ФАКТОРЫ И ПРОЦЕССЫ, НЕГАТИВНО ВЛИЯЮЩИЕ НА РАБОТУ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ ПОДЗЕМНЫХ КИМБЕРЛИТОВЫХ РУДНИКОВ

ВЫВОДЫ

В статье описана разработанная БД и ЭС поддержки принятия решения при проектировании конструкции основных элементов проточной части авиационных ВРД и наземных энергоустановок на их базе. Описан метод автоматизированного проектирования конструкции выходных устройств для ВРД различных типов и принципов действия. При моделировании система позволяет оценивать габаритно-массовые характеристики проектируемой конструкции, выбирать материалы для её элементов. Разработанная методика моделирования позволяет за короткий срок прорабатывать множество вариантов конструкции, оптимизировать параметры и характеристики узлов, оценивать их габаритно-массовые характеристики на ранних этапах проектирования изделия. Что позволяет значительно уменьшить срок разработки и улучшить параметры совершенства всей конструкции.

Работа выполнена при поддержке гранта республики Башкортостан №18ГР.

Список литературы

1. Экспертная система по выбору материалов основных деталей авиационных воздушно-реактивных двигателей (свидетельство об официальной регистрации) //А. Е. Кишалов и др.:

Св-во об официальной регистрации № 2014610727. М.: Роспатент, 2014.

2. Автоматизированное проектирование авиационных газотурбинных двигателей и выбор материалов их основных деталей / Ахмедзянов Д. А., Кишалов А. Е., Маркина К. В. // Вестник СГАУ

- Самара: СГАУ, 2015. - Т.14. №1. - С. 101-111.

3. Турбореактивный двухконтурный двигатель с форсажной камерой сгорания АЛ-31Ф: Учебное пособие / Под редакцией А. П. Назарова, -М.: изд. ВВИА, 1987. - 363 с.

4. Виноградов, А.С. Конструкция ТРДДФ РД-33: электрон. учебное пособие / А.С. Виноградов; М-во образования и науки РФ, Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С. П. Королева - Электрон. текстовые и граф. дан. - Самара, 2013. - 99 с.

5. Конструкция турбокомпрессора ТРДДФ: Учеб. пособие / Кунбутаев Л. М., Луценко В. Н., Прозоров А. Б., Фролов В. А. МАИ, М.: изд. МАИ, 1996. - 45 с.

6. Конструкция основных узлов двигателя ПС-90А: Учеб. пособие / М. А. Нихамкин, М. М. Зальцман. Перм.гос.техн. ун-т. Пермь. 1997. 92 с.

7. Авиационный двигатель ПС-90А / А. А. Иноземцев, Е. А. Коняев, В. В. Медведев, А. В. Нерадько, А. Е. Ряссов; Под ред. А. А. Иноземцева.

- М.: Либера-К, 2007 - 320 с.

ФАКТОРЫ И ПРОЦЕССЫ, НЕГАТИВНО ВЛИЯЮЩИЕ НА РАБОТУ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ ПОДЗЕМНЫХ КИМБЕРЛИТОВЫХ РУДНИКОВ

Овчинников Н.П.

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова

директор Горного института, к.т.н.

Алексеев Я.Д.

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова аспирант кафедры горного дела Горного института

THE FACTORS AND PROCESSES THAT NEGATIVELY AFFECT THE OPERATION OF PUMPING

UNITS IN UNDERGROUND KIMBERLITE MINES

Ovchinnikov N.

North-Eastern Federal University director of Mining institute, candidate of technical science

Alexeev Y.

North-Eastern Federal University postgraduate of department of mining craft of Mining institute

Аннотация

В настоящей статье приведены факторы и процессы, негативно влияющие на работу насосных агрегатов подземных кимберлитовых рудников. Abstract

This article presents the factors and processes that negatively affect the operation of pumping units of underground kimberlite mines.

Ключевые слова: Шахтная вода, подземный рудник, насос, износ, рабочее колесо. Keywords: Mine water, underground mine, pump, wear, impeller.

Проведенные автором обследования насосных агрегатов типа АЭНЦСК на базе насосов марок ЦНСК 400-660 и ЦНСК 180-700, поступивших в ре-монтно-слесарный специализированный участок (РССУ) Мирнинского ГОКа на капитальные ремонты, опросы работников рудника «Мир» и

РССУ, имеющиеся в АБК рудника «Мир» агрегатные журналы насосных установок и результаты химических анализов проб шахтных вод, отчет по осмотру условий эксплуатации и ремонта насосов ЦНСК 400-660 от компании ООО «Линк-Продукт», а также литературные источники [1-8] позволили

ников и корпуса насоса, а также на лопатках рабочих колес, что снижает их прочность и износостойкость.

