Обоснование бескавитационных режимных параметров насосного оборудования водоотливных комплексов угольных шахт тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат наук Паламарчук Татьяна Николаевна

• Паламарчук Татьяна Николаевна
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Паламарчук Татьяна Николаевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Оценка основных показателей водоотливных комплексов угольных шахт

1.2 Особенности условий эксплуатации насосов шахтного водоотлива

1.3 Влияние режимов работы на функционирование шахтных насосов и показатели их долговечности

1.4 Анализ методов расчета и выбора параметров рациональных режимов работы шахтных насосов

1.5 Направление конструкторских работ по созданию надежных шахтных насосов с расширенным диапазоном подач и повышенной всасывающей способностью

1.6 Цель и задачи исследований

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ИЗНАШИВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ И ПРИЧИН ОТКАЗОВ ШАХТНЫХ НАСОСОВ

2.1 Анализ характера изнашивания деталей и причин отказов насосов шахтных водоотливных установок

2.2 Оценка влияния рабочих параметров шахтных насосных установок и

режимов работы на показатели долговечности насосов

Выводы

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ КАВИТАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ ШАХТНЫХ НАСОСОВ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ, ФИКСИРУЮЩИХ НАЧАЛЬНЫЙ ЭТАП КАВИТАЦИИ

3.1 Экспериментальная оценка соответствия параметров насосов в шахтных условиях паспортным кавитационным характеристи-

кам

3.2 Выбор базовых параметров для оценки режимов работы насосного оборудования по условиям всасывания

3.3 Расчет максимальной высоты всасывания

3.4 Расчет критического кавитационного запаса

3.5 Использование метода измерений виброскорости для оценки кавитационного состояния шахтных насосов

3.6 Экспериментальные исследования особенностей кавитации в насосах шахтного водоотлива

Выводы

ГЛАВА 4 ОБОСНОВАНИЕ, РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ГИДРАВЛИЧЕСКИХ УРАВНОВЕШИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

4.1 Исследования особенностей функционирования ГУУ в кавитацион-

ных режимах работы шахтных насосов

4.2 Экспериментальные исследования осевой силы ротора и параметров

ГУУ шахтных центробежных насосов

Выводы

ГЛАВА 5 ОБОСНОВАНИЕ УТОЧНЕННЫХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА БЕСКАВИТАЦИОННЫХ И ЭКОНОМИЧНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ШАХТНЫХ НАСОСОВ

5.1 Методика расчета параметров режимов работы насосов с разными характеристиками

5.2 Методика определения оптимального межремонтного ресурса насоса

шахтного водоотлива

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список использованной литературы

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А Основные характеристики обследованных шахтных водоотливных установок

Приложение Б Алгоритм экспериметально-расчетного определения кави-

тационных параметров шахтных насосов

Приложение В Пример уточненного метода расчета энергетических и ка-

витационных характеристик шахтных насосов

Приложение Г Акты внедрения результатов диссертационной работы

Приложение Д Основные образцы насосной техники для шахтного водоотлива угольных шахт, разработанные в 2008-2014 гг. при участии диссертанта

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, ИНДЕКСОВ

И СОКРАЩЕНИЙ

рат - давление атмосферное на уровне водоотливной установки, Па;

рн.п - давление насыщенных паров воды при заданной температуре, Па;

D, d - диаметры характерных сечений, м;

Увх.х - скорость потока на входе в ступень в исследуемом сечении х, м/с;

0 коэффициент кавитации Тома; Н - напор, м;

^от - потери напора, м;

р - плотность воды при заданной температуре,кг/м3;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

1 - длины трубопроводов, м;

т - коэффициент пропускной способности НА;

N - мощность, Вт;

п - часота вращения, об/мин;

пд - коэффициент диффузорности;

п., - коэффициент быстроходности насоса;

р - давление, Па;

Q - подача насоса, ступени, м/с;

Я, г - радиусы характерных сечений и элементов, м;

и - окружная скорость потока, м/с;

V - скорость потока в абсолютной системе координат, м/с;

w - скорость потока в относительной системе координат, м/с;

v1 - скорость потока на радиусе Я1 (входе в колесо), м/с;

Vo - осевая скорость потока во входной горловине колеса, м/с;

Ah1 - кавитационный запас для первого режима кавитации, м;

АИкр - критический кавитационный запас для начала кавитации, м;

С - коэффициент сопротивления;

П - коэффициент полезного действия, %;

кэ - экспериментальный коэффициент начала кавитации;

С - кавитационный коэффициент быстроходности;

Ф - коэффициент запаса;

Q - относительная подача (расходный параметр);

рвх - давление во входном канале, Па;

То - расчетное осевое усилие, действующее на ротор насоса, Н;

F - осевое усилие, воспринимаемое гидравлической пятой, Н;

Fmax - максимальное осевое усилие, воспринимаемое гидравлической

пятой без механического контакта, Н;

ß - коэффициент регулирования гидравлической пяты;

h1 - радиальный зазор в цилиндрическом дросселе гидропяты, м;

h2 - торцовый зазор между кольцами гидропяты, м;

Е0 - удельные затраты электроэнергии на откачку 1 м3 воды, кВт-ч/м3;

t - наработка насоса, ч.

СОКРАЩЕНИЯ

ВК - водоотливный комплекс;

ВУ - водоотливная установка;

ШЦН - шахтный центробежный насос;

КПД - коэффициент полезного действия;

ГУУ - гидравлическое уравновешивающее устройство;

СДПЧ - сменные детали проточной части;

РК - рабочее колесо;

ВС - входная ступень;

ПС - промежуточная ступень.

ИНДЕКСЫ

max - максимальный;

min - минимальный;

расч - относительно расчетного режима;

ф - относительно фактического режима;

опт - относительно оптимального режима работы;

вх - относительно входного канала;

вх.1 - относительно сечения 1-1 входного канала;

вх.х - относительно сечения х-х межлопастного канала;

о - осевой;

э - экспериментальный.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование бескавитационных режимных параметров насосного оборудования водоотливных комплексов угольных шахт»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В общем комплексе стационарного оборудования угольных шахт и других горнодобывающих предприятий водоотливные установки занимают особое положение, т.к. являются одним из наиболее ответственных и энергоемких звеньев. Затраты на откачку шахтных вод составляют от 20 до 45 % электроэнергии, потребляемой шахтой. Безаварийная и энергоэффективная откачка значительного по объему (до 2,5 тыс. м /ч) притока шахтной воды возможна при применении на водоотливных комплексах надежных центробежных многоступенчатых насосов и обеспечении рациональных режимов их работы. В настоящее время межремонтный ресурс секционных насосов шахтного водоотлива в среднем составляет 1450 ч, при этом эти же типы насосов, но эксплуатирующиеся в системах, перекачивающих жидкости с механическими примесями (например, техническое водоснабжение, транспорт товарной нефти), имеют наработку в два-четыре раза выше. Это может свидетельствовать о том, что доминирующими факторами, влияющими на показатели долговечности шахтных насосов, являются не только содержащиеся в перекачиваемой рудничной воде взвешенные твердые частицы и агрессивные, химически активные компоненты, но и параметры их рабочих режимов: напор, подача, вакуумметрическая высота всасывания. По этой причине дальнейшие исследования должны быть направлены на поиск новых способов и технических решений, обеспечивающих работу шахтного насосного оборудования в рациональных эксплуатационных режимах.

Вопросы снижения удельных энергозатрат на удаление подземных вод, повышения ресурса насосов шахтного водоотлива за счет их постоянной эксплуатации в устойчивых и бескавитационных режимах, представляют собой актуальную научную и практическую задачу.

Целью работы является уточнение закономерностей и характера доминирующих видов эрозионного изнашивания для деталей насосного оборудования водоотливных комплексов угольных шахт и на этой основе обоснование

параметров рациональных режимов работы и способов повышения всасывающей способности центробежных насосов в условиях подземного водоотлива.

Идея работы. Повышение эффективности откачки шахтной воды на поверхность действующими водоотливными комплексами шахт и рудников достигается использованием установленных индивидуальных ограничений на допускаемый диапазон напорных, энергетических и кавитационных характеристик для каждого отдельного насоса и применением разработанного ряда унифицированных шахтных насосов, оснащенных сменными деталями проточной части, входными ступенями с повышенной всасывающей способностью и уравновешивающими устройствами с независимой предохранительной линией гидравлической защиты.

Метод исследований - комплексный, включающий анализ опыта эксплуатации центробежных шахтных насосов на водоотливных комплексах угольных шахт России и Украины; результатов ранее выполненных работ по исследованию и разработке насосного оборудования для откачки рудничных вод на глубоких и обводненных шахтах; экспериментальные исследования ка-витационных явлений в насосах и неустойчивых режимов насосов в промышленных условиях и на испытательном стенде; расчетно-аналитические исследования закономерностей изменения напорных и кавитационных характеристик насосов для построения модели прогнозирования их рабочих параметров в зависимости от наработки и определения оптимального межремонтного ресурса шахтных насосов.

Научные положения, выносимые на защиту

1 Среди эксплуатационных факторов, определяющих техническое состояние насосного оборудования угольных шахт, откачивающих неосветлен-ную шахтную воду, доминирующее влияние на его технический ресурс оказывает не гидроабразивное и коррозионное изнашивание, а кавитация в каналах проточной части, сопровождающая работу большей части шахтных центробежных насосов.

2 Из-за особенностей подземного водоотлива значение критического кавитационного запаса Д^ро шахтного насоса, полученное на заводских испытаниях, значительно ниже фактической величины кавитационного запаса Д^р.ш в шахтных условиях. Поэтому для надежной идентификации и фиксирования начала кавитации в каждом насосе водоотливной установки требуется обязательная корректировка индивидуальных параметров всасывающей способности соответствующими поправками, полученными по результатам экспериментального определения фактической критической скорости потока в горловине рабочего колеса.

3 Основой повышения надежности и энергетической эффективности систем шахтного водоотлива является использование для угольных шахт разработанного параметрического ряда унифицированных центробежных насосов нового технического уровня с расширенным диапазоном рабочей части характеристики.

4 Полное исключение кавитации в центробежных насосах угольных шахт при существующих типовых технологических схемах водоотлива может быть достигнуто только созданием избыточного давления на всасывающей линии насосной установки либо повышением кавитационного коэффициента быстроходности не менее, чем вдвое, и полным предотвращением попадания атмосферного воздуха в насос через неплотности во всасывающем трубопроводе и в переднем концевом уплотнении.

5 Наиболее эффективным способом защиты от кавитации, повышения надежности и снижения энергемкости является каскадный способ регулирования режимов совместной работы шахтных насосных установок, основанный на селективном подборе насосов с разными сборками сменных деталей проточной части и индивидуально подобранными рабочими характеристиками.

Объект исследований: водоотливные комплексы угольных шахт.

Научная новизна

1 Установлены количественные связи между эксплуатационными факторами шахтных водоотливных установок, откачивающих неосветленные и

слабозагрязненные шахтные воды: объемным содержанием угольно-породных взвесей в воде, относительной подачей насоса, геометрической высотой всасывания и наработкой насосного оборудования, при этом показано, что определяющими видами изнашивания (до 85 % обследованных насосов) являются кави-тационная эрозия и повреждения деталей, вызванные нарушениями функционирования деталей и узлов насосов вследствие возникновения и развития кавитации.

