Принципы построения унифицированного типоразмерного ряда центробежных секционных насосов

УДК 621.65.07

ПАЛАМАРЧУК Т.Н., ассистент

типоразмерного ряда

Принципы построения унифицированного центробежных секционных насосов

Palamarchuk T.N., Assistant

Principles for the construction of a standardized series of centrifugal section pumps

Введение

Производство центробежных секционных насосов

(ЦСН) до средины прошлого столетия велось на базе централизованных заказов предприятий - потребителей, без учета таких базовых принципов как унификация и стандартизация. Количество их к периоду освоения серийного производства насосов марок МС и ЦНС (1968 - 1972 гг.) составило более 30 типов, число выпускаемых типоразмеров превышало 250 единиц.

Однако и после сокращения заводами-изготовителями к началу 90-х годов номенклатуры выпускаемых шахтных насосов, их число составило 22 типа. Причиной многотипности конструкций ЦСН являлось, с одной стороны, неповторяемость и разнообразие рабочих параметров и условий перекачки воды на более чем 3,5 тыс. технологических насосных установках (ТНУ), а с другой - отсутствие обоснованного научного подхода к формированию принципов и требований, необходимых для создания

унифицированного, энергетически

эффективного, безопасного

параметрического ряда насосов, экономически оправданного для изготовителя и потребителя.

В связи с расширением условий применения секционных насосов в различных отраслях промышленности и потребностью в еще большем количестве типов и типоразмеров ЦСН, появлением требований по согласованию графиков

работы ТНУс периодами максимума нагрузки в системе энергоснабжения, потребовался пересмотр методологии построения параметрического

типоразмерного ряда секционных насосов.

Одним из способов, позволяющих построить параметрические ряды насосов является сокращение числа модельных образцов ступеней. Этот принцип, например, использован при разработке типоразмерного ряда нефтяных насосов и секционных насосов серии ЦНС. Однако, как показывает анализ, применение только этого способа для ЦСН бывает недостаточным, а для отдельных участков поля характеристик насоса «подача -высота водоподъема» действующих ТНУ -и энергетически нецелесообразным.

Постановка задачи

Задачей данной работы является разработка и построение рационального параметрического ряда ЦСН с минимальным количеством их

унифицированных типоразмеров.

Основной материал

В настоящее время на высоконапорных ТНУ Российской

Федерации и Украины в основном используется 13 типов насосов марки ЦНС и ЦНСК (изготовители: ООО ЯМЗ, ОАО Димтровградхиммаш, ГОАО

Стахановский РМЗ) и шесть близких к ним по конструкции аналогов - НСШ (СНПО им Фрунзе), ЦНСШ (ООО Южгидромаш). При этом из примерно 7,5 тыс. работающих насосов более 85 % объема насосного парка занимают насосы ЦНС 300 и ЦНС 180.

Автором при участии специалистов ООО «Научный центр горных машин» Ильина С.А. и Никитиной Е.В обработаны уточненные данные (на июнь 2014 г.) по большей части действующих ТНУ предприятий транспорта, металлургии, энергетики и угольной промышленности. Построено поле рациональных

(требуемых) режимов работы установок. Поле режимов охватывает зону по подаче в пределах от 30 до 1900 м3/ч и по напору 20 до 1100 м. Значительная часть режимов ВУ (около 50%) располагается в интервале 200-400 м3/ч и рабочих напоров 100-500 м.

Введено понятие «рациональный режим работы секционных насосов с расширенным диапазоном рабочих подач», под которым в дальнейшем понимаем режим работы насоса, обеспечивающий обязательное соблюдение режима максимальной экономии энергозатрат на перекачивание воды или товарной нефти. Также для построения параметрического ряда были приняты следующие основные положения:

а) допускается совместная параллельная работа на ТНУ не более двух насосов одного типоразмера на один трубопровод;

б) требуемая область использования насоса на напорной характеристике ограничена не только приемлемыми значениями КПД, но и началом образования обратных течений на входе и выходе рабочего колеса в режимах малых подач, а также условиями бескавитационной работы при глубине откачки до 4,5 м;

в) для ТНУ рассматривается использование базовых насосов с синхронной частотой вращения только 1500 мин-1;

г) область применения новых типов насосов по напору определяется числом их ступеней от двух до одиннадцати, без применения специальных промежуточных опор ротора.

Совмещение корректированных рабочих зон применяемых шахтных насосов (п = 1500 мин-1) с полем энергетически оправданных рабочих режимов позволяет сделать ряд выводов.

