рабочего колеса обусловлен объективными факторами: 1. Несовершенство конструкции самого грунтового насоса, заключающееся в неправильной геометрии улиты насоса, отличной от идеальной соответствующей теории турбомашин машин Эйлера. 2. Конечное и минимальное число рабочих лопаток рабочего колеса с углами входа и выхода, рассчитываемых для чистой и однородной жидкой среды, что при работе на двухфазных дисперсных средах, к которым относятся хвосты переработки минерального сырья, значительно отражается на пульсационных характеристиках потока на выходе из спирального отвода (улиты). 3. Не полное соответствие применяемых типоразмеров грунтовых насосов теории подобия, в частности, отклонение коэффициента быстроходности грунтовых машин от предельного значения ns= 80-100. Существующие и эксплуатируемые на ГОК-ах грунтовые насосы серии Гр выходят за пределы указанного и стандартизированного ряда машин по параметру быстроходности. 4. Все перечисленные факторы являются причиной повышенной пульсации перекачиваемого потока гидросмеси как на входе в рабочее колесо, так и при выходе из него в1 спиральный отвод и далее в нагнетательный патрубок.
Пульсирующий характер потока пульпы усиливает его абразивное воздействие на рабочие поверхности и приводит к возникновению очагов кавитации, дополнительно повышающей неуравновешенность всей системы. 5. Применение материалов, с повышенными прочностными характеристиками, может привести к некоторому снижению интенсивности гидроабразивного износа, но не исключит это явление из рабочего процесса, как фактора влияющего на надежность гидротранспортных систем и грунтового насоса. 6. Неравномерный гидроабразивный износ рабочего колеса провоцирует развитие вибрационных процессов, передаваемых от рабочего колеса валу насоса, опорным подшипникам и далее раме насосного агрегата и всей системе в целом. Пульсирующий характер перекачиваемого потока вносит свой дополнительный вклад в вибрационный спектр. 7. Гидроабразивный износ рабочего колеса вызывает интенсификацию гидроабразивного изнашивания других ответственных деталей конструкции грунтового насоса, совокупность которых определяет общую схему гидроабразивного износа машины.
Суммарная величина прогиба приводного вала грунтового насоса и допустимая потеря массы рабочего колеса
В итоге суммарный прогиб вала, включающий прогибы реакции от возмущающего действия потока пульпы (yR), действия центробежной силы (у), от сил, возникающих при абразивном износе (ун) и от массы самого вала (у0) будет равен Суммируя полученные значения прогибов, получим его значение за время Тр работы насоса на абразивной пульпе Важной характеристикой в приведенных формулах является величина абсолютной массы, теряемой рабочим колесом вследствие гидроабразивного изнашивания его рабочих поверхностей. Из формул (2.45) и (2.52) получим для АМК:
Заменив в формуле (2.55) полученными величинами для AM можно представить ее через параметры ДМ. Анализ формулы (2.55) показывает, что величина суммарного прогиба приводного вала грунтового насоса при неизменном числе рабочих лопаток является функцией конструктивных параметров грунтового насоса, режимов его работы, параметров пульпы и времени работы, а также от степени абразивности твердых частиц и соотношения твердости колеса и абразива. Максимальное допустимое уменьшение массы рабочего колеса, при котором рабочий напор насоса снижается до 0,75Н„ можно записать, как где к - коэффициент убыли массы рабочего колеса, значение которого можно принять равным в пределах 0,15-025 [38]. При таком коэффициенте убыли массы колеса предельный срок его службы будет равен р Т„= ,. (2.56) Формула показывает, что увеличение числа лопаток рабочего колеса вызывает увеличение параметра (А2 + A3z) и приводит к снижению Тр. И, наоборот, уменьшение числа лопаток приводит к увеличению Тр. Как было показано выше, гидроабразивный износ рабочего колеса грунтового насоса, как основного элемента конструкции, вызывает значительные вибрационные колебания корпуса насоса в трех взаимно-перпендикулярных плоскостях, что в определяющей степени сказывается на показателях надежности насосного агрегата и его ресурсе.
Параметры надежности оборудования пульпонасосных станций (ПНС) горнообогатительных комбинатов оцениваются по следующим основным показателям: - средняя наработка на отказ (наработка на отказ) Т, - средний ресурс (средний срок службы) Д, - среднее время восстановления (ремонта) непланового Тв, - среднее время восстановления (ремонта) планового ТППр, - вероятность безотказной работы P(t), - коэффициент технического использования Кти . На стадии эксплуатации ПНС роль показателей надежности оборудования выполняют их статистические оценки, расчет которых обычно проводится по известным формулам, в соответствии с ГОСТ 27.002, приведенных в табл. 2.4 Общее время эксплуатации насосного оборудования ПНС гидротранспортных систем горно-обогатительных комбинатов до наступления предельного состояния делится на три периода, рис. 2.6. Первый (I) - период приработки насоса до времени tnp. Для грунтовых насосов 150 - 200 ч. Второй (II) - период нормальной эксплуатации от времени приработки tnp до времени интенсивного снижения показателей надежности tH3. Это время зависит от типоразмера насоса, условий эксплуатации, качества технического обслуживания и ремонта. Третий (III) - период интенсивного снижения показателей надежности до списания оборудования, как правило, ограничен сроком службы грунтового насоса. В процессе обследования насосного оборудования ПНС гидротранспортных систем Качканарского ГМК «Ванадий», Костомукшского ГОКа «Карельский Окатыш» и Алмалыкского ГМК получены данные по зависимости потока отказов насосного оборудования от времени наработки, рис. 2.7. Графики показывают, что интенсивности отказов снижаются в начальный период эксплуатации насосов, в период приработки. В дальнейшем, в период нормальной эксплуатации интенсивности отказов насосов снижаются и принимают практически постоянное значение в конце этого периода. Наработка насоса в период приработки возрастает с увеличением производительности насоса, т.е. его типоразмера.