Отметим, что наличие ржавчины и других продуктов химического взаимодействия металла с окружающей средой на внешних поверхностях металлоконструкций вызвано повышенной влажностью в горных выработках рудника.

Откачиваемые рассолы из рудника по водородному показателю рН в основном являются слабощелочными и щелочными, а по степени жесткости -очень жесткими водами (452-6764 мг-экв./л).

Щелочная вода осаждает гидроксиды, что приводит к образованию постоянного известкового налета на электрооборудовании, внешних и внутренних стенках трубопроводов (рис. 1 а и б), а также на стыках лопаток с дисками рабочих колес начальных ступеней (рис. 2 а).

Рис. 1. Продукты химического взаимодействия металла и резины с окружающей средой: а и б - насосная станция УНС-310; в и г - насосная станция КГВУ-1

выявить факторы и процессы, негативно влияющие на работу насосных агрегатов.

Основным фактором низкого уровня функционирования насосных агрегатов является отличная по физико-химическим показателям и составу от водопроводной воды откачиваемая шахтная вода, при контакте с которой активизируются процессы химического и механического изнашивания металлических деталей.

По степени минерализации шахтные воды рудника «Мир» являются крепкими рассолами с высокой концентрацией ионов: СЬ804-2, Са+2 и Ыа+, способствующих к их повышенной коррозионной агрессивности к металлу.

Продукт коррозии железа - ржавчина постоянно встречается на наружных и внутренних стенках: трубопроводов, задвижек, корпусов подшип-

Суммарное воздействие ржавчины и извести приводит к постепенному сужению внутреннего диаметра труб, что в конечном итоге сказывается на напорных характеристиках насосов.

За период с января по май 2016 г. в зумпфах и водосборниках насосной подстанции КГВ-2 и насосных станций: КГВ-2, ВНС-1, УНС-1 и УНС-2 концентрация взвесей в шахтных водах согласно

результатам химических анализов взятых проб колебалась в интервале 37-1470 мг/л.

Однако отбор этих вод производился с поверхности зумпфов и водосборников, где наличие механических примесей не столь высоко в связи с осаждением их большей части на дне вышеназванных гидротехнических сооружений.

Рис. 4. Дефекты рабочих колес, обнаруженные в ходе обследований: а и б - рабочие колеса насоса модели ЦНСК 400-660; в - рабочие колеса насоса модели ЦНСК 180-700

В действительности концентрация взвеси в откачиваемых водах может достигать отметки в 12000 мг/л и 14700 мг/л, что подтверждают пробы воды, отбор которой производился из нагнетательного и всасывающего трубопроводов насоса ЦНСК 400-660.

Откачиваемые вместе с водой мелкодисперсные твердые частицы вмещающих и кимберлито-вых руд в результате турбулентности жидкости и наличия вихрей в проточной части насоса ударяются по рабочим поверхностям рабочих колес и направляющих аппаратов под различными углами, вызывая тем самым их гидроабразивный износ.

В связи с этим у большинства рабочих колес насосов изношены внутренние стенки передних и задних дисков (см. рис. 2 а), максимальная степень износа которых достигает 80 %. В меньшей степени наблюдаются износы внутренней поверхности поясков под уплотнительные кольца, а также входных кромок лопаток (см. рис. 2 в).

У ряда рабочих колес насоса ЦНСК 400-660 имеются глубокие раковины на периферии наружных поверхностей передних дисков (см. рисунок 2 б).

Эти раковины являются следствием суммарного воздействия абразивного изнашивания металла, возникшего в результате трения рабочего колеса с внутренней стенкой корпуса направляющего аппарата по причине осевого смещения ротора в сторону всасывания насоса, и гидроабразивного из-

нашивания, возникшего вследствие контакта металла с твердой составляющей откачиваемой жидкости, попавшей в данную область через увеличенные зазоры между деталями щелевых уплотнений (рабочее колесо и уплотняющее кольцо), расширившиеся по причине интенсивного трения поверхностей этих деталей при разгоне и торможении электродвигателя насосного агрегата.

На наружной поверхности пояска рабочего колеса с раковинами на периферии видны задиры, как результат трения деталей щелевых уплотнений (см. рис. 2 б).

Также было выявлено, что сталь 20Х13 из которой изготовлены уплотняющие кольца под пояски рабочих колес насосов ЦНСК 400-660 и ЦНСК 180-700 обладает недостаточной коррозионной стойкостью.

Основной причиной смещения роторов насосов ЦНСК 400-660 является рост осевых сил, нагрузка, создаваемая которыми значительно выше несущей способности диска разгрузки гидропяты, что приводит к снижению зазора до нуля и активизирует процесс механического трения колец устройства.

Возрастание осевых сил выше расчетной величины вызвано износами уплотнительных колец рабочих колес.

