Содержание

УДК 65.015.11; 621.671

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РАБОЧИХ КОЛЕС ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ МОДУЛЬНЫМ МЕТОДОМ

К.т.н. доцент Алиев Н. А., инженеры Константинов С. С., Лумей М. Ю., Дудченко А. Ю., Исаев А. Е. (Научно-исследовательский институт горной механики им. М. М. Федорова)

      Практика эксплуатации шахтных центробежных многосекционных насосов известных фирм-производителей (Ясногорский машинострои-тельный завод, “Ry-Pumps” “Южгидромаш”, “Weir Pacific”, “PEP”, “Wernert”, “KSB”, “Sulzer”) показала, что наиболее эффективным мате-риалом для рабочих колес является чугун или его модификации.
      Это в первую очередь объяснено с экономической и технологиче-ской точки зрения. Полученные тем или иным способом литья чугунные колеса, особенно для многоступенчатых насосов, имеют малую себестоимость, просты в механической обработке и соответствуют техническим условиям на рабочее колесо и т. д. Кроме того, к значительным преимуществам чугунных колес следует отнести небольшую скорость восприятия коррозионного воздействия под действием кислотных и щелочных сред, в которых работают насосные агрегаты, высокую демпфирующую способность и антифрикционные свойства чугуна, что особенно важно для большого числа контактирующих промежуточных пар скольжения, которыми являются щелевые уплотнения насосов и т. д. Указанные свойства, как известно, обусловлены наличием в структуре чугуна графитовых включений - пластинчатых, шаровых или хлопьевидных форм, от которых зависят физико-механические свойства материала [1].
      Однако, как было показано в [2] анализ, проведенный на основе исследования параметров рабочих турбин насосов многочисленных про-изводителей, как в чугунном, так и в стальном исполнении, задача созда-ния высокопрочных и при этом обеспечивающих функциональные требования рабочих колес в настоящее время не решена. Сравнение колес, как в стальном, так и чугунном исполнении показало ряд существенных недостатков для обоих вариантов. К главным недостаткам рабочих колес обоих вариантов следует отнести полное отсутствие равнозначности, как по площади, так и по объему межлопаточных зон колес. Существенный перепад, как по весу, так и по геометрии рабочих колес в целом опреде-ляет резко выраженную динамику, высокую вибрацию и акустические колебания насосных агрегатов [2].
      И если к преимуществам чугунного литья можно отнести хорошую заполняемость литейных форм, хорошую обрабатываемость резанием, достаточно простой демонтаж колес с вала насоса (при обязательном разрушении самого колеса), то к недостаткам следует отнести хрупкость их, анизотропию структуры и наличие полостей, литейных раковин, ко-торые в чугуне не всегда удается обнаружить.
      Стальные рабочие колеса, при низкой жидкотекучести и соответст-венно неравномерной заполняемости литьевой формы, высокой темпера-туры плавки имеют, кроме того, резко выраженный весовой перепад. В одной и той же плавке порой он достигает 1.2-2.5 кг. К существенным недостаткам стальных рабочих колес относится прикипание их валу и возможность демонтажа их только огневым методом.
      В совокупности с вышесказанным, можно утверждать, что рабочая характеристика многосекционных шахтных центробежных насосов, спектр виброакустических колебаний, их надежность и долговечность весьма существенно зависят от рабочих колес. Причем в насосостроении технология изготовления рабочих колес должна быть увязана как с ком-плексом контроля и дефектации деталей агрегата на стадии изготовле-ния, так и с отработанными методами селективной и синфазной сборки насоса в целом [3].
      В научно-исследовательском институте горной механики им. М. М. Федорова разработан и внедрен модульно-шаговый способ изготовления сварных или штампосварных рабочих колес, который позволит полно-стью ликвидировать ряд вышеперечисленных недостатков. Внедрение модульного метода позволяет:
      1) получать равновеликие межлопаточные зоны как в пределах од-ного колеса, так и пределах серии рабочих колес данной модификации;
      2) получать совершенно одинаковые по весу рабочие колеса;
      3) внедрение в производство рабочих колес специальных видов термической или химико-термической обработки с последующей фи-нишной обработкой рабочих поверхностей покровного и коренного дис-ков, горловины и ступицы колеса позволяют получать высоконапорные, износостойкие и динамические сбалансированные рабочие колеса;
      4) изменять по необходимости напор и производительность насоса в определенном диапазоне, в рамках поточного технологического про-цесса производства колес;
      5) повысить к. п. д. насосного агрегата за счет высокого качества обработки межлопаточной зоны и рабочих поверхностей дисков, адек-ватности перекачиваемых объемов, уменьшения вибрационных парамет-ров машины в целом.
      Сущность предложенного метода заключается в разделении рабо-чих колес на модули. Модулей может быть в зависимости от веса и раз-мера колеса два, три и более. В пределах каждого модуля определенны операции (шаги) которые позволяют увязать их с параметрами или рабо-чими характеристиками необходимыми для функционирования агрегата.
      Определяющим модулем является коренной диск с лопатками, приваренными с заданным шагом к диску. Однако для формирования сложноориентированной в пространстве межлопаточной зоны требуется предварительная обработка коренного диска по внутренней поверхности. Причем, как известно в современном представлении в меридианном се-чении математической зависимости описывающей форму проточной час-ти не существует. Как рекомендовано в [4], контур канала в меридианном сечении в основном необходимо выполнять подобным по форме конту-рам канала у колес, показавших высокие гидравлические свойства. В свя-зи с этим, решением вариационной задачи по минимизации времени про-хождения частицы жидкости в потенциальном поле получены формы кривых, которые в достаточной степени отражают внутренний профиль межлопаточной зоны. Получена следующая зависимость для определе-ния точек профиля коренного диска:

