НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА РАБОЧИХ КОЛЕС ДЛЯ ШАХТНЫХ МНОГОСЕКЦИОННЫХ НАСОСОВ
Алиев Н.А.
(НИИГМ им. М.М. Федорова, г. Донецк, Украина)
Щемелев М.Н., магистр ДонНТУ
Повышение ресурса многосекционных шахтных насосов зависит от технологии изготовления рабочих колес (турбин). Сравнение рабочих турбин различных производителей и анализ их характеристик показал, что основные размеры различны и отличаются oт номинппьных.Предлагается новая технология изготовления рабочих колес (турбин) модульно-шаговым методом.
The increase of a resourse of multistage centrifugal pumps can he carried out with application of teciwlogy of making of work whels (turbinec). Copratlon of variety of work turbines and analysis characteristic of them exposured sizable divergences with each other them. Proposed the new lecnology of making of work whels (turbines) by step-module method.
Рабочая характеристика миогосскционных шахтных центробежных насосов, спектр вибропараметров и акустических колебаний их надежность, долговечность и ремонтопригодность всецело зависят or материалов и технологических подходов к изготовлению рабочих колес (турбин).
Известно, что с точки зрения литейных свойств (относительно невысоких температур плавки и высокой жидкогекучссти) и обеспечения прочности динамически нагруженных деталей, вращающихся с окружной скоростью до 28 м/с, типа диски, шкивы, рабочие колеса, наиболее распространенным и приемлемым материалом является чугун. Во многих случаях, детали из него имеют преимущества перед стальными деталями благодаря тому, что структура чугуна состоит из металлической основы и графита.
Отклонение стержней, методы их сушки, нежесткосгь граней стержней, погрешности формовки и качество формовочной смеси, - все это в совокупности не позволяет получить одинаковые или в достаточной мере однородные по литыо рабочие колеса.
Почти во всех случаях наблюдается весьма большой разброс геометрии и весового показателя колес как после литья, так и после полной механической обработки их(см. таблицу 1), что резко ухудшает вибро- и акустические показатели многосекционных машин[3].
Анализ и исследование, проведенные авторами при содействии НПО "СКТМ-ХХ1 Век" более трех тысяч колес различных модификаций и производителей показал:
-рабочие колеса в чугунном исполнении, несмотря на высокие антифрикционные свойства материала [4], имеют большой весовой разброс, значительные отклонения от геометрии и точностных показателей (см. рисунок 1).
В совокупности эти зоны являются участками приводящими в процессе работы к изменению вибрационной картины агрегата, т.к. происходит их вымывание абразивной рабочей жидкостью и изменение дисбаланса вращающихся масс. К технологическим методам, уменьшающим эти зоны, является предложенная технология гидроабразивной обработки рабочих колес до статический и динамической балансировки, с селекцией колес при сборке с учетом зазоров и дисбалансов [5]. Однако все эти мероприятия резко увеличивают стоимость колес и насоса в целом, что особенно нецелесообразно для агрегатов в чугунном исполнении.
При производстве стальных колёс многие технологические несовершенства сохраняются.В таблице 1 приведены данные по весовому показателю как литых, так и сварных стальных колес. Весовой анализ их показывает, что, несмотря на некоторое уменьшение колебания весов для стальных колес перепад все-таки высок: до 1,2-2,5 кг для литых колес и 600-800 грамм - для сварных.
Наблюдается неадекватность мсжлонаточиой зоны, большая толщина лопаток относительно общепринятого номинала для рабочих колес шахтных насосов, уменьшение шага между лопатками и рабочей площади сечения колес. На колесе стального сварного исполнения наблюдаются пригары, неравномерности сварки шва, непровар, что может привести, а и некоторых случаях и приводит к срыву лопаток.
3. Изготовление рабочих колес миогосекциончых шахтных насосов из других материалов, например латуни или бронзы, неоправданно дорого или невозможно из-за финишных технологических операций и получения требуемой прочности и износостойкости изделий.
Многолетний опыт работы и, следовательно, и эксплуатации многосскциопных шахтных центробежных насосов, накопленный Научно-исследовательским институтом горной механики им. М.М. Федорова показал, что даже применение оригинальных технологий при изготовлении насосов некоторых производств, в частности НПО "СКТМ-ХХ1 Век", не позволяет сделать здесь существенный рывок в увеличении ресурса, надежности насосов, повышения их напорных характеристик [6].
НИИГМ им. М.М. Федорова совместно с НПО "СКТМ XXI век" предложен модульно-шаговый способ изготовления рабочих колёс. Основным принципом такого технологического процесса является разделение изделия на модули и, в каждом конкретном случае, обработка и контроль исходных параметров модуля производится шаговым способом с выходом модуля как окончательного изделия. Модульно-шаговый способ изготовления изделия позволяет получить полностью взаимозаменяемые модули с конструкторскими параметрами, адекватными друг другу и имеющими возможность как сменяемости друг друга в процессе изготовления изделия, так и замены. Кроме того, модульно-шаговый способ позволяет оценить влияние и значимость размерной цепи модуля па общую размерную цепь выходного изделия. В данном случае рабочее колесо разделено па модули и, в пределах каждого модуля, оно окончательно подвергается механической обработке или иным видам воздействия, контролируется и подается на сборку, после которой оно подвергается окончательной механической обработке и закалке. Основой производства является листовой и фасонный прокат, переналаживаемая оснастка, специальный инструмент, позволяющие осуществлять технологический процесс по изготовлению рабочих колес любых типоразмеров.
Такое производство рабочих колес позволит получить совершенно одинаковые но своим параметрам турбины, осуществить, локально в модулях термическую или химико-термическую обработку, а также, создать гибкую производственную систему но изготовлению рабочих колес различных типоразмеров в условиях одного производства от насосов шахтных до судовых погружных, доковых и нефтяных.
Список источников.
1. Пак B.C., Гейер П.Г. Рудничные вентчляторные и водоотливные установки. - М.: Углетехиздат, 1950. - 427 с.
2. Гуляев Л.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1977. - 646 с.
3. Пфейдлер К. Лопаточные машины для жидкостей и гачов. - М.: Машгиз, 1960, - 683 с.
4. Алиев Н.А., Эфрос Б.М. Повышение эксплуатационных свойств самосмаэывающихся элементов многосекционных цешробежных насосов на основе применения новых материалов. // Международный сборник научных трудов. Прогрессивные технологии и системы машиностроения. - Донецк, 2001. - с. 3-9.
5. Алиев Н. А. Сахби Зантур. Гидроабразивный метод обработки рабочих колес - основа
увеличения ресурса многоступенчатых насосов. \\ Международный сборник научных
трудов. Прогрессивные технологии и системы машиностроения. - Донсцк, 2001. Вып.16-с.18-25.
6. Алиев Н. А.Технологические особенности увеличения ресурса динамических насосов. // Международный сборник научных трудов. Прогрессивные технологии и системы машиностроения. - Донецк, 2001. Вып. 16-с.9-18.