1. По рабочему диапазону напоров и подач используемые 19 типов секционных насосов не обеспечивают удовлетворительного покрытия поля водопритоков: около 44 % действующих ВУ находятся вне зон допустимого применения насосов по подаче и более 25 % - по напору.

2. Из-за отсутствия насосов с заданными параметрами полностью не перекрывается области подач в интервалах от 65 до 150 м3/ч, от 200 до 250 м3/ч, от 600 до 720 м3/ч.

3. Выделенные изолиниями внешние контуры рабочих полей насосов в зоне их максимальных напоров, эквидистантно замыкаются вблизи прямой, координаты которой во всем диапазоне подач соответствуют значениям коэффициента быстроходности насоса п8 в интервале от 63 до 65.

4. Режимы области с наибольшим удельным числом установок могут быть обеспечены базовыми насосами, располагающими номинальными подачами от 80 до 315 м3/ч.

Эти данные позволяют обосновать основные параметры базовой модели насоса, являющимися исходными величинами для построения всего ряда ЦСН.

При построении рационального типоразмерного ряда секционных насосов использованы два принципа создания базовой модели насоса: возможность унификации корпусных деталей у смежных по подаче насосов и расширения оптимальной зоны использования за счет варьирования различного сочетания

сменных деталей проточных частей (рабочих колес и направляющих аппаратов) и сменных, селективно подобранных, уплотнительных узлов и уравновешивающих устройств

(гидропяты). Этот принципиально новый путь в построении параметрического ряда позволяет в 4 раза уменьшить число существующих типов насосов.

Некоторое усложнение конструкции, связанное с введением двух, различных по профилю, входных каналов отводов направляющих аппаратов и двух или трех типов рабочих колес, а также селективная установка узла уравновешивания осевой нагрузки ротора с заданными параметрами, компенсируется такими преимуществами, как: - глубокая унификация насосного оборудования в пределах всего типоразмерного ряда насосов; - расширение рабочей зоны напорной характеристики в одном насосе в 1,5-2 раза; - достижение высоких значений КПД во всем рабочем интервале напорной характеристики; - стабильная и устойчивая работа насосных агрегатов на общую трубопроводную сеть; значительное повышение надежности насоса.

В качестве базовых выбраны 5 насосов с основной модельной ступенью, имеющей коэффициент быстроходности 63 и оптимальные (номинальные) подачи 80, 125, 200, 315, и 500 м3/ч. По известной зависимости, связывающей коэффициент быстроходности с основными рабочими параметрами насоса - подачей, напором и частотой вращения, определен напор на одну ступень в оптимальном режиме.

Требуемый диапазон подач и напоров обеспечивается двумя

конструктивными исполнениями ступени с коэффициентом быстроходности 63 (базовая) и 56 (зауженная) и двумя подрезками базового выходного диаметра рабочего колеса.

В таблице приведены параметры 5 насосов нового параметрического ряда, которые рационально использовать в энергетике, на главных ТНУ водоотлива рудных и угольных шахт, систем промышленного водоснабжения и транспорта товарной нефти.

Для упрощения технологии изготовления и сборки насосов, имеющих четыре отмеченных в таблице варианта исполнения проточной части, возможно использование единой конструкции направляющего аппарата, рассчитанного по диаметру на рабочее колесо

основной модели. В этом случае подрезка выходного диаметра колеса должна проводиться только по лопаткам с сохранением диаметра ведущего и покрывного дисков.

Следует отметить, что для промышленного освоения

параметрического ряда насосов не требуется, за исключением ЦНС 125-80...400, создание новых конструкций, отличающихся по габаритам и присоединительным размерам от применяемых насосов серии ЦНС.

Переход на новый типоразмерный ряд насосов позволит снизить капитальные и эксплуатационные затраты ТНУ на 3035%.