2 С учетом поправок на особые условия эксплуатации конкретной водоотливной установки получены расчетные формулы для определения кавитаци-онных параметров шахтных насосов: максимально допустимой (критической) геометрической высоты всасывания ^.вскр, действительного Ahди требуемого Дhmр кавитационных запасов, максимально допустимой (критической) скорости потока во входной горловине рабочего колеса входной ступени укр, максимально допустимой (критической) подачи Qкр, часть из них выбрана в качестве главных сигнальных параметров, по которым оценивается текущее кавитаци-онное состояние шахтного насоса и ограничиваются недопустимые кавитаци-онные режимы работы насосной установки.

3 Обоснован и реализован в модернизированном шахтном насосе новый конструктивный принцип обеспечения функционирования гидравлического уравновешивающего устройства при наступлении аварийного состояния - применение напорной байпасной линии, срабатывающей при критическом падении давления в камере гидравлической пяты.

4 Предложено для исключения попадания воздуха во всасывающую линию шахтного насоса и существенного повышения его всасывающей способности применять новую гидравлическую схему двухпоточной входной ступени со встречно расположенными друг к другу входными горловинами двух рабочих колес и без концевого сальникового уплотнения вала, герметизирующего полости всасывания с атмосферой.

5 Обоснован и разработан метод определения оптимальной наработки до капитального ремонта центробежного насоса шахтной водоотливной установки с учетом минимума затрат на перекачивание жидкости. В качестве критерия эффективности целесообразно выбрать эксплуатационные затраты на перекачку 1 м3 жидкости с учетом текущего технического состояния насоса, которое контролируется периодическим измерением его подачи .

Достоверность научных положений, выводов и результатов исследования подтверждается корректным использованием теоретических и экспериментальных исследований, достаточным объемом проведенных экспериментов и удовлетворительной сходимостью аналитических исследований с результатами выполненных экспериментов и данными практики, использованием современных средств контроля параметров эксплуатации насосных установок.

Практическая значимость работы

На примере анализа работы насосов водоотливных комплексов угольных шахт ГП «Антрацит», ГП «Макеевуголь», ГП «Добропольеуголь», ГП «Красноармейскуголь», ГП «Луганскуголь», ГП «ДУЭК», ГП «Артемуголь» и др. показано, что основными причинами снижения эффективности водоотливных установок являются кавитационное изнашивание деталей проточной части центробежных насосов и нарушение функционирования других узлов в кавита-ционных режимах работы. Разработана методика определения оптимальной наработки до капитального ремонта или замены шахтных центробежных насосов с учетом их технического состояния (контролируемого текущего значения подачи) и изменения удельных энергозатрат на откачку шахтного притока воды. Разработаны новые гидравлические схемы входных ступеней и на их основе - конструкторская документация на 4 новых шахтных насоса с высокой всасывающей способностью и с повышенным КПД. Обоснован унифицированный параметрический ряд шахтных насосов со сменными деталями проточной части, позволяющий расширить зону рациональных режимов работы насосных установок водоотлива.

Личный вклад автора состоит в проведении натурных экспериментальных исследований, анализе их результатов и разработке методики расчета режимов одиночной и параллельной работы насосных установок, методики определения оптимальной наработки шахтных центробежных насосов до капитального ремонта, методики определения критических значений кавитаци-онных параметров шахтных насосных установок.

Реализация выводов и рекомендаций работы. При участии автора выполнен проект, разработана, передана конструкторская документация и начато промышленное производство 4 новых шахтных насосов на подачи 180, 300, 315 и 400 м /ч с улучшенными энергетическими показателями и повышенной всасывающей способностью. Рекомендации, направленные на повышение эффективности эксплуатации шахтных водоотливных установок, используются на шахте «Комсомольская» ГП «Антрацит», шахтах ГП «Макеевуголь», водоотливных комплексах ГП «Укршахтгидрозащита», методики расчета переданы для использования на ГП «Макеевуголь», в ООО «Ясногорский насосный завод» (Тульская обл.), ООО «Научный центр горных мащин» и др. предприятиях.

Апробация работы. Результаты, основные положения докладывались на международных научно-технических конференциях ДОНИЖТ, ДонНТУ, ЛугНУ им. В.Даля «Энерго- и ресурсосбережение в промышленности» (2009, 2011, 2012, 2013 гг., г. Донецк), Международной научно-технической конференции ДонГТУ (2016 г., г. Алчевск), на Международном научном форуме ДонНТУ (2017, 2018 гг., г. Донецк), на заседании расширенного научного семинара кафедры прикладной гидромеханики и кафедры горной электромеханики ДонГТУ 2017 г., г. Алчевск), на заседании кафедры «Технология машиностроения» ДонНТУ (2018 г., г. Донецк).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, входящих в международную систему цитирования Web of Science и Список ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка из 190 наименований, приложений и содержит 205 страниц машинописного текста, 42 рисунка, 31 таблицу.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ

Для всестороннего анализа направлений повышения показателей надежности и энергетической эффективности, разработки технических решений по расширению рациональных для эксплуатации рабочих зон напорных характеристик шахтных центробежных насосов необходимо изучение существующего состояния эксплуатации, определение современных тенденций развития насосной техники для откачки шахтных вод.

1.1 Оценка основных показателей водоотливных комплексов

угольных шахт

В 2016 г. на 85 действующих угольных шахтах России и 121 разрезе эксплуатировалось 510 стационарных водоотливных установок (СВУ). На Украине в сентябре 2016 г. работало по добыче угля 36 угольных шахт (24 на территории Донбасса), 60 шахт в режиме поддержки (консервация с работой водоотлива и вентиляции) с общим числом СВУ около 180 единиц.

Из доступных в открытой печати литературных источников автором собрана картотека СВУ шахт России и Украины, включающая сведения о притоке, высоте водоподъема, применяемом оборудовании и времени его работы в течение суток. Обработка данных картотеки позволила получить некоторые обобщенные показатели состояния шахтного водоотлива.

Из 690 насосных станций водоотлива 452 установки откачивают воду непосредственно на поверхность (главные водоотливные установки), а 238 являются вспомогательными и обеспечивают откачку воды с отдельных горизонтов, панелей, фланговых полей на главные водоотливные установки. Парк насосов главного водоотлива шахт России и Украины составляет примерно 3730 единиц оборудования. Более чем на 85 % парк шахтных насосов оснащен

центробежными секционными насосами марок ЦНС, ЦНСК, в том числе по СВУ: насосы ЦНС 300-120...600 - 69 %, ЦНС 180-85...425 - 19 %, ЦНСК 300-120...600, ЦНСК 180-85.425, ЦНС 60-50.250, ЦНС 180-500.900, ЦНС 105 -98.490 и др. - 12 %.

На рисунках 1.1 и 1.2 представлено распределение ВУ угольных шахт Украины по среднему притоку рудничных вод и по высоте водоподъема, зарегистрированных по состоянию на начало 1992 г. и на середину 2016 г.

Рисунок 1.1 - Распределение СВУ по шахтному притоку

Рисунок 1.2 - Распределение СВУ по высоте водоподъема

3

Действовавшие в 1992 г. СВУ с притоками до 200 м /ч составляли 65 % от общего их количества, причем почти 64 % из них имели высоту водоподъема до 200 м. Доля ВУ с притокам в интервалах 200.300, 300.400 м /ч находи-

лась на уровне18 и 8 %. Средний приток на водоотливную установку составлял

3

152 м /ч, для главной водоотливной установки эта величина была равна174 м /ч. Минимальный и максимальный притоки составляли соответственно 10 и 2300 м /ч. По высоте водоподъема большая часть (87 %) приходилась на ВУ с глубиной от 2 до 300 м, среди которых в интервале соответственно 2...100, 100...200 и 200.300 м работали 53, 22 и 12 % от общего числа насосов, задействованных в системах водоотлива угольных шахт.

За прошедшие два десятилетия произошли заметные изменения параметров водоотлива: относиттельное количество насосных установок с притоками до 200 м /ч уменьшилось с 65 до 32 %, с притоками 200.300, 300.400, 400.500 и более 500 м /ч увеличилось соответственно до 24,5, 18,3, 7,7 и 17,4 %. Отмечены изменения насосных установок по высоте водоподъема: существенно уменьшилось (до 18 %) количество СВУ с глубиной откачки в интервале 0.100 м, в интервале 100.200 - до 19,3 %, при этом наблюдается увеличение высоты водоподъема действующих шахтных насосов в диапазоне от 200 до 600 м (с 39 до 56,2 %).

Анализ, проведенный по основным звеньям водоотлива шахт, сопоставление схем откачки притока в 1991 и 2009 гг., показали, что уменьшение количества ВУ с малыми притоками воды и увеличение доли насосных станций в интервале высот водоподъема 200.600 м обусловлено, с одной стороны, поступлением дополнительного притока на действующие горизонты шахты из сопряженных шахтных полей законсервированных и закрытых шахт, сокращением количества промежуточных установок, с другой - ликвидацией насосных установок на верхних горизонтах шахт.

Для оценки энергетических показателей водоотлива проведен анализ поля притоков и поля рабочих режимов по мощности. Согласно экспериментальным исследованиям [1] характеристика удельных энергозатрат шахтного насоса слабо зависит от его состояния и на протяжении всей наработки остается практически постоянной. Это позволяет оценить энергетические показатели и

энергетическую эффективность как отдельной водоотливной установки, так и всего водоотливного комплекса угольных шахт в целом. Суммарная часовая работа насосов (кВт)

А =У Е0 О . ,

н / 1 0.1^н.г ?

3

где Он.г - подача насоса (м /ч), ОнЛ = 24- Опр.Ар;

Опрл - суммарный приток на водоотливную установку, м /ч;

1р- общее время работы насоса за сутки, ч;

Еол - удельные затраты электроэнергии на откачку 1 м воды, кВт ч/ч.

Значения Опр. и 1р выбираем из сформированной картотеки, а Е0. рассчитываем по рекомендациям работ [2, 3]

Е0. = 0,0272• Н ./л .

0.2' нл !нл •>

с учетом среднего эксплуатационного значения КПД насосов [4]: ЦНС 300120.600 и ЦНС 180-85.425 - нового цн = 0,63, после капремонта цн = 0,59; ЦНСК 300-120.600 и ЦНСК 180-85.425 - нового цн = 0,61, после ремонта цн = 0,55; ЦНС 60-66.330, ЦНС 60-50.250, ЦНС 105- 98.490 - нового цн = 0,6, после ремонта цн = 0,58; ЦНС 500-160.800, НСШ 410- 182.1000 -нового Пн = 0,68, после ремонта цн = 0,65; ЦНСШ 300-720 - нового цн = 0,7, после ремонта пн = 0,67.

Часовую работу насосных агрегатов уточняем с помощью значений КПД электродвигателя цдв и электросети цс : Ана = А/цдвцс . В расчетах приняты значения пдв = 0,95, пс = 0,93 [5] .

Суммарная полезная часовая работа насосов (кВт)

АпОЛ = 0,0272НО . Результаты расчета энергетических показателей приведены в таблице 1.1 и позволяют оценить энергетическую эффективность СВУ угольной отрасли России и Украины.

