Повышение эффективности эксплуатации грунтовых насосов в условиях гидроабразивного износа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат наук Меньшиков, Сергей Сергеевич

• Меньшиков, Сергей Сергеевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Меньшиков, Сергей Сергеевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА НАДЕЖНОСТИ И ДИАГНОСТИКИ СИСТЕМ ГИДРОТРАНСПОРТА НА ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

1.1 Общая характеристика систем гидротранспорта на горнообогатительных предприятиях

1.2 Литературный обзор изученности вопроса надежности гидротранспортных систем

1.3 Анализ работы грунтовых насосов в условиях гидротранспорта хвостов обогащения

1.4 Основные задачи диагностирования гидротранспортного оборудования на горно-обогатительных предприятиях

1.4.1 Методы оценки механической надежности грунтовых насосов

1.4.2 Обзор существующих систем вибродиагностики

1.4.3 Примеры встроенных систем технического диагностирования

1.4.4 Методы параметрической диагностики грунтовых насосов

1.4.5 Автоматизация оперативного контроля параметров работы грунтовых насосов

1.5 Выводы по результатам проведенного анализа, цели и задачи исследования

2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И ЭКСПРЕСС-МЕТОДА ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГРУНТОВОГО НАСОСА В СИСТЕМАХ ГИДРОТРАНСПОРТА

2.1 Эффективность работы грунтового насоса на основе анализа взаимосвязей между изменениями параметров работы насоса и его техническим состоянием

2.1.1 Характеристики грунтовых насосов при работе в системах гидротранспорта продуктов переработки минерального сырья

2.1.2 Работа объемных сил жидкости и твердой фазы в каналах рабочего колеса

2.1.3 Влияние крупности частиц твердой фазы на отношение скоростей твердых частиц и жидкой фазы гидросмеси

2.1.4 Параметры определяющие величину коэффициента режима движения и гидромеханические потери на трение в каналах рабочего колеса

2.2 Коэффициент технического состояния грунтового насоса

2.2.1 Влияние гидроабразивного износа рабочих поверхностей грунтового насоса на величину коэффициента технического состояния

2.2.2 Коэффициент технического состояния грунтового насоса и параметры вибрации

2.3 Планирование экспериментов и анализ экспериментальных

результатов

2.4 Выводы по результатам теоретического исследования

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАВИСИМОСТИ ВИБРАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГРУНТОВЫХ НАСОСОВ В СИСТЕМАХ ГИДРОТРАСПОРТА

3.1 Экспериментальная установка и методика проведения экспериментов

3.2 Обработка экспериментальных данных по изменению вибрационных характеристик грунтового насоса в процессе гидроабразивного изнашивания

3.2.1 Экспериментальное определение зависимости ресурса грунтового насоса от параметров вибрации

3.2.2 Экспериментальное определение зависимости коэффициента технического состояния грунтового насоса от параметров вибрации

3.3. Выводы по результатам экспериментальных исследований

4 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПУЛЬПОНАСОСНЫХ СТАНЦИЙ НА ОСНОВЕ СОВМЕСТНОГО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИОННЫХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ

4.1 Разработка структуры диагностирования технического состояния грунтовых насосов на основе анализа эксплуатационных параметров

4.2 Разработка структуры диагностирования технического состояния грунтовых насосов на основе анализа вибрационных сигналов

4.3 Разработка структуры экспресс-диагностики технического состояния грунтовых насосов на основе анализа эксплуатационных параметров и вибрационных сигналов (коэффициента технического состояния грунтового насоса)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности эксплуатации грунтовых насосов в условиях гидроабразивного износа»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Гидравлический транспорт на предприятиях горно-обогатительной промышленности России является важным звеном технологического процесса добычи и переработки минерального сырья. Этот вид транспорта 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.

Анализ работы гидротранспортных систем на горных предприятиях показывает, что 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.

Главной причиной недостаточной эффективности гидравлического транспорта является гидроабразивный износ рабочих колес применяемых грунтовых насосов, что вызывает нарастающий уровень вибрации насосов, снижение напорных характеристик, общего технического состояния гидротранспортной системы и как результат - низкий рабочий ресурс насосов, не превышающий 500 часов непрерывной работы. В настоящее время в условиях эксплуатации гидротранспортных систем на горно-обогатительных предприятиях возникла необходимость диагностического контроля и проведения работ по оценке фактического технического состояния грунтовых насосов и оценке остаточного ресурса насосных агрегатов пульпонасосных станций, что требует дополнительных теоретических и экспериментальных исследований.

Цель работы

Целью работы является разработка метода экспресс-диагностики грунтовых насосов в системах гидротранспорта горных предприятий на основе анализа факторов, определяющих гидроабразивный износ рабочего колеса, и вибрационных характеристик насосных агрегатов для повышения надежности эксплуатации гидротранспортных систем.

Основные задачи работы

- установить фактические сроки службы и основные причины отказов насосного оборудования гидротранспортных систем на основе анализа статистических данных горно-обогатительных комбинатов;

- определить факторы, влияющие на эффективность и надежность работы грунтовых насосов в системах гидротранспорта;

- теоретически и экспериментально определить степень влияния выявленных факторов на ресурс насосного оборудования;

- определить критические значения рассматриваемых параметров для дальнейшего их рассмотрения в качестве предмета для диагностирования;

- разработать и обосновать метод экспресс-диагностики грунтовых насосов в системах гидротранспорта горных предприятий на основе выявленных закономерностей влияния гидроабразивного износа рабочего колеса на вибрационные характеристики насосных агрегатов.

