ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

В настоящее время на территории Украины работают 153 шахты. Согласно сообщению Министерства угольной промышленности и энергетики, с начала 2012 года было добыто в количестве 56,8 миллиона тонн угля. Высокая производительность полностью зависит от качества оборудования, добывающего уголь, а именно – от механизированного комплекса. Главенствующей составляющей комплекса, без которой невозможно его функционирование является гидрофицированная механизированная крепь (ГМК), эксплуатационные свойства которой определяются параметрами гидроэнергетической установки (ГЭУ). В этой связи к ГЭУ предъявляются высокие требования по безопасности и надежности для эффективной работы не только крепи, но и всего комплекса в целом.

1. Актуальность темы

Насосная станция (НС), она же ГЭУ, обычно состоит из двух высоконапорных агрегатов (ВНА) и подпиточной установки (ПУ). На рисунке 1 представлена насосная станция СНД 300/40

Насосная станция СНД 300/40

Рисунок 1 – Насосная станция СНД 300/40

Основными составляющими, определяющими технический уровень ВНА, являются рабочие параметры насосов, входящих в систему, такие как давление нагнетания, подача насоса, способ регулирования подачи и параметры виброакустических характеристик. Последние должны соответствовать требованиям нормативной документации, а именно – уровень звука, генерируемый виброакустическим шумом, не должен превышать сани-тарных норм 80 дБА. В тоже время, для современных насосных станций, техническими условиями установлен уровень шума 110 дБА, что очевидно превышает санитарно-допустимые нормы. Фактические параметры вибрационных характеристик ВНА не соответствуют установленным требованиям, что приводит к низким уровням надежности насосных станций, снижению их ресурса почти в два раза и уменьшению эффективности работы. Также превышение санитарных норм приводит к росту числа профессиональных заболеваний персонала, тем самым снижая производительность труда и нарушая гигиену труда. Все вышеуказанные факторы определяют необходимость создания современных насосных станций с пониженными уровнями вибрации и шума [1].

2. Обзор и анализ предмета исследований и предыдущих разработок

Решение задачи проектирования и конструирования современных насосных станций начинается с анализа развития конструкций и параметров насосных станций, отражающих их показатели – энерговооруженность, давление, подачу.

Как уже было сказано ранее, современные НС (типа СНД) состоят из силового пятиплунжерного насоса, бака и соединительных рукавов. Силовой насос представляет собой горизонтальный пятиплунжерный насос, плунжера которого механически не связаны с толкателями приводного кривошипно-шатунного механизма. Перемещение плунжеров при всасывающем ходе происходит под действием давления, создаваемого подпиточным насосом. Приводной механизм станции состоит их эксцентрикового вала и толкателей, которые взаимодействуя друг с другом приводят в действие шатуны. Толкатель и эксцентриковый вал образуют кривошипно-шатунный механизм, который преобразует вращательное движение вала в поступательное движение толкателя, взаимодействующего со свободным плунжером гидроблока [2].

На анимированном рисунке 2 представлена работа кривошипно-шатунного механизма.

Упрощенная схема работы пятиплунжерного кривошипно-шатунного механизма

Рисунок 2 – Упрощенная схема работы пятиплунжерного кривошипно-шатунного механизма
(анимация: 5 кадров, постоянное повторение, 36 килобайт)

Энерговооруженность насосных станций постоянно растет, что связанно с повышенными требованиями к гидроэнергетическим установкам (ГЭУ) механизированных крепей, очистных комбайнов эксплуатирующихся в сложных горно-шахтных условиях [2].

Для эффективной работы крепей в сложных горнотехнических условиях сформировались следующие требования к ГЭУ: необходимо повышать давление начального распора гидростоек (до 40-52 МПа), применение эффективных способов регулирования подачи и оптимального взаимодействия всех контуров системы крепи, снижение виброактивности и повышения надежности ГЭУ. Насосная станция должна обеспечивать эффективную работу механизированной крепи для надежного управления кровлей и состоянием вмещающих пород в соответствии с характером проявления горного давления в лаве. Кроме того, требования к скорости крепления и коэффициенту затяжки кровли постоянно повышаются в связи с интенсификацией рабочих режимов очистных комплексов с применением высокопроизводительных комбайнов [4].