Суммарный КПД всех станций водоотлива имел значение: в 1992 г. - цву =Апол/Ана =2,033 105/4,311 105 = 0,47; в 2016 г. снизился до Пву = 0,43, при этом если отдельно рассматривать угольные предприятия Российской Федерации,

этот показатель для эксплуатируемых насосных агрегатов и трубопроводных сетей в 2016 г. остался на прежнем уровне (пву = 0,48), а по угольным шахтам Украины он значительно снизился и составил в 2016 г. цву = 0,38.

Определяющим показателем для сравнительного анализа энергетической эффективности шахтного водоотлива также являются удельные затраты электроэнергии Е0 на откачку 1 м3 шахтной воды, которые являются интегральной характеристикой качества расходования энергии на водоотлив. Из таблицы 1.1 следует, что на угольных шахтах и разрезах России и Украины за прошедшие 25 лет наметилась тенденция роста удельных затрат (примерно на 9 %) на откачку шахтного притока, причем если на угольных предприятиях России имеет место незначительное снижение этого показателя, то на шахтах Украины зафиксирован значительный его рост (более 17 %).

Таблица 1.1 - Показатели энергетической эффективности шахтных СВУ

№ п/п Показатели Расчетные значения по годам

1992 2016

1 Суммарная полезная часовая работа насосов Апол, кВт 2,033 105 1,525 105

2 Суммарная затраченная часовая работа насосов Ан , кВт 3,802 105 3,137105

3 Суммарная затраченная часовая работа насосных агрегатов А„а, кВт 4,311105 3,614105

4 Суммарный откаченный шахтный приток, Гм3: - по угольным предприятиям России; - по угольным шахтам Украины 1,221 0,775 1,12 0,411

5 Удельные затраты электроэнергии на откачку 1 м3 шахтной воды Е0 , кВт ч/м3: - средняя величина по России и Украине; - по угольным предприятиям России; - по угольным шахтам Украины 2,134 2.198 2,091 2,325 2,188 2,462

6 Годовой расход электроэнергии на водоотлив угольных шахт, ГВтч 4,26 3,56

Была выполнена также оценка таких показателей, как: а) доля неиспользованной потенциальной энергии шахтной воды верхних горизонтов, сбрасываемой на нижние рабочие горизонты; б) фактические значения КПД шахтных насосных установок с учетом энергетических составляющих системы «насосный агрегат-трубопровод» [4]: относительных потерь напора SR = RQ2 / НГ и КПД насоса со сниженными характеристиками. При этом во внимание принималось соотношение работающих новых и прошедших капитальный ремонт насосов.

На основании полученных данных (обработано только по угольным шахтам Украины ) на рисунке 1.3 представлены диаграммы распределения доли суммарных потерь энергии на элементы водоотлива за год.

в 1992 г. (а) и в 2016 г. (б) 1 - в насосах (а - 39,3, б - 43,2 %); 2 - в трубопроводных сетях (34,3 и 26,2 %); 3 - в шахтных электросетях (8,4 и 8,0 %); 4 - в электродвигателях (6,5 и 6,1 %); 5 - обусловленные сбросом воды с верхних горизонтов на нижние

(11,5 и 16,5 %)

Рисунок 1.3 - Диаграммы распределения потерь (%) энергии на откачку

шахтной воды

Сопоставление доли потерь энергии, затрачиваемой на откачку шахтных вод по звеньям системы шахтного водоотлива в 1992 и в 2016 гг., позволило зафиксировать некоторые тенденции в изменении картины энергопотребления.

По угольной отрасли Украины. За прошедшие 24 года на действующих водоотливных установках угольных предприятий, включая шахты Донбасса, отмечено:

а) сокращение годового объема откачиваемой воды действующими шахтами примерно вдвое при снижении общего годового расхода электроэнергии на водоотлив только в 1,2 раза;

б) снижение среднего значения эксплуатационного КПД шахтной водоотливной установки - примерно на 9 %;

в) повышение общих потерь в насосах - на 4 %;

г) уменьшение доли потерь в трубопроводных системах - на 8 %;

д) увеличение на 5 % потерь энергии водоотливного комплекса, обусловленных сбросом шахтной воды с верхних (не оборудованных насосными станциями водоотлива) на нижние горизонты;

е) рост с 2,091 до 2,462 кВтч/м (около 17 %) среднего значения удельных затрат на откачку 1 м3 воды.

По угольной промышленности Российской Федерации. За тот же период эксплуатации развитие негативных тенденций на угольных шахтах и разрезах не отмечено. При сохранении откачиваемого годового объема шахтной воды примерно на прежнем уровне сократилась на 17 % суммарная затраченная часовая работа насосных агрегатов, а средняя величина удельных затрат элек-

33

троэнергии на откачку 1 м шахтной воды осталась в 2016 г. (2,198 кВт ч/м ) на

3

том же уровне, что и в 1992 г. (2,188 кВт ч/м ).

1.2 Особенности условий эксплуатации насосов шахтного водоотлива

Основные особенности эксплуатации насосов шахтного водоотлива, влияющие на их безотказность и долговечность, можно выделить в следующем порядке:

- перекачиваемая шахтная вода содержит абразивные механические примеси, в основном угольно-породные взвешенные частицы различных размеров и твердости;

- в шахтной воде содержится значительное количество химически активных компонентов - свободных кислот, солей, щелочей, оксидов металлов и растворенных газов;

- учитывая снижение рабочих характеристик, происходящее в результате гидроабразивного и коррозионного изнашивания деталей насосного оборудования, насосные агрегаты выбираются проектировщиками и специалистами шахты с неоправданно завышенным напором, не соответствующим с характеристике трубопроводной сети, что с поддержанием большой высоты всасывания предопределяенот на большей части водоотливных установок эксплуатацию насосов в кавитационных режимах и быстрое эрозионное разрушение их элементов проточной части;

- изменение напорных характеристик насосных установок сопровождается также снижением всасывающей способности шахтных насосов, быстрым нарушением функционирования и отказом автоматических уравновешивающих устройств;

- увеличивающаяся глубина рабочих горизонтов шахты по мере отработки шахтного поля требует периодического переоборудования водоотливного комплекса новыми насосными станциями с высоконапорными многоступенчатыми насосами, при работе которых на протяженных трубопроводах и при высоком давлении существует опасность возникновения гидравлического удара;

- для откачки больших притоков на большей части водоотливных установок, как правило, используется параллельная работа нескольких насосов, имеющих разную наработку и вследствие неравномерного износа различные напорные характеристики.

Одним из основных факторов, в значительной мере влияющих на долговечность деталей проточной части, являются содержащиеся в перекачивае-

мой воде твердые абразивные частицы минерального происхождения. Наличие взвешенных угольно-породных или рудно-породных частиц в воде в той или иной мере характерно подавляющему числу водоотливов шахт Украины и России.

По данным работ [5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16] содержание взвешенных веществ в шахтной воде оценивается величиной диапазона от 50 до 10000 мг/л, причем у 87 % из 177 шахт Донбасса средняя величина взвешенных загрязняющих веществ составляет 50.600 мг/л [17], с частицами крупностью от 10 до 100 мкм.

Комплексное обследование около 120 водоотливных установок 52 шахт Центрального и ВосточногоДонбасса, выполненное в период с 1985 по 2002 гг. во ВНИИГМ им. М.М.Федорова и в ООО «Научный центр горных машин» по программе технического перевооружения угольных предприятий новой насосной техникой водоотлива позволило установить [17], что на 45 шахтах (96 % от общего числа) шахтные воды содержат от 110 до 650 мг/л угольно-породных взвесей при средей величине около 305 мг/л. На ряде водоотливных установок зафиксированы значительно большие величины концентрации механических примесей: шахта "Молодогвардейская" ГП «Краснодонуголь» - до 8500 мг/л, шахта "Прогресс" ГП «Торезантрацит» и "Белозерская" ГП «Добропольеуголь -до 5000 мг/л, шахта им. Димитрова ГП «Красноармейскуголь» -от 5500 до 6400 мг/л.

Опыт эксплуатации, а также исследования [18, 19] свидетельствуют, что даже при больших по протяженности и объему водосборниках не обеспечивается эффективное осаждение взвешенных частиц и значительное их количество попадает в приемные колодцы, а затем в насосы. Основную массу (до 90 %) составляют фракции менее 0,2 мм, причем в основном содержатся частицы минерального происхождения, такие, как зерна кварца, сернистого колчедана, песчаника, полевого шпата, имеющие высокую микротвердость (Н^> 6 ГПа).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Паламарчук Татьяна Николаевна, 2019 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Нечушкин Г.М., Махинин А.И., Мазуренко В.В. Удельные энергозатраты при изменении характеристик насосов в процессе эксплуатации // Вопросы горной механики: Сб. науч. тр. ИГМТК им. М.М. Федорова. М.: Недра, 1971. С. 78-83.

2. Методика расчета режимов параллельной работы насосов водоотлива шахт, имеющих большие притоки/ П.Ф.Беликов [и др.] Изд. ВНИИГМ им. М.М.Федорова, Донецк. 28 с.

3. Паламарчук Н.В. Справочное пособие механика водоотливных установок шахт, рудников и карьеров// Книга: «Расчет параметров режимов работы и выбор оборудования водоотливных установок» - Изд. НТЦ проблем надежности горных машин. Донецк, 1994. 34 с.

4. Паламарчук Н.В. Главные резервы экономии электроэнергии при эксплуатации шахтных водоотливных установок// Уголь Украины. 2001. № 7.С. 21-25.

5. Попов В. М. Рудничные водоотливные установки. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1983. 304 с.

6. Долганов А. В. Повышение эффективности эксплуатации водоотливных установок медноколчеданных рудников: автореф. дис ... канд. техн. наук. Екатеринбург, 2011. 18 с.

7. Долина Л.Ф. Сточные воды предприятий горной промышленности и методы их очистки. Справочное пособие / Днепропетровск, 2000. 61 с.

8. Онищенко В.И. Оценка шахтных вод Донбасса как альтернативного источника водоснабжения // Минеральные ресурсы Украины. Киев.№ 1.С. 1214

9 Влияние горных предприятий на экологическую обстановку центрального района Донбасса /С.П.Высоцкий [и др.]// Доклад на симпозиуме «Неделя горняка» - 2001", Москва, МГГУ. 29 января - 2 февраля 2001 г.

10 Куликова Д.В. Снижение уровня экологической опасности сброса загрязненной шахтной воды в водоемы на основе ее эффективной очистки:дис ... канд. техн. наук. НГУ, Днепропетровск. 2015. 156 с.

11 Малеев В.Б., Малашкина В.А. Водоотлив и дегазация угольных шахт. М.: Недра, 1995. 208 с.

12 Попов В.М. Шахтные насосы (Теория.Расчет и эксплуата-ция).Справочное пособ. М.: Недра, 1993. 224 с.

13 Долганов А.В. Современное состояние рудничного водоотливапри отработке медно-колчеданных месторождений Южного Урала. Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 2009. № 2. С. 12-15.

14 Долганов А.В., Великанов В.С., Савельев В.И. Экспериментальные исследования абразивного износа центробежных насосов // Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. Магнитогорск: ГОУ ВПО МГТУ, 2010. С. 195-203.

15 Харионовский А.А. Комплексная очистка шахтных и карьерных вод от техногенных загрязнений. Шахты. Издательство ЮРО АГН. 2000. 238 с.