Методы исследования

Решение поставленных задач проводилось постановкой теоретических и экспериментальных исследований. Статистические данные по наработке грунтовых насосов в системах гидротранспорта, полученные на горнообогатительных комбинатах, обрабатывались методами математической статистики и регрессионного анализа.

Основные защищаемые положения

1. В качестве критерия периода нормальной эксплуатации грунтового насоса может быть принят коэффициент технического состояния, равный относительному напору при работе насоса на гидросмеси.

2. Коэффициент технического состояния грунтового насоса может быть представлен как функция текущего расхода и среднеквадратичного значения виброскорости.

Научная новизна

- развитие методов оценки технического состояния грунтовых насосов в системах гидротранспорта, на основе полученных теоретических и экспериментальных зависимостей напорных характеристик от времени работы насоса и вибрационных характеристик, обусловленных гидроабразивным износом рабочего колеса.

- теоретические зависимости коэффициента технического состояния грунтовых насосов в системах гидротранспорта, определяемые режимом течения гидросмеси в проходных каналах рабочего колеса, крупностью твердых частиц гидросмеси и их концентрацией, в виде произведения механической и гидравлической составляющих.

Практическая ценность работы

- экспресс-метод оценки рабочего состояния грунтового насоса в системе гидротранспорта по величине коэффициента технического состояния, измеренным значениям времени наработки и вибрационных характеристик рабочего колеса в заданном диапазоне (СКЗ) виброскорости.

- расчетные зависимости коэффициента технического состояния грунтовых насосов как функции времени наработки, развиваемого напора и изменения среднеквадратичных значений (СКЗ) виброскорости, полученные на основе обработки опытных данных методами регрессионного анализа.

1 АНАЛИЗ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА НАДЕЖНОСТИ И ДИАГНОСТИКИ СИСТЕМ ГИДРОТРАНСПОРТА НА ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

1.1 Общая характеристика систем гидротранспорта на горно-обогатительных предприятиях

В горнорудной промышленности неотъемлемой частью обогатительного производства является гидротранспортирование концентратов, пульп и хвостов обогащения.

Гидравлический транспорт на предприятиях горной промышленности является важным звеном технологического процесса добычи и переработки минерального сырья. Этот вид транспортирования обеспечивает передачу насыпных материалов без перегрузки по трассам сложного профиля и большой протяженности.

Системы гидротранспорта хвостов переработки минерального сырья по технологическим признакам можно классифицировать следующим образом:

• внутритехнологические, применяемые при добыче, обогащении и складировании продуктов обогащения и отходов переработки минерального сырья;

• дальнего гидротранспорта руды, угля, концентратов, водоугольных суспензий и других дробленых и измельченных материалов на десятки и сотни километров.

К внутритехнологическому гидравлическому транспортированию относятся системы, обеспечивающие внутрицеховые и внутрифабричные потребности технологического процесса переработки сырья. В основном это системы гидравлического транспортирования промпродукта.

Примером дальнего (магистрального) гидротранспорта является гидравлическое транспортирование угля из штата Кентукки до северной части Флориды (США) на расстояние 2400 км с производительностью системы 45 млн. т!год\ магистральный трубопровод ВУС (водоугольных суспензий) Белово-

Новосибирск, протяженностью 262 км, с производительностью 900 т/ч [3] и ДР-

В зависимости от рельефа и дальности транспортирования хвостов от обогатительной фабрики до места складирования (потребителя, терминального устройства) схемы гидротранспорта могут быть:

• одноступенчатые - без промежуточных перекачных станций;

• многоступенчатые, выполняемые с промежуточными емкостями (зумпфами) или без них (по схеме "насос в насос").

В зависимости от направления уклона местности схемы гидравлического транспортирования подразделяются на:

• с использованием естественного уклона местности, когда обогатительная фабрика расположена выше хвостохранилища (самотечные);

• с преодолением естественного геометрического уклона местности, когда обогатительная фабрика расположена ниже хвостохранилища или терминального устройства (напорные);

• комбинированные, сочетающие первые две схемы (напорно-самотечные)

В зависимости от способа подготовки гидросмеси к транспортированию схемы гидротранспорта разделяются на две группы:

• со сгущением пульпы до концентраций, соответствующих расчетному режиму гидравлического транспортирования и процессу обогащения при использовании оборотного водопотребления;

• без сгущения хвостовой пульпы.

Приведенную классификацию существующих систем гидравлического транспортирования минерального сырья на предприятиях горной промышленности можно изобразить схемой, как показано на рисунке 1.1.

Характеристики гидротранспортных систем некоторых горнообогатительных комбинатов приведены в таблице 1.1.