С развитием работ по созданию ГЭУ в последние 10 лет возникла необходимость дополнительного анализа изменения параметров и технических характеристик их ВНА. А именно необходимо уделить внимание совершенствованию динамических свойств ВНА, с целью обеспечить снижение вибраций и шума, генерируемых источниками.

В развитии структурных схем ВНА можно выделить два основных направления [5]:

Насосные станции с применением радиально-плунжерного насоса с эксцентриковым приводом. Такая схема используется в насосных станциях СНТ 5, 6. Однако такие насосы (типа ВНР 32/20)имеют ряд недостатков при использовании в ВНА – плохая смазывающая способность эмульсии, чересчур высокая динамика дискретного способа регулирования подачи, недостаточное давление нагнетания (20МПа), не обеспечивающее выполнение требований к усилиям первоначального распора гидростоек. Даже при работе в условиях легких (А1) и среднеустойчивых (А2) кровель одна такая насосная станция не может обеспечить необходимые требования по эффективному функционированию механизированной крепи. Также насосные станции ограничивают скорость крепления и обладают невысокими показателями надежности[8].

Второй вариант структурной схемы ВНА включает в себя высоконапорный насос с линейным расположением плунжеров, крившипно-шатунным механизмом в приводе от асинхронного двигателя и зубчатой передачей. Наиболее часто встречающийся привод станций, таких как СНТ, СНД, фирмы Hauhinco. Для таких схем характерны высокая энерговооруженность, достаточные показатели давления и подачи. Однако, достоинства этих насосных станций омрачаются высокими уровнями вибрации и шума, существенно снижающими надежность и ресурс насосного агрегата. К тому же в условиях перехода на длинные лавы оказалось, что станции СНТ с одним насосным агрегатом не могут обеспечить необходимые эксплуатационные характеристики, что потребовало создания и применения насосных станций типов СНД с двумя ВНА [4].

Как видно, некоторые украинские насосные станции с такой компоновочной структурой, могут удовлетворить современные требования к ГЭУ по номинальному давлению и подаче.

Кроме того, насосные станции классифицируются по способу регулирования подачи рабочей жидкости (РЖ) и видам регуляторов [4].

Наиболее распространены насосные станции (СНТ, СНД и др.) с дискретным способом регулирования подачи РЖ. Этому способу присущи известные недостатки [1,2,6] в том числе – формирование вибрации и шума в источниках ВНА при переходных режимах «нагрузка-разгрузка» силового насоса.

Перспективная схема управления насосной станции на базе частотно-регулируемого привода дает возможность плавно регулировать подачу, повышая надежность и безопасность эксплуатации ВНА. Тем не менее, использование такой схемы не отменяет необходимость снижать виброактивность агрегатов. Частотно-регулируемый привод используют в некоторых типах насосных станциях фирма «Хаухинко», однако такое регулирование также не обеспечивает бесшумную работу ВНА, т.к. в структуре ВНА сохранены кривошипно-шатунные механизмы – активные источники вибрации и шума.

Можно считать прогрессивным направлением проектирования высокопроизводительных ГЭУ разработки немецкой фирмы HAUHINCO. Фирма наладила производство трехплунжерных и пятиплунжерных высоконапорных насосов ЕНР-3К нескольких типоразмеров с варьируемыми значениями подачи рабочего давления. Для ряда насосных агрегатов предусмотрено варьирование частотами вращения приводных механизмов и диаметрами плунжеров в гидроблоке, что позволяет получать различные значения подач и давления нагнетания на одном агрегате.