16 Горшков В.А. Очистка и использование сточных вод предприятий угольной промышленности. М.: 181. 269 с.

17 Паламарчук Н.В. Шахтные и рудничные насосы: Справочное пособие. Донецк: Изд-во ООО «Научный центр горных машин», 2008. 564 с.

18Дузь А. И., Пичугин Б. В., Дуденко И. И. Охрана среды и использование отходов угольного производства. Донецк: «Донбасс», 1990. 110 с.

19 Суярко В. Г. Геохимия подземных вод восточной части Днепровско-Донецкого авлакогена // ХНУ им. В. Н. Каразина, Харьков. 2006. 225с.

20Долганов А.В., Ислентьев А.О., Чураков Е.О., Торопов Э.Ю. Анализ эффективности разгрузочных устройств шахтных центробежных секционных насосов // Известия Уральского государственного горного университета. 2014. х2 (34). С. 31-35.

21 Паламарчук Н.В., Ковалев Ю.Г. Причины отказов шахтных насосов и базовые причины повышения их надежности // Уголь Украины. 1994. № 7.С. 23-30.

22 Паламарчук Н.В. Выбор изностойких материалов для деталей шахтных насосов // Уголь Украины. 2001. № 11-12. С. 62-64.

23 Зарукин Г.В. Износ деталей шахтных насосов при транспортировании шлама из водосборников // Горное дело: сб. научн. трудов ВНИИЦветмет -Недра. 1972.С. 114-118.

24Малышев В.Н., Орфеев Ю.В., Шарапов В.И. Особенности износа насосов 12МСГ-7 и пути повышения их долговечности //Сб.научн.тр. ВНИИГид-роуголь. Новокузнецк. 1972.Вып. 26.С. 14-20.

25 Долганов А.В., ВеликановВ.С. Особенности износа деталей насосов при эксплуатации карьерного водоотлива//Добыча, обработка и применение природного камня: сб. науч. тр. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. С. 125-131.

26 Улицкий А. А. Геохимические особенности шахтных вод Донбассу. Вестник Харьковского национального университета им. В. Н. Каразина, Харьков: Изд-во ХНУ им. В. Н. Каразина. Сер.: Геология. География. Экология. Вип.31. 2009. С.79-82.

27 Попов В. М. Водоотливные установки: справ.пособие. М.: Недра, 1990. 254 с

28 Попов В.М. Шахтные насосы (теория, расчет и эксплуатация). М.: Недра, 1993. 223 с.

29 Воловик Е.А. Обзор и анализ состояния водоотлива шахт Кизелов-ского угольного бассейна// Шахтные стационарные установки: сб. научн. тр. ВНИИГМ им. М.М.Федорова.М.: Недра. Вып. 26.С. 8-11.

30 Надежность высокооборотных насосов/ Ю.В. Тимохин[и др.]// Горная механика. Сб. научн. тр. Донецк, ВНИИГМ им. М.М. Федорова, 1991.Вып. 1.Ч. 2. C. 81-87.

31О разработке шахтных центробежных секционных двухпоточных насосов / С. А.Тимухин [и др.]// Известия УГГУ ,2014.№2(34).С. 41-44.

32 Тимухин С.А., Долганов А.В., Пискарев А.Н. Шахтные, центробежные, секционные насосы нового поколения // ГИАБ. 2015. № 4. С. 188-192 .

33 Мамедов А.Ш. Разработка и обоснование мероприятий по повышению энергоэффективности комплексов шахтного водоотлива: автореф. ... дис. канд. техн. наук. Екатеринбург, УГГУ. 2004. 20 с.

34 Зарипов А.Х. Повышение эффективности рудничных стационарных установок: автореф.....дис. канд. техн. наук. Екатеринбург, УГГУ. 2011. 19 с.

35Горелкин И.М. Разработка и обоснование способов повышения энергоэффективности насосного оборудования комплексов шахтного водоотлива:

автореф.....дис. канд. техн. наук. Нац. минерально-сырьевой ун-т "Горный".

Санкт-Петербург, 2014. 20 с.

36Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы.М.: Машиностроение, 1966. 364 с.

37 Байбиков А. С, Караханьян В. К. Гидродинамика вспомогательных трактов лопастных машин. М.: Машиностроение, 1982. 112 с.

38Марцинковский В.А. Бесконтактные уплотнения роторных машин.М.: Машиностроение, 1980. 200 с.

39Марцинковский В.А. Гидродинамика и прочность центробеж-ныхнасосов. М.: Машиностроение, 1970. 270 с.

40 Паламарчук Н. В., Тимохин Ю. В. Повышение эффективности работы гидравлического разгрузочного устройства шахтных насосов // Теоретические и эксплуатационные проблемы шахтных стационарных установок: сб. науч. трудов ВНИИГМ им. М. М. Федорова. Донецк, 1986. С. 153-157.

41 Беликов Е.М. Исследование и усовершенствование дискового разгрузочного устройства шахтных многоступенчатых центробежных насосов: автореф.....канд. дисс. Донецк, ДПИ. 1972. 22 с.

42 Паламарчук Н.В. Меры по защите шахтных насосов от кавитации // Уголь Украины. 2005.№ 9.С 28-32.

43 Тимухин С. А., Угольников А. В., Долганов А. В. Проблемы проектирования и эксплуатации комплексов шахтного водоотлива //Известия Уральского государственного горного университета. Екатеринбург,2014.№ 3(35).С. 68-73.

44 Долганов А.В. Анализ электропотребления водоотливных установок подземных рудников медно-колчеданных месторождений Южного Урала // Горное оборудование и электромеханика. 2011. № 2. С. 39-41.

45 О разработке шахтных центробежных секционных двухпоточных насосов / С.А.Тимухин[и др.]// Известия Уральского государственного горного университета. 2014. 2 (34). С. 48-51.

46 Тимохин Ю. В., Паламарчук Н. В. Выбор оптимальных конструктивных размеров гидравлическогоразгрузочного устройства шахтного насоса с учетом энергетических потерь // Стационарное оборудование шахт: сб. научных трудов ВНИИГМ им. М. М. Федорова. Донецк, 1987. С. 144-122.

47 Тимохин Ю. В. Исследование и совершенствование гидравлических

разгрузочных устройств шахтных центробежных насосов: автореф.....дис.

канд. техн. наук. М.: ВЗПИ, 1990. 15 с.

48 Гидравлическая пята центробежного насоса: А. с. № 1384833. СССР. МКИ F04D 29/04. / Заявл. 27.08.86. Опубл. 30.03.88.Бюл. № 12. 2 с.

49Гидравлическое разгрузочное устройство ротора: А. с. № 1569435.СССР. МКИ F04D. Заявл. 11.04.88. Опубл. 07.06.90. Бюл. № 21. 2 с.

50 Патент Украины № 77512 (F04D 19/00). Центробежный насос (укр. язык) Госслужба интеллектуальной собственности Украины, Киев, 11.02.2013

51 Патент Украины № 78114 (F04D 19/04, F03B 13/00) Уплотнения деталей центробежного насоса (укр. язык). Госслужба интеллектуальной собственности Украины. Киев. 11.03.2013.

52 Патент Украины № 77513 (F04D 19/04). Насос (укр. язык). Госслужба интеллектуальной собственности Украины. Киев. 11.02.2013.

52. Патент Украины № 78114 (F04D 19/04, F03B 13/00). Уплотнения деталей центробежного насоса (укр. язык). Госслужба интеллектуальной собственности Украины. Киев. 11.03.2013.

53 Патент Украины № 79254 (F04D 19/04, F03B 13/00). Способ эксплуатации центробежного насоса (укр. язык). Госслужба интеллектуальной собственности Украины. Киев. 10.04.2013.

54 Пак В.В., Гейер В.Г. Рудничные вентиляторные и водоотливные установки. М.: Углеиздат. 1950. 425 с.

55 Беликов П.Ф., Нечушкин Г.М., Марайс С .Я. Особенности параллельной работы насосов, имеющих одинаковые характеристики // Шахтные турбо-машины:сб.науч.тр.НИИГМ им. М.М.Федорова. Донецк. 1973.Вып. 33. С. 5154.

56 Вознесенский В.В. Зависимость между производительностью и напором в шахтных центробежных насосах. //Разработка месторождений полезных ископаемых. Респ.межвед.научно-техн.сб. 1969. Вып. 17.С. 70-73.

57Гейер В.Г., Тимошенко М.Г. Шахтные вентиляторные и водоотливные установки: учеб.для вузов. М: Недра, 1987. 270 с.

58 Протасов В.П. Повышение надежности центробежных насосов для закачки воды в пласт. Обзор: Машины и нефтяное оборудование // ВНИИО-ЭНГ, М. 1976. С. 58.

59 Слободинский И.Н., Трушкова Т.Д., Валяева Л.Т. Анализ надежности оборудования высоконапорных насосных станций гидрошахт с последовательно работающими насосами. Деп. в ЦНИЭИуголь 26.12.88. №4782.

60 Животовский Л.С., Смойловская Л.А. Техническая механика гидросмесей и грунтовые насосы // Мл. Машиностроение, 1986. 224 с.

61 Бродников Ю.И, Фофалов Б.В., Рыбин А.И. Влияние износостойкости деталей насоса на его действительные режимы. // Механизация работ на рудниках. Кемерово, 1974. Вып1. С. 84-87.

62 Нечушкин Г.М., Махинин А.И. Анализ характерных износов основных деталей шахтных центробежных насосов. Шахтные стационарные установки: сб.научн. тр. ВНИИГМ им. М.М. Федорова. Донецк, 1972. С. 3-8.

63 Новодержкин Р.А. Насосные станции технического водоснабжения тепловых и атомных электростанций. М.: Энергоатомиздат. 1989. 264 с.

64 Повышение коррозионной стойкости и износостойкости деталей шахтных водоотливных установок. Руководящий технический материал. РТМ 07.05.007-90.

65 Апальков Ю.П. Повышение долговечности быстроизнашивающихся узлов шахтных центробежных насосов //Вопросы разработки шахтных стационарных установок. Сб.научн.тр.НИИГМ им. М.М.Федорова, Донецк. 1982.С. 69-79.

66 Виноградов Б.В. Повышение долговечности насосов шахтноговодо-отлива // Уголь Украины. 1999. № 5. С. 35-36.

67 Батаногов А.Я, Мазуренко В.В. Влияние износа насосов в процессе эксплуатации на эффективность параллельной работы. М.: Недра. Горная элек-тромеханика.1974.Вып. 3. 79 с.

68 Нечушкин Г.М. Влияние снижения напорной характеристики насоса на рабочий режим шахтной водоотливной установки // Вопросы горной механики: сб.научн.тр. НИИПГМ им. М.М. Федорова, Донецк. 1967. Вып. 19.С. 89-93.

69 Аршевский Н.Н., Натариус Е.М. К вопросу об устойчивой работе установок с осевыми насосами //Гидротехническое строительство. 1981. № 11.С. 25-27.

70 Батаногов А.П., Мазуренко В.В. Применение параллельной работы насосов на обводненных месторождениях //Горный журнал. 1973. Вып. 7.С. 6466.

71 Беликов П.Ф., Нечушкин Г.М., Марайс С .Я. Особенности параллельной работы насосов, имеющих одинаковые характеристики // Шахтные

турбомашины. Сб.науч.тр.НИИГМ им. М.М.Федорова, Донецк. 1973. Вып. 33. С. 51-54.