Рисунок 1.1- Классификация систем гидротранспорта по технологическим признакам

Режим работы трубопроводов систем гидротранспорта определяется исходными технологическими данными по количественному и качественному составу хвостовой пульпы, поступающей из обогатительного процесса, а также размерами (диаметром) трубопроводов и условиями работы: с заилением или без заиления проходного сечения трубопровода и расчетными параметрами потока смеси: средней скоростью, критическим гидравлическим уклоном и гидравлическим уклоном, соответствующими средней скорости потока гидросмеси. Параметры потока гидросмеси в трубопроводе зависят от состояния его

внутренней поверхности с учетом возможных колебаний исходных т технологических данных, расчетных параметров и режимов работы трубопроводов и соответствуют принятой расчетной модели взвесенесущего потока. В настоящее время расчеты параметров и режимов гидравлического транспортирования продуктов переработки минерального сырья производятся по методике ИГМ АН Украины с применением программы "Гидрон", разработанной в институте Механобр. Параметры действующих систем гидротранспорта продуктов переработки минерального сырья на отечественных и зарубежных горных предприятиях приведены в таблице 1.2. Из приведенных данных следует, что системы гидротранспорта работают на низких концентрациях твердого материала в потоке гидросмеси. Средние значения объемной концентрации и плотности смеси не превышают, соответственно, 8 % и 1150 кг/м [5]. Такие низкие средние значения концентрации смеси снижают технико-экономическую эффективность систем гидравлического транспорта, что в итоге сказывается на себестоимости конечного продукта (концентрата, металла и др.). В технологии гидротранспорта еще недостаточно используется дозировка подачи материала в трубопровод, а также регулировка и контроль параметров, вследствие чего, как правило, гидротранспортные системы горных предприятий работают в не экономичных и неустойчивых режимах. Средний расход воды на транспортирование, например, 1 м хвостов переработки руд составляет 12-15 м ; песчано-гравийных материалов 15-20 м ; песка 12-18 м . Удельный расход электроэнергии при транспортировании 1 м угля составляет 24-26 кВт-ч; песчано-гравийных смесей - 4,9-6,6 кВт-ч; хвостов обогащения - 21,4 кВт-ч; песка -3,2-3,6 кВт-ч [1]. При гидротранспорте горных пород средние удельные показатели капиталовложений на 1 м3 транспортируемого материала составляют от

л

2900 до 7100 руб/м , из этой суммы 43% составляют затраты на технологическое оборудование, затраты на электроэнергию достигают 55%, на заработную плату от 35 до 42 %. На рисунке 1.2 приведена диаграмма относительных удельных показателей гидротранспорта на отечественных и зарубежных пред-

приятиях; на рисунке 1.3- диаграмма относительных эксплуатационных затрат по основным статьям расходов на гидравлическое транспортирование минерального сырья на ряде карьеров.

Таблица 1.1 - Характеристики систем гидротранспорта некоторых

предприятий цветной металлургии

Предприятие (ОФ) Схема работы системы Трубопровод Тип, число насосов

Диаметр, мм Длина, м ПНС-1 ПНС-2

Алмалыкский ГМК: медная ОФ Напорная 1020 1020 1200 2855 2x3210 3210 20ГР-2 (3) 20ГР-8 (3) 28ГР-8 (1) ПНВГ (3) НС-54 (1) ЭВ-200 (2) 20ГР-8 (6) НС-54 (1) 300Д90 (2) ПНВЗ (1)

свинцовая ОФ Тоже 700 1654 8ГР-8 (6) 5ГР-8 (2) ЗПН (1) 12ГР-8, (4)

Джезказганский ГМК: ОФ № 1, № 2 То же 1220 3x2500 28ГР-8 (5) 28ГР-8 (4)

ПО "Дальпо-лиметалл": ЦОФ То же 299 4000 8ГР-8м (6) 8ГР-8м (6)

Тырныаузский вмк Смешанная: напорная и самотечная 620 800 11200 20ГР-8т (3) 20ГР-8 (3)

Алтайский ГОК То же 400 260 10ГРУЛ-8 (3) -

Африкандское РУ То же 300 2000 6ГРТ-8 (2) -

Гайский ГОК То же 425 300 2x1700 12ГР-8 (3) -

Солнечный ГОК То же 425 175 12ГР-8т 12ГР-8т

Таблица 1.2 - Параметры гидротранспорта продуктов переработки минерального сырья на отечественных и

зарубежных предприятиях горной промышленности

Трубопровод, Геометри- Плотность Средний Плотность Расход,

Продукт длина (диа- ческий твердого диаметр смеси, т/мЗ мЗ/с (средняя Режим работы Уклон, %

обогащения метр), км (мм) перепад, (м) материала, частиц, (концентр.) скорость, м/с) системы

т/мЗ мм

Хвосты руд: 8 (1000) +6 2,67 0,08 1,18 (0,107) 0,8 (1,016) Напорный 0,6

медные 9,5 (1000) +11 2,67 0,075 1,15 (0,09) 2,0)2,54) с заилением 0,5

6 (1200) +35 2,7 0,151 1,15 (0,088) 2,4(2,11) То же 0,65

1 (1000) - 2,7 0,07-0,15 1,17(0,10) 1,32 (1,67) То же 0,9

1,5 (2x500) - 3,4 0,07-0,15 1,21 (0,087) 1,41 (3,58) Напорный 1,3

20 (1200) -36 2,7 0,126 1,13 (0,076) 2,36 (2,08) Тоже 0,55

8,6 (1000) +51 2,7 0,126 1,13 (0,076) 1,49 (1,9) Напорно-самот. 0,7

6,5 (1200) -32 2,67 0,09 1,15 (0,09) 2,2(1,94) Напорный 0,52

6(1000) +10 2,85 0,13 1,14(0,075) 1,46(1,84) То же 0,9

2,7 (350) +24 2,8 0,11 1,06(0,028) 0,30 (3,1) Тоже 1,7

медно- 1,7 (800) +54 2,86 0,049 1,17(0,091) 0,725 (1,4) Напорный 0,5

никелевые 3,5 (800) -10 2,86 0,049 1,17(0,091) 0,725 (1,4) То же 0,4

6,9 (800) -34 2,86 0,05 1,17 (0,091) 0,91 (1,8) Напорный 0,52

18,5 (250) -39 3,0 0,035 1,17 (0,085) 0,102 (2,0) То же 2,78

0,3 (-) -3,6 2,9 0,06 1,12 (0,063) - Самотечный -

медно-пирит. 3,8 (350) - 2,7 0,105 1,1 (5,8) 0,27 (2,8) Напорный 1,87

баритовые 4,7 (200) - 2,8 0,063 1,074 0,044 (1,4) Напорно- 1,77

4,5 (500) -66 3,0 0,06 (0,041) 0,317(1,6) самотечный 1,0

1Д (0,05)

