ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

В последние десятилетия в угольной промышленности получила интенсивное развитие тенденция освоения все более глубоких горизонтов шахт, сопровождающаяся одновременным укрупнением их производственных мощностей. Это привело к существенному усложнению всех подземных технологических комплексов, в том числе и шахтных водоотливных установок, характеризующихся соответствующим ростом высоты водоподъема, притоков шахтных вод, мощности и числа совместно работающих насосных агрегатов, при одновременном значительном ухудшении работы всасывающих линий последних и повышении содержания твердого в водопротоке. Отмеченное, совокупно с рядом других, свойственных мощным установкам, эксплуатационных факторов, обусловило возникновение весьма сложной комплексной проблемы водоотлива глубоких и обводненных шахт, требующей качественно новых подходов при решении составляющих ее крупных научно-технических проблем и задач [1].

1. Актуальность темы

Наряду с необходимостью создания ряда надежных и экономичных шахтных насосных агрегатов, в тем числе с повышенными напорами и подачами, особую актуальность при этом приобретает проблема обоснования и эксплуатационного обеспечения рациональных режимов работы гидравлической системы. Успешное решение предполагает, с одной стороны, установление общих, не зависящих от мощности шахтных водоотливных установок, закономерностей взаимовлияния параметров системы, с определением экономически выгодных областей (ЭВС) режимов ее работы, а с другой - необходимость резкого уменьшения интенсивности эксплуатационного снижения параметров последних. Достичь этого невозможно без ликвидации кавитационных явлений в насосах водоотлива и зашламления водосборных емкостей, в первую очередь приемных колодцев шахтных водоотливных установок [1].

Борьба с кавитацией в насосах и помпах промышленного назначения является важным слагаемым надёжности и срока службы гидравлического оборудования. Кавитационному износу подвержены любые материалы, все углеродистые и нержавеющие стали, пластики и керамика и металлокерамика [7].

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Целью магистерской работы является выбор схем и обоснование ее основных параметров, исключающих режимы кавитации.

Основные задачи исследования:

  1. Доказать, что работа насосной установки с водоструйным насосом позволяет исключить кавитацию.
  2. Разработать модуль автоматизированного расчета параметров предложенной системы.
  3. Построить характеристику струйно-центробежной системы.

3. Центробежные насосы

Первый центробежный насос для добычи нефти был разработан в 1916 Российским изобретателем Армаисом Арутюновым. В 1923 году Арутюнов эммигрировал в США, и в 1928 году основал фирму Bart Manufacturing Company, которая в 1930 была переименована в «REDA Pump» (аббревиатура от Russian Electrical Dynamo of Arutunoff), которая многие годы была лидером рынка погружных насосов для нефтедобычи. В СССР большой вклад в развитие электрических погружных насосов для добычи нефти внесло Особое конструкторское бюро по конструированию, исследованию и внедрению глубинных бесштанговых насосов (ОКБ БН) созданном в 1950 г. Основателем ОКБ БН был Богданов Александр Антонович.

Центробежный насос

Рисунок 1 – Центробежный насос

Центробежные насосы считаются наиболее распространённым типом гидравлических машин и служат для подачи воды, кислот, щелочей, различных сточных вод, пульпы с золой, шлаком, торфом и т.д. [2]

3.1 Принцип работы

Заключается в передаче кинетической энергии вращения крыльчатки частицам рабочей жидкости, находящимся в пространстве между её лопастями. За счет действия появляющейся при этом центростремительной силы Р частицы жидкости из рабочего колеса перекидываются в корпус насоса и дальше, в центральной части крыльчатки при этом создаётся разрежение, благодаря которому туда всасывается новая порция рабочей жидкости, это процесс происходит плавно и непрерывно. Различают центробежные насосы с одно- и двухсторонним подводом рабочей среды, в последних уравновешено давление жидкости на обе стороны рабочего колеса. Существуют многоступенчатые центробежные насосы, в которых рабочая среда проходит поочередно двое или несколько рабочих колёс, в каждой ступени получает соответствующую энергию. Главной особенностью центробежных агрегатов является прямая зависимость напора, мощности, а также кпд и минимальной высоты всасывания от производительности, которая в свою очередь для различных видов насосов определяется соответствующими графиками, или характеристиками. Так кпд центробежного агрегата при оптимальном режиме его работы принимает максимальное значение, после чего с ростом производительности уменьшается. Достаточной мощностью для работы насоса обладает дизельный генератор 16 кВт, однако история знает и другие примеры - в США для насосного комплекса Гранд-Кули произведен одноступенчатый центробежный насос вертикального исполнения производительностью 139 000 м3/ч и напором 96 м при электрической мощности 48 Мвт [2].