72 Богомолов Н.А., Паламарчук Н.В. Совершенствование эксплуатации шахтных водоотливных установок. //Уголь Украины, 1982. № 3. С. 30-31.

73 Дзержкович В.А. О параллельной работе насосных станций перекачки конденсата. // Промышленная энергетика. 1971. № 5.С. 17 - 20.

74 Завьялов П.С. Некоторые результаты исследования пульсаций давления в диагональном насосе //Гидравлические машины: Респ. межведомственный научно-технический сборник. 1978.

75 Мазуренко В.В. Анализ условий работы ступенчатого водоотлива глубоких шахт последовательно включенными насосами / Вопросы горной механики: сб.научн.тр ВПИПИПГМ им. М.М. Федорова. Вып. 19. С. 97-107.

76 Мазуренко В.В. Условия устойчивой работы последовательно включенных насосов в схеме ступенчатого водоотлива глубоких шахт // Вопросы горной механика: тр. научн.конф. по горной механике. Киев: Наукова Думка, 1969.С. 243-246.

77 Насосы. Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1979.

78 Нечушкин Г.М., Беликов П.Ф., Мерайс С.Я. Параллельная работа насосов с существенно различными напорными характеристиками. // Шахтные турбомашины: сб.научн.тр. ИГМиТК им. М.М. Федорова, Донецк. 1975. Вып. 37. С. 3-11.

79 Деньгин А.П. Усовершенствование мощных многоступенчатых насосов для глубоких и обводненных шахт:автореф.....дис. канд. техн. наук.

Днепропетровск. Национальная горная академия. 1999. 21 с.

80 Шифрин Е. Л., Гаркави В. А. Устойчивость параллельной работы центробежных насосов. Энергомашиностроение, 1964.

81 Деньгин А.П., ПаламарчукН.В. Обеспечение устойчивой работы шахтных насосов// УгольУкраины,1997. №6. С.62-64.

82 CameY.S. Mmmgpumpsforheadsmexcessof 1500 т. «8. Аа&. Mech. Eng»1997. 27 № 4. Р. 107-111.

83 Рыбин А.И., Верстаков Г.В., Бродников Ю.И., Фофанов Б.В. Аналитическое определение режима работы насосов, работающих на несколько трубопроводов // Горный журнал, 1974. № 4. С. 17-22.

84 Попов В.М. Рудничные водоотливные установки. М.: Недра, 1972.

260 с.

85 Паламарчук Н.В. Справочное пособие механика водоотливных установок шахт, рудников и карьеров// Книга: «Эксплуатационные испытания и наладка шахтных насосов,измерения параметров рабочих режимов». Изд-во НТЦ проблем надежности горных машин.Донецк, 1994. 65 с.

86 Нечушкин Г.М., Махинин А.И. Экспериментальное исследование влияния числа пусков насосов на его параметры // Горная механика: сб.научн.тр. ВНИИГМ им. М.М. Федорова, 1971. Вып. 28-29.С. 68-72.

87 Новодержкин Р.А. Насосные станции технического водоснабжения тепловых и атомных электростанций. М.: Энергоатомиздат. 1989. 264 с.

88 Руднев С.С., Панаиотти С.С. Влияние газосодержания жидкости на кавитационные характеристики // Труды ВНИИГидромаша. 1968.Вып.38. С. 317.

89 Петров В.В., Чебаевский В.ф. Кавитация в высокооборотных лопастных насосах. М.: Машиностроение, 1982. 192 с.

90 Карелин В.Я. Кавитационные явления в центробежных и осевых насосах. М.:Недра, 1975. 353 с.

91. Деньгин А.П., Паламарчук Н.В., Паламарчук Т.Н. Обеспечение динамической устойчивости роторов центробежных шахтных насосов // Уголь Украины,2007. № 6. С. 19-24.

92 Адам О.В., Богомолов Н.А. Изменение всасывающей способности шахтных насосов в процессе эксплуатации /Шахтные турбомашины. Сб.научн.тр. ВНИИГМ им. М.М.Федорова. Донецк, 1973. Вып. 33.С.42-47.

93 Жумаков И.М. Насосы, вентиляторы и компрессоры. М: Углеиздат, 1958. 598 с.

94 Товстолес Ф.П.,ПисаревскийИ. И., Медовиков С. П. Машинист насосной установки. Л., М.: ОНТИ. Глав.ред. энергетич. лит-ры, 1936. 219 с

95 Товстолес Ф.П.,ПисаревскийИ. И., Медовиков С. П. Насосные уста-новки.Л., М.:Госэнергоиздат, 1940. 254 с.

96 Гейер В.Г. Шахтные водоотливные установки. М: Углеиздат, 1948.

250 с.

97 Методика определения числа насосов, диаметра и количестватрубо-проводов, выбора коммутационной схемы шахтных водоотливных установок. Донецк: ВНИИГМ им. М.М.Федорова, 1987. 45 с.

98 Справочное пособие механика водоотливных установок, шахт, рудников и карьеров. Под ред. Н.В. Паламарчука и А.П.Деньгина. Том 4. Расчет параметров работы и выбор оборудования водоотлива. Донецк, 1994. 56 с.

99 Стационарные установки шахт. Под общей ред. Б.Ф. Братченко. М.: Недра, 1977. 40 с.

100 Алексеев В.В., Рудничные насосные, вентиляторные и пневматические установки: учеб.пособие. М.: Недра, 1983. 381с.

101 Руководящий технический материал по снижению затрат электроэнергии при эксплуатации действующих водоотливных установок на шахтах угольной промышленности. РТМ 07.02.005. Донецк: ВНИИ ГМ им. М.М. Федорова, 1985. 90 с.

102 Прегер Е.А. Аналитический метод исследования совмесной работы насосов и трубопроводов канализационных насосных станций уч. пособие по изучению курса «Насосы и насосные станции». Л.: ЛИСИ, 1974. 71 с.

103 Ильин В.Г. Расчет совместной работы насосов водопроводных сетей и резервуаров. Киев: Госстройиздат УССР, 1963. 100 с.

104 Распопов Н.А. К вопросу аналитического выражения характеристик центробежных насосов. Сб. научн. тр. ВНИИГМ им. М.М. Федорова. М.: Недра, 1964.№ 15.С. 16-20.

105 Попов В. М., Лебедев П. Ф. Санин Д. Е. Приближенный метод аналитического расчета рабочих режимов водоотливных установок с высоконапорными центробежными насосами. М.: Недра, Горная электромеханика, 1974. Вып. 3. С. 180 -185.

106 Рыбин А.И., Верстаков Г.В., Бродников Ю.И., Фофанов Б.В. Аналитическое определение режима работы насосов, работающих на несколько трубопроводов // Горный журнал, 1974. № 4. С. 17-22.

107 Справочное пособие механика водоотливных установок, шахт, рудников и карьеров. Под ред. Н.В. Паламарчука и А.П.Деньгина. Том 5. (5ТД0023.93 ПМК). Донецк: 1994. 110 с.

108 Повышение энергоэффетивности насосного оборудования горнообогатительных комбинатов/ С.М.Ванеев, А.А.Евтушенко, С.В.Сапожников, В.А.Соляник // Вестник СумГУ.Сер. Технические науки. № 2. С. 126-134.

109 Каталог насосов ПАО «Сумское НПО», насос НСШ 500-990, насос НСШ 410-182.910, Украина. Сумы. 2017.

110 Каталог насосного оборудования ООО «Южгидромаш», насос ЦНСш 300-140.720. Украина. Бердянск. 2017.

111 Каталог насосного оборудования ООО «Ясногорский насосный завод», насос ЦНС 400-140.770. Россия. Ясногорск, Тульской обл.

112 Каталог насосного оборудования АО «Димитровградхиммаш», насос ЦНС 500-160.880. Россия. Димитровград, Ульяновская обл.

113 Каталог насосного оборудования ЧП «Красноармейский литейно-механический завод», насосы шахтные НСШ 200-100.500, НСШ 315135.710. Украина. Красноармейск, Донецкой обл.

114 Каталог насосного оборудования ГП «Машиностроительный завод «ИТРАС» (Петровский завод угольного машиностроения), насос ЦНС 300-140.800Уи. Донецк.

115 Перник А.Д. Проблемы кавитации. Л.: Судостроение, 1966.440 с.

116 Кнэпп Р., ДейлиДж., Хэммит Ф. Кавитация. М.: Мир, 1974. 668 с.

117 Рожденственский В.В. Кавитация. Л.: Судостроение, 1977.248 с.

118 Лопастные насосы: Справочник / В.А.Зимницкий, А.В.Каплун, А.Н.Папир, В.А.Умов// Л.: Машиностроение, 1986. 334с.

119 Панаиотти, С.С. Разработка методов расчета и проектирования лопастных насосов с высокой всасывающей способностью: автореф..... докт.

дисс. Калужский филиал МГТУ им. М.Э.Баумана. Калуга. 1997. 289 с.

120 Центробежные насосы Нр/НРН, НРТ и МС для горнодобывающих предприятий. Каталог фирмы SulzerPumps , Витентур. Швейцария. 2016.

121 Центробежные насосы КН 6501...15306 и ТН 15101. ..15105 для шахтного водоотлива. Каталог фирмы 8ШШа!Ье^ (Германия). 2017.

122 Материалы 14-й международной научно-технической конференции «Герметичность, вибронадежность и экологическая безопасность насосного и компрессорного оборудования" - «ГЕРВИКОН + НАСОСЫ-2014», СумГУ, сентябрь 2014 г.

123 Материалы 15-й международной научно-технической конференции «Герметичность, вибронадежность и экологическая безопасность насосного и компрессорного оборудования" - «ГЕРВИКОН + НАСОСЫ-2017», СумГУ, сентябрь 2017 г.

124 Материалы международной научно-технической конференции «Пути совершенствованию технологических процессов и оборудования промышленного производства», секции «Горное оборудование» и «Гидравлические машины и оборудование», ДонГТУ, г. Алчевск, октябрь 2016.

125 Материалы 4-го Международного научного форума «Инновационные перспективы Донбасса: инфраструктурное и социально-экономическое развитие» ДонНТУ, г. Донецк., май 2018 г.

126 Развитие насосостроения в Украине / А.А. Евтушенко, Э.Е.Ржебаев ,А.И.Швиндин , М.И.Шифрин // Машиностроение Украины. 1995. № 1. С. 30-33.

127 Евтушенко А.А. Научно-техническое обеспечение новой концепции развития насосостроения в Украине // Тр. Междунар.науч.-техн. конф. "Прогрессивная техника, технология машиностроения, приборостроения и сварочного производства". К.: НТУУ "КПИ": Машиностроение, 1998. Т. III. 1998. С. 244 - 248.

128 Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение. 1983.С. 350.

129 Решетов Д.Н., Иванов А.С., Фадеев В.З. Надежность машин. М.: Высшая школа, 1988. 238 с.

130 Чиняев К.А. Лопастные насосы. М.: Машиностроение, 1978. 256 с.

131 Горгиджанян С.А. Определение параметров потока на входе в колесо многоступенчатого центробежного насоса при гидравлическом торможении. Лопастные насосы. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд. 1975. С. 50-56.