свинцово- 13 (360) - 2,85 0,088 1,16(0,086) 0,123 (1,2) Напорный -

цинковые 13,5 (700) +94 3,0 0 1Д (0,05) 0,46 (1.13)

свинцово 6,3 (600) -63 2,67 0,09 1,15 (0,089) 1,15(2,2) То же -

-никелевые 15,4 (350) +86 3,0 0,094 1,18 (0,09) 0,17(1,77) То же 1,35

Продолжение таблицы 1.2

Продукт обогащения Трубопровод, длина (диаметр), км (мм) Геометрический перепад, (м) Плотность твердого материала, т/мЗ Средний диаметр частиц, мм Плотность смеси, т/мЗ (концентр.) Расход, мЗ/с (средняя скорость, м/с) Режим работы системы Уклон, %

свинцово-никелевые 15,4 (350) 2,7 (300) 4,3 (600) +86 -160 3,0 2,8 2,7 0,094 0,1 0,12 1,18 (0,09) 1,21(0,117) 1,2(0,118) 0,17 (1,77) 0,45 (6,35) 0,63 (2,24) Напорный То же Напорно-самотеч. 1,35 1,5 1,1

цинковые 2,2 (150) +46 3,0 0,06 1,0 (0,05) 0,017 (0,961) То же 1,5

оловянные 2,0 (300) - 2,35 0,086 1,18(0,097) 0,1 (1,41) Тоже -

вольфрамо-молибденовые 13 (600) -110 2,9 од 1,27 (0,142) 0,165 (0,58) Напорно-самотечный с заилением 1,2

апатито-нефелиновые 12,9 (1000) -101 2,85 0,147 1,1 (0,054) 1,59 (2,0) Напорно-самотечный 0,9

титановых 13,2 (1200) +2 2,85 0,164 1,1 (0,054) 5,72 (5,0) Тоже 1,0

медный концентрат 23,6 (241) -33 4,26 0,023 1,12(0,037) 0,084 (1,84) Напорный 2,7

никелевый концентрат 33 (241) 32 (241) +158 +60 4,48 4,2 0,035 0,035 1,18(0,052) 1,15 (0,047) 0,084 (1,84) 0,084(1,84) То же Тоже 3,7 2,5

Хвосты (Мичи-

ган, США) 1,89 (609) +7 2,7 0,208 1,13 (0,076) 0,373 (3,0) То же 1,34

Хвосты золотой

руды Уилком, ЮАР); Фредди Сауш, ЮАР 11,1 (406) +61 2,7 0,078 1,46 (0,027) 0,157 (1,2) Тоже 0,73

8,13 (3,05) +39 2,7 0,078 1,46 (0,027) 0,083 (1,13) То же 0,94

Железная руда (Пенсильва-ния, США) 2,62 (254) +15 3,0 0,056 1,3 (0,15) 0,101 (2,0) Тоже 1,47

2 60 н (0 а

5 50

п ®

| 40 л

|зо ф

|20 л

с

ф

110

у

0

1 п

США Канада ЮАР Страны

СНГ

Рисунок 1.2 - Относительные удельные показатели гидротранспорта

различных материалов

3 4 5 Карьеры

Рисунок 1.3 - Относительные эксплуатационные затраты по общей себестоимости гидротранспорта на карьерах. 1. Кедрове кий, 2. Бачатский, 3. Батуринский, 4. Назаровский, 5. Петровский, 6. Керамблок, 7. Корчеватовский.

Экономические показатели ряда передовых предприятий свидетельствуют, что повышение технико-экономической эффективности гидравлического транспортирования достигается при снижении удельного расхода воды

и повышении концентрации твердого материала. При гидравлическом транспортировании, например, мелкофракционных закладочных материалов на шахтах Верхне-Силезского угольного бассейна концентрация твердых частиц составляет 45 - 53 % объема закладочной смеси. Такие показатели способствуют резкому снижению удельной энергоемкости процесса гидравлического транспортирования и повышению эффективности добычи и переработки горной массы на данном горном предприятии.

1.2 Литературный обзор изученности вопроса надежности гидротранспортных систем

Проблема надежности работы гидротранспортных систем на горнообогатительных предприятиях России, в настоящее время является одной из наиболее актуальных. Анализу технического состояния систем технологического оборудования, а также вопросу повышения их надежности посвящено большое количество работ, разработанных ведущими отечественными и зарубежными специалистами и научно-исследовательскими институтами.

Рассматриваемая задача, несомненно, имеет несколько обособленных путей решения. Исходя из этого, к настоящему времени сформировалось несколько основных направлений исследований в области, занимающейся вопросами надежности и оценки технического состояния гидротранспортных систем хвостов обогащения рудного сырья и применяемого оборудования.

