авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Повышение ресурса грунтовых насосов снижением интенсивности гидроабразивного изнашивания их элементов в системах гидротранспорта хвостов обогащения

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЗАВЕРТКИН ПАВЕЛ СЕРГЕЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА ГРУНТОВЫХ НАСОСОВ

СНИЖЕНИЕМ ИНТЕНСИВНОСТИ ГИДРОАБРАЗИВНОГО ИЗНАШИВАНИЯ ИХ ЭЛЕМЕНТОВ В СИСТЕМАХ ГИДРОТРАНСПОРТА ХВОСТОВ ОБОГАЩЕНИЯ

Специальность 05.05.06 Горные машины





Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата

технических наук



САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2009

Работа выполнена в государственном образовательном

учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете)


Научный руководитель

Доктор технических наук, профессор

В.И. Александров


Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор

Л.К. Горшков

Кандидат технических наук

В.В. Каненков


Ведущее предприятие

ЗАО «Механобр инжиниринг»


Защита диссертации состоится ­­25 ноября в 16:00 на заседании диссертационного совета Д212.224.07 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу:

199106 Санкт-Петербург, 21-линия, д.2, ауд. 7212.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.


Автореферат разослан 23 октября 2009 года


Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор Габов В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


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 внутрифабричного 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 кВт·ч; угля – 24,2-25,5 кВт·ч. 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, С.П. Турчанинов и др.

В настоящее время проблеме повышения надежности этого вида оборудования уделяется повышенное внимание в связи с необходимостью 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:

1. Установить реальные сроки службы и законы распределения наработок на отказ насосного оборудования гидротранспортных систем на основе статистических данных горно-обогатительных комбинатов.

2. 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 положения:

1. Эффективность гидротранспортных систем есть комплексный показатель, характеризующий изменение энергетических и механических параметров грунтового насоса во времени, определяемом техническим ресурсом насосного агрегата.

2. 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 грунтовых 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 грунтового 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 рекомендаций подтверждена: теоретическими исследованиями и выводами аналитических зависимостей с использованием методов математической статистики и регрессионного 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 гидроабразивного 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

Диссертационная работа содержит 115 страниц текста, 28 рисунков, 22 таблицы и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 100 наименования.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы работы и необходимость проведения теоретических и экспериментальных исследований процессов гидравлического транспортирования хвостов обогащения с целью повышения надежности гидротранспортного оборудования.

В первой главе выполнен обзор литературных источников, приведен анализ состояния и изученности вопроса гидроабразивного износа оборудования гидротранспортных систем и влияние его на надежность эксплуатации грунтовых насосов. Сформулированы цель и задачи диссертационной работы и методы исследования.

Во второй главе выполнены исследования по общей надежности гидротранспортного оборудования, приведен системный анализ факторов, определяющих ресурс грунтовых насосов, выявлены законы распределения отказов всей системы и отдельных ее элементов..

В третьей главе дано теоретическое описание влияния гидроабразивного износа на вибрацию грунтовых насосов, дано обоснование зависимостей износостойкости основных элементов конструкции от физико-механических свойств перекачиваемых хвостовых пульп, приведено математическое описание колебательного процесса рабочих колес грунтовых насосов.

В четвертой главе дано описание экспериментальных исследований вибрации грунтовых насосов и износостойкости различных материалов в лабораторных и промышленных условиях. Приведена методика наблюдений вибрации грунтовых насосов, описаны результаты обработки измерений вибрации в промышленных условиях и на лабораторном стенде. Рассмотрены результаты исследования абразивного износа различных сталей и сплавов, выполнен металлографический анализ материалов и проанализировано влияние твердости и содержания углерода на износостойкость.

В заключении приведены развернутые выводы по выполненному исследованию и даны рекомендации по использованию основных результатов диссертационной работы.