132 Грянко Л.П.,Зимницкий В.А. Определение структуры потока на входе в насосное колесо. Лопастные насосы. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд. 1975. С. 21-29.

133 Луговая С.О. Гидродинамические особенности проектирования сменных проточных частей при создании унифицированного ряда центробежных насосов: автореф.....дис. канд.наук. СумДУ. Сумы, 2009. 20 с.

134 Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: учеб.для вузов. 7-е изд., испр. М.: Дрофа, 2003. 840 с.

135 Расчет критических кавитационных запасов центробежных насосов/ С.Ю.Федосеев, С.Ф.Тимушев, А.В.Кузнецов, С.С. Панаиотти//Эл.журнал «Труды МАИ».2013. Вып. 71. С. 1-23.

136 Шемель В.Б. Исследование срывных кавитационных режимов центробежных насосов // Труды ВИГМ. 1958. Вып. 22. С. 13-29.

137 Тазетдинов В.Г. Повышение КПД, антикавитационных свойств и устойчивости работы крупных шнекоцентробежных насосов с коэффициентом быстроходности n = 100-120: автореф.....канд. дис.

138 Румахеранг В.М., Топаж Г.И., Захаров A.B. Методика расчетного определения кавитационных показателей гидротурбин // Науно-технические ведомости СПбГПУ.(науки и образование).2012. №1. С.112-118.

139 Шапиро А.С., Панаиотти С.С., Артемьев А.А. Расчет всасывающей способности центробежных насосов // Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2007.№ 9. С. 35 - 39.

140 Тимушев С. Ф., Федосеев С. Ю. Определение коэффициента начальной кавитации в центробежном насосе методом вычислительного эксперимента // Вестник МАИ.

141 Панаиотти С.С, Тазетдинов В.Г. Расчет и проектирование рабочих колес лопастных насосов с высокими параметрами. Математическое моделирование сложных технических систем: сб. статей. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. С. 88-101.

142 Руднев С.С. Кавитация в решетке профилей конечной толщины. Лопастные насосы. Л.: Машиностроение, 1975. С. 198 - 209.

143 B. N. CFD Study of Prospective 1st Stage Centrifugal Impeller Design , Proceedings 5th Joint ASME/JSME Fluids Engineering Conference , 2007, San Diego, СаШогша USA , 2007.

144 Minami Shungo, Kawaguchi Kyoji, Homma Tetsuto. Experimental Study on Cavitation in Centrifugal Pump Impellers // Bulletin of JSME. 1960. Vol. 3.No. 9.P. 19- 29.

145 Visser F.C. Some user experience demonstrating the use of computational fluid dynam- ics for cavitation analysis and head prediction of centrifugal pumps // ASME Fluids Engi- neering Division Summer Meeting. Proceedings of ASME FEDSM'01. New Orleans, Louisiana. USA. 2001. P. 1-6.

146 SchiavelloB., У^е^^. Pumpcavitation-variousNPSHcriteria, NPSHmargms, andimpellerexpectancy // 24thIntemationalPumpUserSymposium, 2008.Р. 1 - 37.

147 Паламарчук Т.Н., Тимохин Ю.В. Рациональные способы снижения шума и вибрации шахтных насосов // Сб. науч. тр. ДОНИЖТ, 2012. № 31. С. 202-212.

148 Покровский Б.В. Шум и вибрация центробежных насосов и меры по их снижению // Сб. тр., ВНИИГидромаш, 1971. № 41. С. 118-131.

149 Ткач П.Ю. Методы оценки кавитационно-эрозионных качеств гидромашин // Вестник СумГУ. Сер. Технические науки. 2013. № 4. С. 91-96.

150 Карелин В. Я. Кавитационные явления в центробежных и осевых насосах. М.: Машиностроение, 1975. 336 с.

151 Беликов П.Ф. Удельные затраты энергии как обобщающий критерий оценки эффективности использования оборудования водоотлива // Горные машины и автоматика. 1966. № 10. С. 33-38.

152 Шум. Общие требования безопасности. ГОСТ 12.1.003-83.

153 Шум. Нормирование шумовых характеристик стационарного оборудования. Основные положения. ГОСТ 27409-97.

154 Шум. Методы расчета предельно допустимых шумовых характеристик стационарных машин. ГОСТ 30530-977.

155 Насосы центробежные многоступенчатые секционного типа ЦНС 500-160.880. Технические условия ТУ 24.08.1278-84. ОАО «Ясногорский машиностроительный завод».

156 Насосы центробежные многоступенчатые секционного типа ЦНС 300-120.600. Технические условия ТУ 24.08.1548-88. ОАО «Ясногорский машиностроительный завод».

157 Вибрация энергетических машин. Справочное пособие. Под ред. д. т. н., проф. Н. В. Григорьева. Ленинград: Машиностроение, 1974. 464 с.

158 Рихтер Л.А., Тупов В.Б. Охрана окружающей среды от шума тепловых электростанций М.: Изд-во МЭИ, 1990.

159 Генкин М. Д., Соколова А. Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. М.:Машиностроение, 1987. 288 с.

160 Яременко О.В. Испытания насосов. Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1976. 255 с.

161 Швиндин А.И., Берестовский В.А. Пути повышения надежности насосного оборудования нефтеперерабатывающих производств // XIII Международная научно-техническая конференция "ГЕРВИКОН-2011". Международный форум "НАСОСЫ-2011" Семинар "ЭККОН-11". Сумской государственный университет, 2011. С. 23-34.

162 Паламарчук Н.В., Голованов В.К. Переходные и неустойчивые режимы работы водоотливных насосов. Сб. научн. Тр. "Горная механи-ка",Донецк ВНИИГМ им. М.М. Федорова,1991.С. 32-44.

163 Каталог шумовых характеристик технологического оборудования. М.: Стройиздат. 1988. 152 с.

164 Вибрация ивибродиагностика судового электрооборудования/ А.А.Александров, А.В.Барков, Н.А.Баркова, В.А.Шафранский// Л., Изд-во Судостроение, 1986.

165 Анохина С.А., Гуляев В.Г. Анализ и систематизация источников вибрации высоконапорных агрегатов и некоторые пути снижения их виброактивности// Материалы VI международной научно-технической конференции «Механика жидкости и газа», 27-29 ноября 2007 г. Донецк, ДонНТУ.

166 Борьба с шумом на производстве/Е.Я Юдин[и др.] // М.: Машиностроение. 1985. 400 с.

167 Стерман Л.С., Лавыгин В.М., Тишин С.Г. Тепловые и атомные электрические станции. М: Изд-во МЭИ. 2000. 408с.

168 Артоболевский И.И., Бобровицкий Ю.И., Генкин М.Д. Введение в акустическую динамику машин. М.: Наука, 1976. 296 с.

169 Резников И.Г., Давыдкова Н.С., Ведерников Н.И. Виброакустика -новое направление подготовки современных конструкоров горных машин //

Научн. Тр. Междунар. Научн. Техн. конф. «горное оборудование», Донецк, 2005. C. 71-75.

170 Средства защиты в машиностроении»/ Под ред. С.В.Белова. М.: Машиностроение, 1989. 368 с.

171 Гуляев В.Г., Яценко В.А., Анохина С.А. Экспериментальный метод определения вибрационных параметров высоконапорных насосных агрегатов для механизированных крепей / Науч. Труды ДонНТУ.Сер. Горноэлектромеханическая. 2008. Вып. 16 (142).

172 Нечушкин Г.М., Махинин А.И., Мазуренко В.В. Удельные энергозатраты при изменении характеристик насосов в процессе эксплуатации // Вопросы горной механики: сб. науч. тр. ИГМТК им. М.М. Федорова. М.: Недра, 1971. С. 78-83.

173 Лень А.Г. Совершенствование управления техническим состоянием шахтных центробежных насосов в процессе эксплуатации: автореф.....

канд. дисс. ДПИ. Донецк, 1990. 20 с.

174 Лень А.Г., Тимохин Ю.В., Логвинов Н.Г. Определение оптимальной наработки центробежных насосов // Разработка, эксплуатация и ремонт шахтных стационарных установок: сб. науч. тр. НИИГМ им. М.М. Федорова. Донецк, 1991. С. 189-199.

175 Борисов Ю.С. Организация ремонта и технического обслуживания оборудования. М.: Машиностроение, 1978. 360 с.

176 Погорелов Н.И., Погорелов И.Н. Методика определения экономической эффективности ремонта // Вестник НТУ «Харьковский политехнический институт». Сб. научн. трудов. Харьков: НТУ «ХПИ». 2015. № 26 (1135). С. 166-175.

Приложение А

Таблица 1 - Основные характеристики обследованных шахтных водоотливных установок_

№ п/п Наименование установки Характеристики водоотлива Состав шахтной воды Показатели долговечности насосов

Qпр, м /ч Нг, м Тс, ч/сут птр Dтр, мм 1тр, м Тип насоса Qр, м /ч dвс, мм lвс, м hвс, м Свз, мг/л См-, мг/л Сх.с-, мг/л Тр, ч ¿с, мес

Насос ЦНС 300-120...600

1 ш-та им. Артема, гор. 500 м 83 500 9 2 200 610 3 ЦНС 300600 358 273 12 4,5 620 5150 1850 995 4-6

2 ш-та им. Артема, гор. 508 м 1200 508 132 4 300 600 11 ЦНС 300600 364 245 10 4,3 205 4800 1450 820 до 4,5

3 ш-та Калиновская-Восточная, гор. 520 м 305 525 26 3 200 950 5 ЦНС 300600 302 219 17 4 125 4230 920 3290 12-13

4 ш-та Красный Октябрь, ВОК, насос № 2 380 480 29 2 200 850 5 ЦНС 300600 354 245 15 4,5 75 3900 1233 1020 6-7,5

5 ш-та Красный Октябрь, ВОК, насос № 5 380 480 29 2 200 670 5 ЦНС 300540 334 219 16 4,4 88 3945 1450 1920 7-8

6 ш-та Засядько, гор 529 м 345 530 27 2 250 605 8 ЦНС 300600 352 245 12 4,5 345 3977 980 1210 6-7

7 ш-та Трудовская, гор. 500 м 750 505 56 3 250 520 8 ЦНС 300600 345 273 11 4,2 108 4880 1110 1195 5-5,5

8 ш-та Бажанова, гор. 10-12 190 507 17 2 250 612 3 ЦНС 300600 358 219 20 4,4 338 5400 1390 1950 8

9 ш-та Стаханова, гор. 986 м 320 512 26 2 250 560 4 ЦНС 300600 348 245 16 4,5 604 5875 870 985 5

10 ш-та Стаханова, гор. 474 м 250 476 22 2 250 564 5 ЦНС 300600 370 219 15 4,5 450 4950 860 890 4-5

11 ш-та Новодонецкая, гор. 320 м 660 325 43 2 300 345 5 ЦНС 300360 341 250 14 4,2 366 4690 854 1550 7-8

№ п/п Наименование установки Характеристики водоотлива Состав шахтной воды Показатели долговечности насосов

Qпр, м /ч Нг, м Тс, ч/сут птр Dтр, мм 1тр, м Тип насоса Qр, м /ч dвс, мм lвс, м hвс, м Свз, мг/л См-, мг/л Сх.с-, мг/л Тр, ч ¿с, мес