При комплектации насосной станции одним насосом ЕНР-3К110, обеспечивается подача 129 л/мин и давление 46,5 МПа, а комплект из двух насосов ЕНР-3К50 – подачу 102 л/мин при давлении 50 МПа. Такие технические характеристики позволяют наиболее выгодно подбирать давления и расход для обеспечения заданных условий оптимального взаимодействия крепи с кровлей и необходимой скорости крепления. Частотно-регулируемый привод насосных станций позволяет плавно регулировать подачу в диапазоне от 30 до 100% [1].

Также можно считать достаточно перспективными высоконапорные насосные установки швейцарской фирмы HIDROWATT. Они работают на базе радиально-поршневых насосов с герметично-уплотнёнными поршневыми блоками и принудительной смазкой. Герметично-уплотнённые поршневые блоки с регенерирующийся смазкой обеспечивают высокую скорость движения поршней, отсутствие утечек и высокий КПД насоса. В тоже время, несмотря на отсутствие в схеме зубчатой передачи и кривошипно-шатунного механизма, актуальность снижения виброакустических характеристик сохраняется, поскольку вращающаяся высокоскоростная динамическая система, с наличием возмущений в двигателе и клапанных распределителях, генерирует довольно высокие уровни вибрации и шума, что обязывает фирму рекомендовать операторам применять средства индивидуальной защиты от шума [6].

Выводы и направления дальнейшего исследования

Проведенный анализ ВНА позволяет обоснованно устанавливать рациональную область применения их отдельных типоразмеров в составе насосных станций применительно к конкретным условиям эксплуатации очистных комплексов в Донецком угольном бассейне.

В настоящее время не решены все проблемы создания эффективных современных гидроэнергетических установок. Для создания надежных малошумных и высокопроизводительных насосных станций систем гидропривода механизированных крепей очистных комплексов необходимы дополнительные исследования динамических свойств насосных агрегатов и их рабочих процессов.

При проектировании энергонасыщенных малошумных насосных агрегатов с кривошипно-шатунными механизмами в приводе линейно расположенных поршней целесообразно использовать выводы и рекомендации работы [6].

Важное замечание:

При написании данного реферата маригстрская работа еще не завершена. Окончательное завершение декабрь 2013 г. Полный текст и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Гуляев В.Г. Виброакустические процессы и надежность гидроэнергетических установок очистных комплексов: монография / К.В.Гуляев, С.А.Китаева; под общ. ред. В.Г.
  2. Станции насосные СНД Руководство по эксплуатации СНД300/40.00.00РЭ, ГП Донгипроуглемаш.
  3. Гуляев В.Г., Бойко Н.Г. Требования к гидроэнергетическим установкам механизированных крепей нового технического уровня / В.Г.Гуляев В.Г., Н.Г.Бойко // Известия горного института, №2, 2000. – С.47-51.
  4. Косарев В.В. Насосные станции ГП Донгипроуглемаш нового поколения как источник гидравлической энергии в составе гидропривода механизированных крепей / В.В. Косарев, Н.И. Стадник, Ю.И. Варшавский и др. // Сб. научных трудов. – Донецк, -Донгипроуглемаш, 2008. – С. 484-492.
  5. Пономаренко Ю.Ф. Насосы и насосные станции механизированных крепей /Ю.Ф.Пономаренко // М.: Недра, 1983. – 183 с.
  6. Руководство по эксплуатации и технике безопасности радиально-поршневого насоса R180 S. HYDROWATT AG, Швейцария, 2011. – 50 с.
  7. Гуляев В.Г. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов. Ч.1. Выемочные комбайны. (Теория рабочих процессов и методы повышения надежности) Учеб. пособие. – Донецк: ГВУЗ «ДонНТУ», Технопарк ДонГТУ «УНИТЕХ», 2011. – 322с., ил.
  8. Механизированные крепи очистных комплексов и агрегатов/ П.А. Горбатов, В.Г. Гуляев, Н.М. Лысенко и др. Учебное пособие с грифом Минвуза Украины// Донецк.: Новый мир, 1997. – 275 с., ил.