К первому направлению можно отнести работы, посвященные вероятностно-статистической теории надежности, в которых дается формализованный подход к определению основных понятий теории надежности, различные подходы при определении характеристик надежности, методы проверки гипотез и теория резервирования. Примером данного направления может служить книга Дж. Сандлера [54] по теории проектирования сложных систем с заданными показателями надежности. В данной работе значительное место отведено моделям обслуживаемых систем, которыми, в свою очередь и являются технологические узлы горно-обогатительных комбинатов и фабрик.

Представляет интерес книга И. Базовского [10], дающая определение «эффекту перемешивания». Данный эффект проявляется в условиях работы оборудования обогатительных предприятий. Методы исследования и определения количественных показателей надежности технологических узлов гидротранспортных систем изложены в работе H.H. Волошина и В.И. Гашичева [15]. Приводятся определения и классификация отказов, выбор и расчет показателей надежности узлов и оборудования.

В работе [7] рассмотрены показатели грунтового насоса, а также предложена методика оптимизации показателей качества насосных агрегатов.

Исследованию надежности насосных установок, применяемых в системах водоотлива посвящены работы Ботаногова А.Я [13], Виноградова В.В. [17], Заика В.Т. [28], Звягина B.C. [30], Зарипова А.Х. [29].

Применительно к данной работе, представляет большой интерес направление исследований, посвященное вопросам изучения параметров надежности, определяемых гидроабразивным износом гидротранспортного оборудования. Во многом данный интерес вызван потому, что дальнейшее изложение предлагаемых направлений и методов экспресс-диагностики насосного оборудования тесно связано с установлением изменения его технического состояния, что в свою очередь напрямую зависит от степени и интенсивности износа элементов агрегата.

Надежность работы гидротранспортных установок, с учетом данного аспекта, рассмотрены в трудах В.Н. Покровской [49, 50]. Проанализировано изменение вероятности безотказной работы от степени гидроабразивного износа и времени эксплуатации данных установок. Автор выделяет три периода изменения надежности системы: шлифовка насоса, поверхности труб и других элементов, период стабилизации потока, имеющий наибольшую продолжительность и период предельного износа, когда число отказов резко увеличивается.

Обосновывая механизм гидроабразивного изнашивания, автор отмечает, что степень износа пульпопроводов во многом определяется направлен-

ностью траектории движения частиц и потока жидкости относительно рассматриваемой поверхности. Данный факт обуславливается действием на частицы двух сил: гидродинамической и центробежной. Показано, что гидроабразивный износ является следствием ударного воздействия потока или трения частиц, в зависимости от режима транспортирования. Также, большое влияние на процесс воздействия частиц оказывает концентрация и скорость движения потока гидросмеси.

По результатам эмпирических исследований, автором была получена информация о распределении локальных концентраций и продольных скоростей по сечению трубопровода, которые носили параболический и экспоненциальный характер.

Исследованию закономерностей гидроабразивного изнашивания рабочих колес грунтовых насосов в условиях Раздольского ГОКа и Окского карь-ероуправления нерудной промышленности посвящена работа Мизенина В.Я. [22]. Автором был сделан вывод о существенном влиянии вибрации агрегата в условиях кавитации на сроки службы деталей насоса.

Схожие вопросы затрагиваются в трудах Карлина Б.И. [37], где была выявлена эмпирическая зависимость относительной убыли веса рабочего колеса от количества, перекачиваемой насосом среды.

Гидроабразивному изнашиванию элементов системы гидротранспорта Магнитогорского ГМК посвящены труды Ивановой Т.Д. и Бороховича А.И. [32-35, 48,16].

В своей работе Смойловская Л.А. [26] объясняет местный эрозионный износ элементов проточной части насосов неудовлетворительной конструкцией каналов, а также несовершенством профиля рабочего колеса и, что немаловажно, физико-механическими свойствами перекачиваемой жидкости.

Существенный вклад в изучение вопроса гидроабразивного износа ввел Турчанинов С.П., проводивший обширные исследования в лабораторных и промышленных условиях, в области транспортирования угля и закладочных смесей.

В работе [66] автор отмечает, что изнашивание стенок трубопроводов взвесенесущими потоками происходит, главным образом, в результате соударений с ними твердых частиц, а также вследствие трения частиц при скольжении их по стенкам. Схожие модели движения частиц рассматривались в трудах Смолдырева А.Е [60, 61]. Результаты эксперимента находили свое подтверждение визуальным анализом образов из мягких металлов и сплавов (используя при этом транспортный материал крупностью до 12 мм). Подобный характер износа также описан в работах зарубежных авторов S. Hattori [75], Dube N.B. [74], Yao M. [80], Sherington I. [78], Karimi A. [77], Hoppel H.W. [76], Suchanek J. [79].

Анализ работ по направлению исследования гидроабразивного износа гидротранспортного оборудования, в общем, раскрывает повышенный интерес к данной проблеме. Однако стоит отметить, что в связи с отсутствием единой теории гидроабразивного изнашивания рабочих поверхностей трубопроводов, грунтовых насосов, дальнейшее развитие данного вопроса происходило путем накопления эмпирических данных и мультипликации исследований при различных типах абразива и изнашиваемой поверхности. Базируясь на этих исследованиях построены зависимости, которые с некоторой степенью приближения отражают физическую сущность процесса гидроабразивного износа, но имеют в своем составе многочисленные эмпирические коэффициенты и ряд допущений, вследствие чего, порою, их авторы приходят к различным выводам.