насос

Рисунок 2 – Принцип работы (Анимация сделана помощью GIF Animator. Состоит из 6 кадров с интервалом в 1 000 мс.)

3.2 Автоматическое управление водоотливными установками

Для автоматизации водоотливных установок используется комплектная аппаратура ВАВ и УАВ. Аппаратура ВАВ, выполненная во взрывозащищенном исполнении, позволяет автоматизировать водоотливные установки, содержащие до девяти насосных агрегатов и оборудованные высоковольтными или низковольтными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором. Аппаратура ВАВ построена по блочному принципу и собрана на многоконтактных герметизированных реле в сочетании с полупроводниковыми элементами.

Комплект аппаратуры ВАВ состоит из блока управления насосами БУН, сигнального табло водоотлива СТВ, реле производительности РПН, реле давления РДВ, заливочного погружного насоса НЗП, пускателя ПРА, электропривода задвижки ПЗ-1, электродных датчиков ЭД, термодатчиков ТДЛ-2, заградительного фильтра ФНЧ-1, кабельных ящиков, переключателя цепей управления ПЦУ-4, индикатора выхода ИВ-65. Блок БУН предназначен для выбора режима работы насосов (работа от верхнего, повышенного или аварийного уровня воды); обработки сигналов, поступающих от датчиков, с последующей выдачей команд на исполнительные устройства; сигнализации о состоянии водоотливной установки. В одном блоке БУН размещены три панели управления ПУН, так как большинство насосных установок состоит из трех насосов.

Аппаратура ВАВ обеспечивает: автоматическое управление насосными агрегатами по уровню воды в водосборнике; ручное управление отдельными агрегатами во время наладочных работ; возможность дистанционного управления насосными агрегатами от диспетчера при уровне воды выше нижнего; включение электродвигателей с выдержкой времени при параллельной работе насосных агрегатов во избежание наложения пусковых токов и гидравлического удара, включение одного или нескольких насосов (в зависимости от настройки) при верхнем уровне воды в водосборнике; включение одного или нескольких насосов при повышенном и аварийном уровнях; включение резервного насоса в случае неисправности одного из насосов при работе в автоматическом режиме; заливку погружным или вспомогательными насосами при заглубленных насосных камерах; работу насосов с управляемыми задвижками и без них; дозирование заливки по времени и контроль включения насосов по времени и давлению [6].

3.3 Кавитация

При разработке угольных месторождений в ряду вспомогательных технологических процессов важное место занимает шахтный водоотлив. В процессе эксплуатации шахтных водоотливных установок возможно появление кавитации в центробежных насосах.

Кавитация представляет собой процесс нарушения сплошности потока жидкости, который происходит в тех участках потока, где местное давление, понижаясь, достигает некоторого критического значения. Этот процесс сопровождается образованием большого количества пузырьков, наполненных преимущественно парами жидкости, а также газами, выделившимися из раствора. Образование пузырьков имеет много общего с кипением жидкости, в связи с чем эти два процесса часто отождествляют; а в качестве критического давления, при котором начинается кавитация, рассматривают давление насыщенных паров жидкости при данной температуре [3].

Кавитация

Рисунок 3 – Кавитация в насосе

В результате исследований кавитации в насосах было установлено, что наличие кавитации существенно влияет на работу насоса, причем это влияние зависит от степени развития кавитации. Обычно различают начальную, частично развившуюся и полностью развившуюся кавитации. Термин «начальная кавитация». соответствует условиям, при которых появляются первые признаки кавитации: слабое усиление шума, появление небольшого количества кавитационных пузырей, которые образуют неустановившуюся кавитационную зону. На этой стадии внешние характеристики насоса практически не изменяется. Частично развившаяся кавитация характеризуется наличием установившейся кавитационной зоны. Происходит местное повышение скорости течения, появляются вторичные движения жидкости. Из-за увеличения гидравлических потерь ухудшаются характеристики данной системы. Значительно усиливается шум. При полностью развившейся кавитации наступает «срыв» работы насоса. Внешние характеристики его становятся совершенно неприемлемыми.

Работа насоса в этом режиме, как правило, не поддается управлению.