Основные защищаемые научные положения


1. Рабочий ресурс грунтового насоса систем гидротранспорта в период нормальной эксплуатации пропорционален допустимому уменьшению массы рабочего колеса при гидроабразивном износе, отношению в степени 2,65 объемной концентрации гидросмеси к средневзвешенному диаметру твердых частиц и обратно пропорционален частоте вращения рабочего колеса в третьей степени и его диаметру в степени 2,35 и зависит от коэффициента износостойкости материала рабочего колеса.

Практика систем гидротранспорта на предприятиях горной промышленности показывает, что из всех факторов, определяющих ресурс грунтовых насосов наибольшее влияние оказывает 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 при 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 0,75Нтеор 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 – сv, подача насос - и развиваемый напор – Н, площадь изнашиваемой поверхности (площадь контакта твердых частиц с твердыми стенками рабочего колеса) – Fизн., время наработки до предельного состояния (ресурс насоса) – Т и может быть представлена формулой

, кг/(м2с), (1)

где m – абсолютная величина износа, кг; Fизн – площадь изнашиваемой поверхности, м2, t – время наработки, ч.

Известно, 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

, (2)

где v – линейная скорость потока пульпы, м/с; - коэффициент пропорциональности, определяющий характеристики перекачиваемой среды, конструктивные параметры рабочего колеса грунтового насоса, - показатель, характеризующий степень влияния динамических факторов на интенсивность гидроабразивного износа.

Для определения значений и был использован метод математической статистики и регрессионного анализа. Интенсивность гидроабразивного износа была представлена в функции следующих параметров

, (3)

где - частота вращения рабочего колеса грунтового насоса, Гц; - диаметр рабочего колеса, м; - комплексный показатель, характеризующий относительный диаметр частиц твердой фазы гидросмеси и ее концентрацию - , - объемное содержание твердой фазы в перекачиваемом потоке гидросмеси; - средневзвешенный диаметр твердых частиц, определяемый гранулометрическим составом по классам крупности, м;

Обработка статистических данных по наработке грунтовых насосов серии 20 Гр на трех горно-металлургических комбинатах (Качканарский ГОК «Ванадий», Алмалыкский ГОК и Костомукшский ГОК «Окатыш») производилась с помощью наименьших квадратов и планирования экспериментов.

После реализации эксперимента и соответствующей проверки значимости коэффициентов искомая функция была получена в виде следующего выражения

, кг/(м2с) (4)

из которой, с учетом формулы (1) получаем время наработки грунтового насоса

, ч (5)

kи – коэффициент износостойкости материала рабочего колеса (для корундовой наплавки – kи = 1; для никелевых сплавов – kи = 0,8; для стали 45 – kи = 0,6; для стали 3 – kи = 0,55).

На рис. 1 приведена графическая зависимость интенсивности гидроабразивного износа от концентрации твердой фазы в потоке гидросмеси для разных значений средневзвешенного диаметра твердых частиц, определяемых гранулометрическим составом. Графики показывают, что с увеличением концентрации твердой фазы интенсивность гидроабразивного износа уменьшается и стабилизируется при концентрации 30-35 %. Задаваясь предельно допустимой потерей массы m рабочего колеса, можно по формуле (5) определить время t работы грунтового насоса. Как было сказано выше, снижение рабочего напора насоса до 0,75Нтеор связано с потерей 10 % начальной массы грунтового колеса. Для насосов серии 20Гр масса рабочего колеса равна 450 кг и 10% -я потеря составит 45 кг, которую принимаем за параметр m в формуле (5).

 Зависимость интенсивности-18

Рис. 1. Зависимость интенсивности гидроабразивного износа

от концентрации твердой фазы

При работе на гидросмеси с объемной концентрацией = 0,1 и средневзвешенным диаметром твердых частиц = 0,1 мм (0,110-3) м время работы насоса до предельного состояния составит 416 ч. Увеличение концентрации твердой фазы и снижение средневзвешенного диаметра твердых частиц способствует увеличению времени работы насоса до предельного состояния.

2. Технический ресурс грунтового насоса в системах гидротранспорта, определяемый гидроабразивным износом рабочего колеса, определяется как степенная функция заданного диапазона среднеквадратического значения виброскорости и коэффициента износостойкости материала колеса.

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.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.