Следующее направление исследования гидротранспортного оборудования связано с рационализацией параметров и режимов работы грунтовых насосов. К данному направлению, в основном, относятся исследования, проведенные в условиях гидромеханизации. Показано, что для комплексного решения проблемы повышения ресурса грунтовых насосов требуется не только конструктивное усовершенствование проточной части агрегата (в том числе применение износостойких материалов), но и рационализация эксплуатационных режимов насосного оборудования.

К данному направлению относятся труды Ю.Д. Баранова [12], А.И. Бо-роховича [16], С.П. Козырева [39], А.И. Золотаря [31].

Авторами подчеркивается, что для каждого конкретного случая, увязанного с определенными горнотехническими условиями, необходимо проводить технико-экономическое обоснование рационального эксплуатационного режима.

Несмотря на такое пристальное внимание со стороны научной общественности к данной проблеме, рассматриваемая задача повышения надежности гидротранспортного оборудования по-прежнему не имеет всестороннего комплексного решения. Готовые к внедрению разработки и проекты, в данной области, для российской промышленности и вовсе практически отсутствуют.

1.3 Анализ работы грунтовых насосов в условиях гидротранспорта

хвостов обогащения

В связи с выработкой установленного ресурса и моральным устареванием технологического оборудования, в настоящее время, в нашей стране главной причиной отказов в работе систем гидротранспорта является низкая механическая надежность рабочих устройств. По этой причине происходит до 80% аварий и отказов оборудования, треть из которых приходится на грунтовые насосы [34]. Имея большие производственные объемы, крупнейшие горно-обогатительные комбинаты России: Качканарский, Магнитогорский, Михайловский и др. несут огромные убытки из-за обозначенной выше проблемы.

Убытки предприятий складываются из затрат на ремонт технологического оборудования, убытков от простоя гидротранспортного комплекса, а также чрезмерных энергетических затрат при работе оборудования на неоптимальных режимах.

Продолжительность простоев, вследствие отказов гидротранспортного оборудования по перекачке пульп и хвостов обогащения в горно-

обогатительном производстве составляет десятки тысяч часов, а экономический ущерб исчисляется сотнями миллионов рублей [65].

Экономические показатели гидротранспорта рудных хвостов обогащения, полученные по статистическим данным Алмалыкского ГМК свидетельствуют о том, что в числе общих эксплуатационных расходов, наибольшее влияние оказывают затраты на ремонт грунтовых насосов, которые составляют 40-50%, в то же время убытки от простоев всего гидротранспортного оборудования достигают 65-70%.

Данные по аварийным ситуациям на пульпонасосных станциях в системе гидротранспорта хвостов МОФ ГМК «Алмалык» приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Данные по аварийным ситуациям МОФ ГМК «Алмалык»

№ п.п. Аварийные ситуации на пульпонасосных станциях Доля участия в общем числе отказов, %

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Меньшиков, Сергей Сергеевич, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агроскин И.И. Гидравлика. Госэнергоиздат. М. -JI. 1954. - 484 с.

2. Алгоритм решения задач вибрационной и параметрической диагностики насосных агрегатов для системы автоматики фирмы «ММГ-АМ». -Уфа: ИПТЭР, 1993. - 54 с.

3. Александров В.И. Каненков В.В. Потери напора и критическая скорость по результатам экспериментов на Качканарском ГОКе. - Горные машины и электромеханика. №6,2006. - С. 32-37.

4. Александров В.И. Надежность и экологическая безопасность систем гидротранспорта // Обогащение руд. - 1996. - N 5-6. - с.42.

5. Александров В.И. Расчет системы гидротранспорта хвостов обогащения железной руды на Качканарском ГОКе по результатам экспериментов. - Сборник докладов 13-ой Международной конференции «Транспорт и седиментация твердых частиц» - Тбилиси, 2006. - С. 250-263.

6. Александров В.И. Снижение удельной энергоемкости гидротранспортных комплексов // Горные машины и автоматика.- 2004. -N6. - 16-17 с.

7. Алексеева Т.В., Бабанская В.Д., Бапгга Т.М. и др. Техническая диагностика гидравлических приводов. Под общ. ред. Т.М. Башты. - М.: Машиностроение, 1989. - 264 с.

8. Асатур К.Г., Маховиков Б.С. Гидромеханика. / Санкт-Петербург, СПГ-ГИ(ТУ), 2000.-260 с.

9. Баженов В.В. Оценка технического состояния и остаточного ресурса насосных агрегатов в условиях автоматизации магистральных нефтепроводов - Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. - Уфа, 2004.-135 с.

10. Базовский И. Надежность. Теория практика. - М.: Мир, 1965. - 377 с.

11. Барков A.B. Диагностирование и прогнозирование состояния подшипников качения по сигналу вибрации / Судостроение, 1985. - №3. — С. 21-23.

12. Баранов Ю.Д., Бтос Б.А., Семененко Е.В., Шурыгин В.Д. Обоснование параметров и режимов работы систем гидротранспорта горных предприятий - Институт геотехнической механики имени Н.С. Полякова, Днепропетровск, 2006 - 416 с.

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

14. Биргер И.А. Техническая диагностика. - М.: Машиностроение, 1978. — 240 с.

15. Волошин H.H., Гашичев В.И. Надежность работы технологических узлов и оборудования обогатительных фабрик. - М.: Недра ,1974. - 136 с.

16. Борохович А.И. Экспериментальное исследование гидроабразивного износа основных деталей центробежных насосов. - Известия Вузов. Горный журнал, 1963, №5, С. 128-132.