    Снизить вероятность появления кавитации можно, выполнив следующие условия:
  1. вертикальное расстояние от оси насоса до нижнего уровня воды в водосборнике принимать не более допустимой геометрической высоты всасывания;
  2. вакуумметрическая высота всасывания Нвак не должна превышать допустимого значения Н вак.доп.=0,85Нвак. max;
  3. применять схемы с подкачивающим насосом;
  4. располагать насос ниже уровня воды в водосборнике;
  5. использовать предвключенную свободносидящую решетку на входе в рабочее колесо насоса;
  6. устанавливать на входе или на выходе из рабочего колеса вспомогательные элементы для выравнивания поля скоростей в межлопастных каналах рабочего колеса с целью повышения всасывающей способности центробежного насоса [3].

Исследования показали, что шахтные насосы имеют недостаточную допустимую вакуумметрическую высоту всасывания. Их бескавитационная работа возможна лишь в узком диапазоне рабочих подач от левой границы рабочей части характеристики до подач, незначительно превышающих номинальную. Потребность же в больших подачах может быть удовлетворена за счет использования насосов больших типоразмеров или же применения группы насосов, работающих параллельно. Эксплуатационные и капитальные затраты при этом резко возрастают. Наиболее полно удовлетворяет этим требованиям система центробежного и струйного насосов.

Экспериментальное определение характеристики промышленной установки показало, что после оборудования ее струйным насосом устранен кавитационный режим, а подача и КПД возросли. Повышена работоспособность системы заливки насосной установки, которая осуществляется путем подачи жидкости из напорного трубопровода установки в трубопровод рабочей воды струйного подкачивающего насоса. При этом струйный насос включается в работу и заливает основной насос. Таким образом, отпадает надобность в приемном клапане, являющимся одним из малонадежных элементов насосной установки. Также применение системы центробежного и струйного насосов на главном водоотливе шахты экономически выгодно [3].

Выводы

Говорят, что нет худа без добра. Кавитация - враг гидравлической техники. Она съедает тысячи тонн металла в год, ограничивает возможности гидравлических машин. Но она же подсказала инженерам и замечательную возможность использования разрушительной способности пузырьков [4].

Практически во всех случаях кавитацию избегают путем изменения конструкции оборудования таким образом, чтобы исключить зоны возникновения пониженного давления или же используются защитные покрытия из твердых составов, например на основе кобальта, которые напыляются газотермическим методом на поверхность деталей, подверженных разрушительной силе кавитации [5].

В связи широким развитием шахт и шахтного оборудования, тема защиты от кавитации является очень актуальной в наше время. Применяемая в настоящее время аппаратура управления главным водоотливом не достаточно надежно контролирует рабочие режимы насосов, что приводит к снижению эффективности работы водоотлива. Установлено, что на изменение механических характеристик насосной установки в процессе эксплуатации влияет много факторов, однако не все они одинаково значимые. Ни один параметр не может быть принят в качестве единственного информационного сигнала, достаточного для реализации защиты без дополнительного учета других параметров. При реализации той или другой защиты следует принимать во внимание не менее двух наиболее значимых для конкретных условий параметров, а другие, менее значимые, следует исключить из рассмотрения.

Таким образом, при дальнейшей работе над данной темой будет получена система автоматической диагностики, которая будет обеспечивать требуемую защиту и контроль рабочих параметров главной водоотливной установки.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: январь 2014 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Развитие теории, обоснование и обеспечение рациональных режимов работы шахтных водоотливных установок [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.referun.com/n/razvitie-teorii-obosnovanie-i-obespechenie-ratsionalnyh-rezhimov-raboty-shahtnyh-vodootlivnyh-ustanovok.
  2. Принцип действия центробежных насосов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.transportall.org/article/industrial/printsip-deystviya-tsentrobezhnykh-nasosov.html.
  3. Разработка схем и средств, исключающих кавитацию [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://masters.donntu.ru/2009/fema/samokhina/library/stat.htm.
  4. Кавитация [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://sites.google.com/site/kolloidnaahimia/sol-sol-zol-metody-polucenia-dispersnyh-sistem/kavitacia.
  5. Кавитация. Влияние, негативные и полезные свойства [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.nasosportal.ru/statyi/kavitatsiya.-vliyanie-negativnye-i-poleznye-svoystva/a.
  6. Стационарные машины и установки: Учебное пособие [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://window.edu.ru/library/pdf2txt/076/41076/18414/page11.
  7. Чем грозит кавитация [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.mnz1.ru/prod/681/index.html.