Стоит отметить, что абразивный износ колец гидропяты также вызван уменьшением естественной смазочной пленки, т.е. потока воды, выходящей из разгрузочной камеры, в связи с быстрым ее

нагревом по причине длительной (30 сек) автоматической задержки момента выхода на номинальную частоту вращения электродвигателя и до начала открытия задвижки, а также при выключении насосного агрегата с момента закрытия задвижки до отключения электродвигателя.

Кроме абразивного износа кольцам гидропяты характерен гидроабразивный износ, также способствующий к смещению ротора насоса.

Технический ресурс заводских колец гидропяты насоса ЦНСК 400-660 колеблется в интервале 267-1439 часов, а изготовленных в РССУ - 322-604 часа.

На переднем диске рабочего колеса насоса ЦНСК 180-700 виден нагар металла (см. рис. 2 в). Нагар диска вызван работой насоса в режиме «без воды» из-за отказа КИПиА, возможно возникшего из-за работы в агрессивной окружающей среде. Отказы КИПиА также свойственны насосам ЦНСК 400-660.

Последствия гидроабразивных и абразивных износов рабочих колес и их уплотнительных колец, а также колец гидропяты проявляются двояко.

Во-первых, они негативно влияют на КПД насосов в связи с повышением потерь в насосе.

Износы наружных поверхностей поясков рабочих колес и внутренних поверхностей уплотнитель-ных колец приводят к росту объемных потерь в насосе, вследствие внутреннего перетекания жидкости через увеличенные зазоры между этими деталями.

Шероховатость обеих сторон лопаток и внутренних стенок дисков рабочего колеса, а также его увеличенные в результате гидроабразивного износа дисков проточные каналы приводят к росту гидравлических потерь, вызванного усиленным трением жидкости об металл.

Износ колец гидропяты приводит к повышению объемных потерь в насосе по причине увеличения щелевых каналов в устройстве.

Во-вторых, изношенные рабочие колеса, обладающие повышенным эксцентриситетом по сравнению с новыми рабочими колесами, а также нарушенная работоспособность гидропяты приводят к радиальной и торцевой расцентровке валов насосного агрегата, вызывая первым делом механический износ и разрушение деталей подшипниковых узлов насосного агрегата, что ведет к перегреву и завышенной мощности электродвигателя.

Кроме этого, как ранее было сказано шахтные воды рудника «Мир» являются высококонцентрированными растворами различных солей, плотность которых колеблется в интервале 1100-1200 кг/м3 [1].

Повышенная по сравнению с чистой водопроводной водой плотность откачиваемой жидкости почти не оказывает влияние на подачу и напор насосного агрегата, но существенно влияет на количество потребляемой им электроэнергии.

Другими словами, при откачке рассолов насос может развить оптимальную подачу и напор, как и

при работе на чистой воде, однако его электродвигатель будет работать в режиме перегрузки, что приведет к его ненадежной работе.

По этой причине на руднике применяются секционные насосы с завышенным напором, т.е. с более мощным электроприводом. Так, например, шахтные воды из водосборников главного водоотлива (отм. «-210») перемещаются на поверхность (отм. «+345») по двум трубопроводам (1 - рабочий, 1 - резервный) диаметром 500 мм с помощью насосов, развиваемых напор в 660 м и 700 м, при высоте фактического подъема воды в 555 м.

Недостатком применения насосов с завышенной напорностью является тот факт, что им свойственна работа в кавитационном режиме по причине ухудшения их всасывающей способности.

Реально выполненные мероприятия и рекомендации по повышению эффективности эксплуатации насосных агрегатов насосных подстанций и станций рудника «Мир»:

1. Для увеличения несущей способности гидропяты, а также снижения нагрузки на ее детали в процессе работы в переходных режимах насосных агрегатов ЦНСК 400-660 компанией ООО «Линк-Продукт» были изготовлены и недавно поставлены на рудник четыре комплекта опытных колец увеличенного диаметра.

2. Рекомендуется уменьшить автоматическую задержку момента выхода на номинальную частоту вращения электродвигателя и до начала открытия задвижки, а также при выключении насосного агрегата с момента закрытия задвижки до отключения электродвигателя с 30 секунд до 10 секунд.

3. Рекомендуется заменить сталь 20Х13 из которой изготовлены уплотняющие кольца под пояски рабочих колес насосов насосной станции КГВУ на более коррозионностойкую сталь, например, на сталь 20Х17Н2.

4. Рекомендуется комплектовать все секционные насосы рудника дополнительным отжимным подшипником, обеспечивающим постоянный гарантированный зазор между кольцами гидропяты [9].