17. Виноградов Б.В. Повышение долговечности насосов шахтного водоотлива // Уголь Украины. 1999. №5. - С. 35-36.

18. Власов К.П., Власов П.К, Киселева A.A. «Методы исследований и организации экспериментов», Харьков, Гуманитарный центр, 2002. - 412 с.

19. Галеев В.Б., Карпачев М.З., Харламенко В.И. Магистральные нефте-продуктопроводы. - М.: Недра, 1976. - 358 с.

20. Гамбарян Л.Г. Исследование гидроабразивного износа трубопроводов и разработка методики прогнозирования их ресурса. — Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. - Л., 1989. С. 41-44.

21. Генкин М.Д., Соколова А.Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. -М.: Машиностроение, 1987. — 228 с.

22. Гришко А.П., Мизенин В .Я., Федоезжин В.И. Интенсивность гидроабразивного изнашивания рабочих колес насосов, Тр./Моск. горн, ин-т, 1976, с. 61-65.

23. Гумеров А.Г., Гумеров P.C., Акбердин А.М. Диагностика оборудования нефтеперекачивающих станций. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003.-347 с.

24. Дёрффель К. Статистика в аналитической химии. - М., Мир, 1994.

25. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. - М., Финансы и статистика, 1986. - 351 с.

26. Животовский JI.A., Смойловская JI.A. Лопастные насосы для абразивных гидросмесей М.: Машиностроение, 1978. - 223 с.

27. Заверткин П.С. Повышение ресурса грунтовых насосов снижением интенсивности гидроабразивного изнашивания их элементов в системах гидротранспорта хвостов обогащения — Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. - СПб, 2009. - 115 с.

28. Заика В.Т., Разводов В.Г. Комплексная оценка и повышение энергоэффективности работы шахтных водоотливных установок // Горная электромеханика и автоматика: Науч.-техн. сб. - 2000. - Выпуск 64. С. 17-26.

29. Зарипов А.Х. Оценка энергетической эффективности работы водоотливных установок и систем подачи сжатого воздуха // Изв. вузов. Горный журнал. 2010. №4. С. 74-77.

30. Звягин B.C. и др. Влияние схем разводки нагнетательных трубопроводов на эффективность и надежность работы главных водоотливных установок в условиях обводненных шахт // Известия вузов. Горный журнал, №7, 1982.-С. 81-84.

31. Золотарь А.И. Исследование гидроабразивного износа деталей насоса для перекачивания нейтральных пульп. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. - М., 1975. - 133 с.

32. Иванова Т.Д., Демкина М.Д., Щулепникова А.Г. Вопросы надежности и эксплуатации машин горного и металлургического оборудования. МГМИ, Вып. 125, Магнитогорск, 1974.-С. 14-16.

33. Иванова Т.Д., Щеринова Э.Н., Говорова З.И. Выбор оптимальных сроков техосмотров гидротранспортной системы по характеристикам надежности. - МГМИ, Вып. 149, Магнитогорск, 1975. - С. 55-58.

34. Иванова Т.Д. Исследование и совершенствование грунтовых насосов, перекачивающих рудные хвосты обогатительных фабрик (на примере Магнитогорского металлургического комбината) - Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. - Л., 1981.-28 с.

35. Иванова Т.Д., Клисторнер A.M. - Повышение сроков службы узлов и деталей землесосов, транспортирующих отходы обогатительного производства. В кн.: Совершенствование техники и технологии промышленного транспорта. - Научн. Труды / МГМИ. Вып. 130, Магнитогорск, 1969.-С. 43-46.

36. Карасев В.А., Ройтман А.Б. Доводка эксплуатируемых машин. Вибродиагностические методы. - М., 1971. - 25 с.

37. Карлин Б. И. Моделирование износа рабочих лопаток колеса землесоса при работе на мелкозернистых грунтах : Диссертация кандидата технических наук / Б. И. Карлин, ВНИИ гидромашиностроения 'ВИГМ' .-1958.-187 с.

38. Клюев В.В., Соснин Ф.Р., Филинов В.Н. и др. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / Под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1995.-448 с.

39. Козырев С.П. Гидроабразивный износ металлов при кавитации. - М.: Машиностроение, 1971. - 240 с.

40. Кузнецов Н.С. Теория и практика неразрушающего контроля с помощью акустической эмиссии. — М.: Машиностроение, 1998. - 96 с.

41. Меньшиков С.С., Александров В.И. Коэффициент технического состояния грунтового насоса / Естественные и технические науки, 2014. -№4.-С. 66-71.

42. Меньшиков С.С. Методы параметрической диагностики грунтовых насосов систем гидротранспорта / Обогащение руд, 2012. - №2. - С. 3739.

43. Налимов В.В. Теория эксперимента, М., Наука 1971. - 208 с.

44. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов, М., 1965. - 340 с.

45. Незаметдинов А.Б. Трубопроводная система для транспортирования твердых материалов // Записки Горного института. - 1995. -Т141.-43-49 с.

46. Нурок Г.А. Гидротранспорт горных пород. - М., МГИ, 1974. - 168 с.

47. Офенгенден Н.Е. Совершенствование углесосов и насосов для гидрошахт. - Уголь, 1964, N9. - 55-59 с.

48. Пермяков В.Г., Иванова Т.Д. Влияние вибрации на работоспособность насосов. - Эксплуатация механического оборудования. - МГМИ, Вып. 70, Магнитогорск, 1969. - С. 43-46.