Н Ысосы Ц нс(диа К) 300-120...600

12 ш-та Белозерская, Ц1Ш-550, гор. 550 420 205 32 4 300 614 5 ЦНС 300300 359 245 22 5 275 4700 880 1410 4-6

13 ш-та Алмазная, гор. 310 м 220 310 18 2 200 660 3 ЦНС 300420 343 299 18 4,8 195 3970 965 1230 4,5

14 ш-та Никанор-Новая,гор. -100 м 112 385 9 2 300 466 5 ЦНС 300480 374 245 15 4,6 150 3190 862 585 2,5-3

15 ш-та Фащевская, 15 гор. 310 520 25 2 250 595 5 ЦНСК 300-600 340 219 14 4,5 480 3900 1330 1080 до 5

16 ш-та Краснокутская, гор. 300 м 580 355 48 3 200 412 7 ЦНС 300480 360 299 20 4 144 4129 1280 1110 5-6

17 ш-та им. Ленина, ГП Артемуголь, гор. 535 м 610 530 54 4 300 750 7 ЦНС 300600 293 245 15 4,4 430 6970 995 3230 9-12

18 ш-та им. Ленина, ГП Артемуголь, гор. 1080 м 570 545 52 4 300 785 3 ЦНС 300600 285 245 14 4 606 6850 990 2810 10-11

19 ш-та Комсомольская, гор. 960 м, насос № 2 150 270 14 2 250 606 3 ЦНС 300360 317 299 11 4,3 450 3800 1450 3140 12-14

20 ш-та Комсомольская, гор. 960 м, насос № 3 150 270 16 2 250 405 3 ЦНС 300360 308 245 19 4,6 450 3965 1558 3050 до 12

21 ш-та Партизанская, гор.10 310 325 27 2 200 740 5 ЦНС 300420 315 299 17 4 225 4300 1440 3040 10-11

22 ш-та Партизанская, гор.24 270 450 24 3 200 490 3 ЦНС 300540 284 245 14 4,8 505 4575 1450 3230 11-12

23 ш-та Крепенская, гор. 6 246 470 20 3 125 178 3 ЦНС 300600 353 299 12 4,5 400 4780 1320 1490 до 5

№ п/п Наименование установки Характеристики водоотлива Состав шахтной воды Показатели долговечности насосов

Qпр, м /ч Нг, м Тс, ч/сут птр Dтр, мм 1тр, м Тип насоса Qр, м /ч dвс, мм lвс, м hвс, м Свз, мг/л См-, мг/л Сх.с-, мг/л Тр, ч ¿с, мес

J Насосы ЦНС300-120... 600

24 ш-та Крепенская, гор.14 140 480 6 2 200 1640 3 ЦНС 300600 295 299 15 4,4 576 4770 1330 2705 6-7

25 ш. им. газеты Известия, 12 НУ, насос № 3 405 265 7 3 200 910 6 ЦНС 300600 318 245 19 4,3 374 4460 1200 2040 6-8

26 ш. им. газеты Известия, 12 НУ, насос № 6 405 265 8 3 200 724 6 ЦНС 300360 325 219 17 4,5 377 4435 1230 2700 до 7

27 ш-та им. Димитрова, гор. 384 м 425 384 10 4 250 498 6 ЦНС 300420 313 245 15 4 562 6550 1670 3205 8-9

28 ш-та Мария-Глубокая, гор. 386 м 220 313 12 4 200 646 3 ЦНС 300420 345 219 18 4,8 108 8750 1320 1085 до 4,5

29 ш-та № 1 Солотвинский солерудник, отм. 65 м 290 68 24 5 200 340 5 ЦНС 300120 355 219 11 4,9 55 30500 22000 810 до 3

30 ш-та Советская, ГП УШГЗ НУ 6 горизонт 450 420 16 4 200 533 5 ЦНС 300480 307 245 22 2,5 77 3455 905 3190 12-14

J Насосы ЦНС 180-170...425

31 ш-та им. Ленина, ГП Макеевуголь, гор. 704 м 57 275 7 2 150 375 2 ЦНС 180297 178 219 9 3,3 75 6450 880 2850 11-12

32 ш-та им. Ленина, ГП Макеевуголь, гор. 125 м 65 125 7 2 150 222 2 ЦНС 180170 212 219 12 4 51 6670 945 2690 9-10

33 ш-та им. Кирова, ГП Макеевуголь, гор.360 м 85 220 8 2 175 406 2 ЦНС 180340 238 203 7 3,8 92 4100 1220 1010 до 5

34 ш-та им. Димитрова, уклон гор. 786 м 54 178 7 2 150 413 3 ЦНС 180 -212 191 219 17 3,8 375 6650 1100 2810 7,5

№ п/п Наименование установки Характеристики водоотлива Состав шахтной воды Показатели долговечности насосов

Qпр, м /ч Нг, м Тс, ч/сут птр Dтр, мм 1тр, м Тип насоса Qр, м /ч dвс, мм lвс, м hвс, м Свз, мг/л См-, мг/л Сх.с-, мг/л Тр, ч ¿с, мес

J Насосы ЦНС180-170...425

35 ш-та им. Димитрова, сев. уклон гор. 610 м 52 226 6 2 150 354 2 ЦНС 180255 185 180 11 4,1 477 6555 1050 2710 8-9

36 ш-та Белицкая, гор. 370 м 40 120 5 1 150 311 2 ЦНС 180255 253 203 10 4 805 3400 890 805 до 4

37 ш-та Белицкая, гор. 450 м 110 220 13 2 175 223 3 ЦНС 180255 195 219 9 3,8 450 3450 870 2805 8-10

38 ш-та Новодонецкая, гор. 612 м 67 292 7 2 150 412 2 ЦНС 180340 187 180 14 3,6 558 3240 865 2960 до 10

39 ш-та Новодонецкая, гор. 540 м 120 220 11 2 150 314 3 ЦНС 180255 179 159 16 4 192 3255 856 2755 9

40 ш-та Добропольская, НУ сев.уклона пл. к8 160 150 24 2 175 212 3 ЦНС 180255 235 180 11 4,2 556 4100 980 1800 до 5

41 ш-та Добропольская, Ц1Ш гор. 450 м 182 152 13 2 200 244 2 ЦНС 180255 249 203 14 4 155 4120 995 910 до 3

42 ш-та Алмазная, гор. 285 м 126 178 10 1 175 354 2 ЦНС 180212 194 219 9 3,5 282 3990 1100 2555 8-9,5

43 ш-та Алмазная, уклон 1, гор. 391 м 132 284 10 1 200 655 2 ЦНС 180425 239 203 8 3 , 8 1 20 3960 1 05 0 1 3 70 до 10

44 ш-та Алмазная, уклон 2, гор. 551 м 43 162 5 2 150 452 1 ЦНС 180212 210 159 16 4,2 540 3880 1080 2690 7,5-8

45 ш-та Алмазная, ЦПУ гор. 550 м 132 242 10 2 175 510 2 ЦНС 180297 206 219 14 4 592 3450 1005 2806 11

46 ш-та Алмазная, СПУ гор. 550 м 71 324 7 1 200 842 1 ЦНС 180425 217 219 14 4,1 140 3885 1120 2700 8

№ п/п Наименование установки Характеристики водоотлива Состав шахтной воды Показатели долговечности насосов

Qnp-, м /ч Н, м Тс, ч/сут nmp Dmp, мм lmp, м NH Тип насоса Qp- м /ч мм 1вс, м hec м Cвз, мг/л См, мг/л Сх.с, мг/л Тр, ч tc, мес

Насосы Ц НС 180-170...425

47 ш-та Черкасская гор. 580 м 46 103 6 1 150 766 2 ЦНС 180170 188 219 12 4 665 3450 940 2690 11-12

48 ш-та Славяносербская, гор. 545 м 108 91 14 1 175 954 2 ЦНС 180170 179 219 10 4,2 490 3760 1345 2840 12-14

49 ш-та Белицкая, гор. 150 м 81 152 11 1 175 905 1 ЦНС 180170 225 180 11 3,5 256 3440 990 1810 6-8

50 ш-та им. Ленина, ГП Артемуголь, гор. 1190 м 58 115 6 1 150 205 2 ЦНС 180425 188 203 8 3,2 680 6780 954 2350 7-8

51 ш-та Мария-Глубокая гор. 540 м 165 235 23 2 150 436 3 ЦНСК 180-425 273 203 11 3,9 650 6100 1780 800 до 3,5

Насосы L ЩСШ 300-720

52 ш-та Советская, ГП УШГЗ НУ 8 гор. 210 605 20 3 200 3 ЦНСШ 300-120 322 219 23 4,4 78 4590 995 3800 20

53 ш-та 21 ГП УШГЗ, гор. 380 м. 205 398 18 4 200 708 2 ЦНСШ 300-480 359 299 18 3,8 98 4980 1100 4200 24

54 ш-та Северная, гор. 520 м, насос № 1 270 525 22 3 250 1225 3 ЦНСШ 300-720 371 245 15 4,8 650 4955 1260 4950 25

55 ш-та Северная, гор. 520 м, насос № 3 270 525 22 3 250 1233 3 ЦНСШ 300-650 334 299 14 4,6 635 5150 1340 5100 28

Примечания: Qnp - нормальный приток воды на водоотливную установку; Нг - высота водоподъема; Тс - суммарная суточная работа насосов; птр -число трубопроводов; Dmp условный диаметр напорных трубопроводов; 1тр - длина магистральных трубопроводов; NH - количество насосов; Qp - расчетная подача насоса; dBC, 1вс - диаметр и длина подводящего трубопровода; Нвс- геометрическая высота всасывания; Свз - содержание твердых взвешенных веществ; См - общая минерализация шахтной воды; Сх.с - концентрация сульфатов и хлоридов в воде; Тр _ межремонтный ресурс насоса; tc -календарный срок эксплуатации насоса

Приложение Б Алгоритм экспериментально-расчетного определения кавитационных параметров шахтных насосов

Отличительной особенностью расчета является предварительное проведение инструментальных измерений скорости потока v¡ на входе в рабочее колесо первой ступени насоса и учет характера распределения её осевой составляющей v¡.0 по сечению горловины, при определении коэффициента кавитации Ад.

При малой трудоемкости работ и достаточно высокой точности (до 1,5%) рациональным является способ измерения скорости течения жидкости с помощью трехканальных напорных трубок (для горловины рабочего колеса) и двухканальных трубок (для участка подводящего трубопровода перед всасывающим патрубком насоса).

Порядок выполнения измерений и расчетов имеет следующую последовательность.

1. На подготовленной к пуску насосной установке монтируются две тарированные напорные трубки: - трехканальная, наружным диаметром 8 мм с базовой длиной 260 мм через промежуточную втулку с сальником и резьбой М20-1,5 на верхней площадке крышки всасывания насоса; - двухканальная, диаметром 8 мм с базовой длиной 70 мм через зьбовое отверстие М12-1,25 на участке подводящего трубопровода, примыкающего к входному патрубку насоса. Установка напорной трубки на подводящем трубопроводе, методика измерений средней скорости выполняются согласно требованиям ГОСТ 8.361-79 «Методика выполнения измерения скорости в одной точке сечения трубы»

2. После пуска нового насоса (или насоса, прошедшего капитальный ремонт) и его обкатки под нагрузкой в течение не менее 4 ч, агрегат подвергается испытаниям при среднем (^.вс= 3,0.3,5 м) и нижнем (^.вс= 4.5 м) уровне воды в шахтном водосборнике, на одном режиме по расходу воды в подводящем трубопроводе, на котором регистрируется начало кавитации. Расход воды в подводящем трубопроводе и, соответственно подача насоса, регулируется оперативной задвижкой, установленной на индивидуальном участке напорного трубопровода насоса. Признаком начала кавитационного течения является за-

метный (в 2-3 раза) рост уровня виброскорости корпуса направляющего аппарата первой ступени на полосе частот от 700 до 1900 Гц. Например, первые признаки начала кавитационного течения в шахтном насосе ВК гор. 535 м шахты им. Артема зафиксированы при уровне воды в водосборнике около 3 м на критической подаче Qкр= 350 м /ч, а при уровне воды 4,0 м - при подаче Qкр около 310 м /ч.