Таблица

Исполнение Подача, м3/ч Напор ступени, м Рабочая часть характеристики, м3/ч Диаметр колеса, мм

Насос ЦНС 80-60...330

№ 1 80 30 63 62-90 230

№ 2 62 30 56 50-70 230

№ 3 80 25 71 62-90 215

№ 4 62 25 56 50-70 215

Насос ЦНС 315-140...790

№ 1 315 70 63 250-350 450

№ 2 250 70 56 200-300 450

№ 3 315 62 71 250-350 420

№ 4 250 62 63 200-300 420

№ 5 200 70 50 160-240 450

№ 6 200 62 45 160-240 420

Насос ЦНС 125—80...440

№ 1 125 40 63 100-150 340

№ 2 100 40 56 80-120 340

№ 3 125 34 71 100-140 420

№ 4 100 34 63 80-120 420

Насос ЦНС 200—100...550

№ 1 200 55 63 170-220 380

№ 2 160 55 56 135-175 380

№ 3 200 46 71 170-220 354

№ 4 160 46 63 135-175 354

Насос ЦНС 500—200...1 1000

№ 1 500 100 63 425-550 530

№ 2 400 100 56 340-440 530

№ 3 500 86 71 425-550 495

№ 4 400 86 63 340-440 495

Примечание к таблице. Варианты исполнения: № 1 - базовая модель; № 2, 5, 6 - обуженное рабочее колесо; № 3 - подрезка рабочего колеса исполнения № 1; № 4 - подрезка рабочего колеса исполнения № 2.

Выводы

Разработан новый параметрический ряд унифицированных центробежных секционных насосов. Использование при построении ряда принципов максимальной унификации, смежных по подаче исполнений насоса и применение от четырех до шести энергетически эффективных сменных проточных частей ступени в одном корпусе позволяет расширить в 1,5-1,8 раза оптимальную зону рабочего диапазона напорной

характеристики для каждого базового типа насоса и полностью перекрыть поле

режимов работы ТНУ предприятий

энергетики, транспорта, угольной

промышленности и металлургии экономичными насосами.

Аннотации:

При перекачивании центробежными насосами агрессивных жидкостей или жидкостей с абразивными примесями из-за износа проточной части снижается напор, коэффициент полезного действия и увеличивается потребление электроэнергии. В этих условиях целесообразно проводить капитальный ремонт или замену насоса при наработке, соответствующей минимуму удельных эксплуатационных затрат. Предложено техническое состояние насоса оценивать по

изменению подачи и удельных энергозатрат по результатам периодических диагностических замеров потребления электроэнергии и подачи. Приведены зависимости для определения оптимального ресурса насоса на основе диагностических замеров.

Ключевые слова: Центробежные насосы, эксплуатация, износостойкость, эффективность, затраты.

When pumping centrifugal pump corrosive liquids or liquids with abrasive particles due to wear of the hydraulic pressure is reduced, the efficiency and

power consumption increases. In these circumstances, it is advisable to carry out major repairs or replacement of the pump at the operating time, corresponding to the minimum unit operating costs. It is proposed to evaluate the technical condition of the pump to change the flow and the specific energy consumption as a result of periodic diagnostic measurements of power consumption and supply. The dependences for determining the optimum pump life based on diagnostic measurements.

Keywords: Centrifugal pumps, maintenance, durability, efficiency, costs.

УДК 629.4

КРИВОШЕЯ Ю.В., доцент

Способ безреостатного контроля и настройки мощности дизель-генераторной установки тепловоза

Krivosheya Y.V. Associate Professor

Method without rheostat control and power settings diesel genset locomotive

Постановка задачи

Экономичная и безотказная работа тепловозов в большой мере определяется точностью настройки его параметров в соответствии с Правилами текущих ремонтов.

Настройки и регулировки дизель-генераторных установок в настоящее время в основном производится на водяных реостатных установках. В некоторых депо нагрузка дизель-генераторной установки подается на резисторы через управляемые тиристоры или на машинные преобразователи с отдачей электрической энергии в общую энергетическую сеть.

Реостатные испытания тепловозов подразделяются на полные, выполняемые после текущих ремонтов (ТР) объеме ТР2 и ТР3, и контрольные после ремонтов ТР1, а также в случаях смены хотя бы одного из основных узлов дизеля (например, цилиндровой втулки или поршня). Кроме того, реостатные испытания могут

выполняться внепланово по записям машинистов в журнале ТУ - 152.

Необходимость проведения полных реостатных испытаний связана с необходимостью притирки деталей цилиндропоршневой группы после переборки дизеля во время ремонтов, а так же для проверки и регулировки параметров дизеля.

Контрольные и, особенно неплановые реостатные испытания в большинстве случаев проводятся только для проверки и регулировки мощности дизель-

генераторной установки. Такие испытания приводят к увеличению простоя тепловоза на текущих ремонтах или связаны с переводом его на внеплановый ремонт.

Существенным недостатком

реостатных испытаний является то, что проверке подвергается только

внутрикузовное оборудование - без тяговых двигателей.

При разных характеристиках тяговых двигателей, диаметрах колесных пар, а