49. Покровская В.Н., Половоцкий Д.Г. Исследование пульповых насосов. - Материалы семинара Московского Дома научно-технической пропаганды, 1971.-С. 5-8 с.

50. Покровская В.Н. Пути повышения эффективности гидротранспорта, М., Недра, 1972. - 160 с.

51. Рабочий проект эксплуатации хвостохранилища ОХХ СОФ и МОФ на складирование 0,1 млн. тонн хвостов на 2006-2009 г. - ЗАО «Механобр Инжинирнг», 2005. — 83 с.

52. РД 08.00-60.3О.ОО-КТН-016-1-05. Руководство по техническому обслуживанию и ремонту оборудования и сооружений нефтеперекачивающих станций. - М.: ГУП «ИПТЭР», ОАО «АК «Транснефть», 2005. -Юс.

53. РД 153-39ТН-008-96. Руководство по организации эксплуатации и технологии технического обслуживания и ремонта оборудования и со-

оружений нефтеперекачивающих станций. - Уфа: ИПТЭР, 1997. — 205 с.

54. Сандлер Дж. Техника надежности систем. - М.: Наука, 1966. — 300 с.

55. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. - М., Наука, 8-е издание, 1977. - 440 с.

56. Седуш В.Я., Кравченко В.М., Сидоров В.А. Диагностирование механического оборудования металлургических предприятий. - Донецк Юго-Восток, 2004 - 100 с.

57. Смирнов Н.И., Прожега М.В., Даниличев М.А., Сергиенко И.М. Применение новых технологий для повышения износостойкости центробежных насосов // Сборник трудов международной конференции «Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин», Самара, 2003. Т. 2. С. 227-229.

58. Смирнов Н.И., Смирнов H.H. Прочность и износостойкость насосов (расчет, испытания, технология) // Материалы VII Всероссийской технической конференции «Производство и эксплуатация УЭЦН», г. Альметьевск, 1-4 ноября 2000, С. 1-13.

59. Смойловская Л.А. Выбор параметров насоса для гидротранспорта абразивных гидромесей. - Реферативный сборник / ЦНИИЭИ уголь, 1972, №8. Добыча угля открытым способом. - С. 25-26.

60. Смолдырев А.Е., Сафонов Ю.К. Трубопроводный транспорт концентрированных гидросмесей. М., Машиностроение, 1973. - 206 с.

61. Смолдырев А.Е. Трубопроводный транспорт. - М.: Недра, 1980. - 293 с.

62. Супрун В.К. Абразивный износ грунтовых насосов и борьба с ним. М., Машиностроение, 1972. -103 с.

63. Тененбаум М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию. — М., Машиностроение, 1976. - 270 с.

64. Тимохин Ю.В., Адам О.В., Антонов Э.И., Кошкальда Л.И., Паламар-чук Н.В. Надежность высокооборотных насосов. Сборник научных трудов. Горная механика. Выпуск 1, часть 2., Донецк, 1991. - С. 81-87.

65. Тимухин С.А., Белов С.В., Мамедов А.Ш. Оценка энергетической эффективности насосных установок горных предприятий // Вестник энергосбережения. 1(10)/2000 г. - С.26-27.

66.Турчанинов С.П. Гидроабразивный износ металлов при кавитации. -М.: Машиностроение, 1971. - 240 с.

67. Хартман К., Лецкий Э., Шеффер В. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов, М., 1975. - 552 с.

68. Хикс Ч. Основные принципы планирования эксперимента, М. Мир, 1967.-203 с.

69. Шендеров А.И. Надежность и производительность комплексов горнотранспортного оборудования. - М., Недра, 1976. - 248 с.

70. Шкундин В.М. Землесосные снаряды. Изд. 2-е. - М., Энергия, 1968. -271 с.

71.Юкин Г.А. Диагностирование, оперативный контроль и оптимизация режимов работы газоперекачивающих агрегатов — Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. - Уфа, 2003. - 150 с.

72. Юфин А.П. Гидромеханизация -М.: Стройиздат, 1974. -223 с.

73. Явленский К.Н., Явленский А.К. Вибродиагностика и прогнозирование качества механических систем. - Л.: Машиностроение, 1983. - 239 с.

74. Dube N.B, Hutchings I.M. Influence of particle fracture in the high-stress and low-stress abrasive wear of steel. Wear, 1999, p. 233-235, p. 246-256. (In English)

75. Hattori S., Ishikura K., Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Series A 71 (August (708)) (2005) 1182-1189. (In English)

76. Hoppel H.W., Mughrabi H., Sockel H. -G. Hedroabrasive wear behavior mechanism of different hard coatings. Wear, vol. 225-229. Part 2, p. 10881099, April 1999. (In English)

77. Karimi A., Verdon C., Barbezat G. Microstructure and hydroabrasive wear behavior of high-velocity oxy-fuel thermally sprayed Wc-Co (Cr) coatings. - Surface and Coating Technology, vol.57, num. 1, 1993, p. 81-89. (In English)

78. Sherington I., Hayhurst P. Simultaneous observations of the evolution of debris density and friction coeffitient in dry sliding steel contacts. Wear, 2001, p. 249, p. 182-187. (In English)

79. Suchanek J., Smrkovsky J., Bias P. Errosive and hydroabrasive resistance if hardfacing materials. - Wear, vol. 233-235, p. 229-236, April 1999. (In English)

80. Yao M., Page N.W. Friction measurements on Ni-Hand 4 during high pressure crushing of silica. Wear, 2001,249, p. 117-126. (In English)

шш