3. На критическом режиме производится измерение осевой составляющей У1.о скорости потока VI по сечению входной горловины. Для точного определения максимального v1.о.max и среднего v1.о.ср значений входных скоростей, достаточно пяти замеров по сечению R1- Rвт. Например, для насоса ЦНС 300120.600 измерение скоростей по сечению горловины рационально выполнять на радиусах R70, R80, R90, R100 и R110.

4. Одновременно с измерением скорости v¡.о на режиме начальной стадии кавитации в шахтном насосе фиксируются инструментальные показания других параметров насосной установки: - вакуумметрическое давление на входе в насос рвх; - геометрическая высота всасывания ^.вс (уровень воды по отношению к оси насоса); - фактический расход воды в подводящем трубопроводе Qф, т.е. фактическая подача насоса, сложенная с объемными потерями qф в гидравлическом уравновешивающем устройстве (ГУУ), текущая температура шахтной воды, поступающей в насос.

5. Из всех замеров скоростей потока выбираются максимальное v1.о.max и минимальное v1.о.min значения.

Учитывая, что v1.о.min = v1.о.ср, определяем коэффициент начала кавитации при? .уровне воды в водосборнике 3.3,5 м (индекс «3») и при уровне 4.5 м (индекс «4.5») по формуле

=

Л.4.5

2 2 Л

\тах + "1 2 , 2 V + "1 у

-1

2 2 Л

\тах + "

2 , 2

V \йб + и1 у

-1

где окружная скорость на радиусе R1 (начало лопасти колеса) и1 = ; теп

со =

30

7. По результатам двух замеров находятся для уровней воды 3.3,5 м и 4.5 м фактические значения критического кавитационного запаса для действующей насосной установки в зависимости от осевой скорости потока в горловине рабочего колеса

Л\р.3 = (vi + Ь э.3^2 ) / 2g = [(1 + Ч.э) vL + ] / 2g,

(1)

А^кр.4.5 = [(2 + Ьэ.4.5 ) VL + ^э.4.5«? ] / 2g

и в зависимости от измеренного расхода воды в подводящем трубопроводе

/2 g, (3)

(2)

А\р.Э =

(1 + Ьэ3) 16 ' jj^3 + ьэ3и

k2w2 D„

э.3"1

Ah

кр.4.5

(1 + Ьэ.4.5) 16 • ^

kW D„

^ Ьэ.4.5и1

/2 g,

(4)

где Qвс.3 Qвс.4.5 - фактический расход воды в подводящем (всасывающем) трубопроводе, соответствующий критическому значению подачи при средней и нижней высоте всасывания, м/с; К - тарировочный коэффициент первичного преобразователя (напорной трубки); Dвс - внутренний диаметр всасывающего трубопровода в точке измерения, м.

8. Решением системы двух уравнений (3) и (4) находим расчетно-экспериментальную зависимость критического кавитационного запаса Д^р.э от расхода в подводящем трубопроводе (подачи насоса) Qвс

Ah

кр.э

K+b3 Q2,

(5)

где hэ и Ьэ - постоянные коэффициенты характеристики.

9. Для условий работы обследуемой насосной установки водоотлива находим поправочный множитель экспериментального критического кавитаци-онного запаса Д^рэ по отношению к опытному критическому кавитационному запасу Дккр о, полученному по результатам обработки заводских кавитационных испытаний (см. раздел 3.6)

2

т _ К + ь°вс т к+ ьо2' ()

10. С учетом действующего барометрического давления на рабочем горизонте шахты ра, давления насыщенных паров рнп при зафиксированной на установке температуре воды, установленных фактических значениях параметров Квскр3, Квс.кр45 и °вс.3, Овс45 определяется сумма потерь напора (по длине и местные) во всасывающей линии от сетки приемного клапана до участка образования кавитации в рабочем колесе. Фактическая сумма потерь напора для начала кавитации будет: - при уровне для уровня воды в водосборнике 3 м будет

2 2

К _ ра _ рн.п _ К _ ^х.ср.З _ ра _ Рн.п _ К _ 16 ' 0вс.3 п о2 • (7)

Ппот.3 ~ Пвс.кр.3 ~ _ Пвс.кр.3 7 2 2 ^ Лвс^вс.3 ' V /

Ре р 2 е ре р кул Dвc

при уровне от 4 до 5 м

2

К 45 _ Ра Рнп _К 45 _ 16'°вс3 п 02 45 . (8)

пот.4.5 вс.кр.4.5 7 2 2 гл вс^вс.4.5 V /

ре к к Б

ПО V вс

Полученные в двух уравнениях значения расчетно-экспериментальной постоянной Пвс, характеризующей сопротивление всасывающей линии насосной установки, должны быть равны Пвс3 _ Пвс 4.5 , либо незначительно отличаться (не более 2,5 %). Бри большей разнице величин Пвс3 и Пвс45 следует повторно, с большей точностью, провести все измерения параметров, указанных в п. 3 и 4.

11. С учетом установленной величины сопротивления всасывающей линии, определяется зависимость критической высоты всасывания Квскр от фактического расхода воды в подводящем трубопроводе (подачи насоса) °вс при уровне для уровня воды в водосборнике 3 м

К _ Ра Рн.п _°2

вс.кр ¿--кр.вс.3

V + 16

ре

и при уровне от 4 до 5 м

вс ;2 2П V кКБвс у

(9)

к _ Ра Ри.п _Q2

вс.кр

pg

кр.вс.4.5

Явс ^--2—6-

V Ас,

(10)

Решением системы двух уравнений (3) и (4) находится расчетно-экспериментальная зависимость критической высоты всасывания АНвс.кр.э исследуемой водоотливной установки от расхода в подводящем трубопроводе (подачи насоса) Овс

к

вс.кр.э

кв+ЬвОг

(11)

где кв и Ьв - постоянные коэффициенты опытной характеристики (11).

12. Определяется критическое давление на входе в насос рвх.кр для уровня воды в водосборнике около 3 м

Рвх .кр _pg

и для уровня от 4 до 5 м

Рвх .кр _Pg

Ра

Pg

Лс0в2с.з- (к + ЬвОв2с.з )

16 • О

вс.3

£>2 Овс

(12)

^ - *всОв2с.4.5 - (к+ЬвОв2„ ) - ^-ЙОт

pg Кл Овс

(13)

Из уравнений (12) и (13) находится эмпирическая зависимость критического давления на входе в насос рвх.кр от расхода воды в трубопроводе Овс

рвХ.кр = кд+ЬдО2 , (14)

где кд и Ьд - постоянные коэффициенты характеристики (14).

13. Определяется максимально допустимая (критическая) подача, выше которой насос начинает работать в кавитации.

Окр

Ра _ Рн.п

Pg

_ ткк0 _ к

к 0 г.вс

ткЬ + Я

к к вс

(15)

14. Критические значения базовых кавитационных параметров, соответствующие начальному этапу образования кавитационных каверн и началу кавитационной эрозии деталей проточной части шахтных насосов, определенные по пп. 8-12 настоящей Методики, заносяться в память, выводятся на индикацию для контроля и сравнения с текущей рабочей величиной этих парамет-

ров. Базовые параметры для контроля текущего состояния насоса по кавитации в рабочем режиме:

- уровень виброскорости на корпусе лопаточного отвода первой ступени vв , мм/с;

- фактическая скорость потока Vo (м/с) или расход воды °вс (м /с) во всасывающем трубопроводе;

- коэффициент начала кавитации ;

- опытный (заводской) кавитационный запас ДКо с учетом поправочного множителя тК , м;

- действительный кавитационный запас ДКд, м;

- высота всасывания насосной установки (глубина откачки шахтного водосборника) Квс, м;

- давление на входе в насос рвх , м.

При превышении хотя бы оного из текущих рабочих значений базовых кавитационных параметров критическим значениям кавитационного запаса ДКкр, геометрической высоты всасывания Квскр, давления на входе в насос рвх.кр, подачи насоса °вс.кр, определенных, соответственно, по выражениям (5), (11), (14) и (15), системой контроля идентифицируется опасное состояние, предшествующее наступлению кавитации. Подается сигнал - «ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ». Когда два или больше базовых параметров находятся в зоне развитого кавита-ционного режима, подается сигнал «АВАРИЯ».

Приложение В Пример упрощенного метода расчета энергетических и кавитационных характеристик шахтного насоса

В методике расчета использованы условные обозначения: °пр - средний требуемый часовой расход воды, подаваемый насосной установкой или поступающий приток, который необходимо откачать, м /ч; °п - подача насоса в ра-

33

бочем режиме, м /ч; °н - номинальная подача насоса, м /ч; Нн - напор насоса в номинальном режиме, м; Нп - напор насоса в рабочем режиме, м; Кпот - потери напора в трубопроводе, м; Н0 - напор насоса при нулевой подаче на одну сту-

2 5

пень, м; г - число рабочих колес; Я - сопротивление трубопровода, ч /м ; ф -относительная величина снижения напора; Е0 - удельные затраты электроэнергии на 1м откачиваемой воды, кВт ч; N - мощность насоса в рабочем режиме, кВт; N - мощность электродвигателя, кВт; /тр , 1вс - длинна напорного и всасывающего трубопроводов, м; dтр, dвc, - внутренний диаметр напорного и всасывающего трубопроводов, мм; п - количество совместно работающих насосов; Адл - удельное сопротивление трубопровода по длине, ч2/м6; Ам - удельное со-

25

противление (местное) трубопроводной арматуры, ч /м ; - сумма коэффициентов местных сопротивлений трубопроводной арматуры.

1. Требуемые для расчета исходные данные:

а) требуемый часовой расход воды (средний), подаваемый на поверхность водоотливной установкой °пр, м /ч; б) высота водоподъема (разница отметок между уровнем воды в приемном колодце насосной станции и сливным патрубком напорного трубопровода) Нг, м; в) строительная длина трубопровода /тр , м; г) количество рабочих трубопроводов Nтр; д) свойства перекачиваемой жидкости (плотность, температура, наличие механических примесей, химический состав); е) геометрическая высота всасывания (разница отметок по вертикали между уровнем воды в приемном колодце и горизонтальной осью насоса) Кгвс , м; ж) длина подводящего трубопровода /вс,м.

2. Выбор насоса. Минимальная подача насоса главной водоотливной установки угольных шахт

О™ _ иОр/ п . (1)

Минимальная подача насоса водоотливного комплекса рудника

О™ _ 1,5ОПр/ п . (2)

Минимальная подача насоса на установке, откачивающей затопленные шахтные выработки