5. Рекомендуется увеличить количество насосных агрегатов в подстанции КГВУ-1 с пяти до восьми и перейти на работу по следующей схеме: 4

- постоянно в работе, 2 - в горячем резерве, 1 - в холодном резерве, т.е. расположенный на горизонте «-210» и готовый к установке на позицию и 1

- в ремонте. В подстанции КГВУ-2 увеличить количество насосных агрегатов с пяти до семи и перейти на работу по следующей схеме: 3 - постоянно в работе, 2 - в горячем резерве, 1 - в холодном резерве и 1 - в ремонте.

Список литературы

1. Овчинников Н.П., Суханов Д.К. Опыт эксплуатации насосов ЦНС(К) кимберлитовых рудников // Материалы I, II международной конференции «Технические науки - от теории к практике»: сб. докл. - СПб: Научный журнал «Globus», 2015. С. 17-19.

2. Долганов А.В. Шламы медно-колчеданных рудников: проблемы и пути решения // ГИАБ. 2013. № 4. С. 10-14.

3. Долганов А.В. Повышение эффективности эксплуатации водоотливных установок меднокол-чеданных рудников. Автореферат дисс. канд. техн. наук. - Екатеринбург, 2012. - 18 с.

4. Отчет независимых экспертов о запасах и ресурсах месторождений алмазов группы компании «АЛРОСА». - Норидж, 2013. С. 162-183. URL: www.alrosa.ru/wp-content/uploads/2013/11/Al-rosa_Independent_Expert_Report-2013 .pdf.

5. Поветкин В.В., Лем В.П. Гидроабразивный износ грунтовых и песковых насосов // Вестник КазНТУ. 2008. № 6(69). С. 51-54.

6. Лобанов В.В., Сороченко М.К., Заболоцкий А.Г. Обоснование проектных решений по складированию солесодержащих пород рудника «Мир» в выработанное пространство законсервированного карьера «Мир» // ГИАБ. 2011. № 3. С. 39-47.

7. Балдин Э.А. Особенности освоения алмазной трубки «Интернациональная» подземным способом // ГИАБ. 2006. № 7. С. 296-298.

8. Седурин Н.М., Дроздов А.В. Проблемы строительства подземного рудника «Удачный» // ГИАБ. 2011. № 6. С. 25-33.

9. Надежность эксплуатации насосов ЦНС в системах ППД // АГРОВОДКОМ: сайт. URL: http://www.agrovodcom.ru/infos1/nasos-cns.php.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ

Оразбекова А.К.

Казахский агротехнический университет имени С. Сейфуллина,

старший преподаватель Ибраев К.А.

Казахский агротехнический университет имени С. Сейфуллина,

старший преподаватель

ELECTRIC LOAD SIMULATION

Orazbekova A.

S. Seifullin Kazakh Agro Technical University, Senior Lecturer

Ibraev K.

S. Seifullin Kazakh Agro Technical University, Senior Lecturer

Аннотация

Прогнозы электропотребления в животноводческих фермах необходимо для составления энергобаланса объекта КРС. При определения перспективных нагрузок, необходимо учитывать многочисленные факторы, для бесперебойной работы энергетических установок. Для упрощения задачи, несомненными достоинствами имею компьютерные программы, в том числе и SimPowerSystems. С помощью этой программы можно моделировать сложные электротехнические системы и блоки, сочетая методы имитационного структурного моделирования. В данной статье рассмотрено моделирование электрической нагрузки.

Abstract

Forecasts of electricity consumption in livestock farms are necessary for drawing up the energy balance of a cattle facility. When determining the future loads, it is necessary to take into account numerous factors for the smooth operation of power plants. To simplify the task, I have undoubted advantages of computer programs, including SimPowerSystems. With this program, you can simulate complex electrical systems and blocks, combining structural simulation methods. This article discusses electrical load simulation.

Ключевые слова: электрическая нагрузка, модель, моделирование, электрический график нагрузки

Keywords: electrical load, model, simulation, electrical load curve.

При проектировании энергоснабжения промышленных предприятий и при эксплуатации их энергосберегающих установок основными исходными факторами для составления и выбора вариантов энергоснабжения являются потребности предприятия во всех необходимых ему видах энергии.

Такие потребности в энергии с учетом соответствующих потерь в сетях между приемниками и электроснабжающими установками определяют энергетические нагрузки последних.

От электрических сетей в сельских районах обычно питается большое число разнообразных потребителей электрической энергии, под которыми понимают приемник или группу приемников элек-

трической энергии, объединенных технологическим процессом и размещенных на определенной территории.

Электрическая нагрузка в сельском хозяйстве, как и в других отраслях народного хозяйства, величина непрерывно изменяющаяся: одни потребители включаются, другие отключаются.

За расчетный период принимают время, истекшее с момента ввода установки в эксплуатацию до достижения нагрузкой расчетного значения. В сельских электроустановках продолжительность такого периода принимают равной 5-10 годам [1].

Для распространенных в сельском хозяйстве электроприемников показатели нагрузки определяют по нормативам, которые приводятся ниже.