      Полученные величины сравнивались с размерами проточной части рабочих колес насосов Ясногорского машиностроительного завода (Рос-сия), Насосэнергомаш (Сумы), ОАО «Донецкгормаш».
      Варьировалась ширина В0 выходного сечения колеса в меридиан-ном сечении, наружный диаметр рабочего колеса и ширина входа потока в колесо. В результате получены значения коэффициентов А, k и В0 по-зволяющие спрофилировать цилиндрическую лопатку и рабочее колесо с напором на одно колесо Н1=66 м при производительности =320 м3/час. Основой методики расчета проточной части рабочего колеса является определение меридианной составляющей абсолютной скорости . Причем во всех сечениях колеса должно быть соблюдено условие

      Полученные величины меридианной составляющей абсолютной скорости позволяют по полученной скорости определить уточненное значение угла наклона лопасти в поперечном сечении колеса.
      Разработанная методика расчета профиля канала в меридианном сечении и построение по углу наклона лопасти позволяет до минимума свести технологические радиусы кривизны профиля лопатки методом последовательного приближения и уточнения скоростей и углов .
      Кроме того, принятая технология и методика расчета внутренней образующей канала по основному диску с применением станков с ЧПУ (типа 16К20Ф3, 16К30Ф3) позволяет получить строго одинаковую в пре-делах 7-6 квалитетов точности геометрию поверхности коренного диска, используя полученное уравнение вида в зависимости, от требуемых рабочих характеристик колеса.
      Такое производство рабочих колес позволит получить совершенно одинаковые по своим параметрам турбины, осуществить локально в мо-дулях термическую или химико-термическую обработку, а также, создать гибкую производственную систему по изготовлению рабочих колес раз-личных типоразмеров в условиях одного производства от шахтных насо-сов до судовых погружных, доковых и нефтяных.
      Литература.
      1. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1977. - 646 с.
      2. Коваль А. Н. Алиев Н. А. Новые технологии производства рабочих колес для шахтных многосекционных насосов. 77-82 с. Наукові праці донецького державного технічного університету. Випуск 35. Серія: гірнично-електромеханічна.- Донецьк: ДонДТУ. 2001- Вип. 94 - 272 стор.
      3. Алиев Н. А. Технологические особенности увеличения ресурса ди-намических насосов. \\ Международный сборник научных трудов. Прогрессивные технологии и системы машиностроения. - Донецк, 2001. Вып. 16 - с. 9-18.
      4. Ломакин А. А. Центробежные и осевые насосы. – М. – Л.: Машино-строение, 1966 – 364 с.

Наверх