ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

В останні десятиліття у вугільній промисловості отримала інтенсивний розвиток тенденція освоєння все більш глибоких горизонтів шахт, що супроводжується одночасним укрупненням їх виробничих потужностей. Це призвело до істотного ускладнення всіх підземних технологічних комплексів, у тому числі і шахтних водовідливних установок, що характеризуються відповідним зростанням висоти водопідйому, приток шахтних вод, потужності і числа спільно працюючих насосних агрегатів, при одночасному значному погіршенні роботи всмоктуючих ліній останніх і підвищенні вмісту твердого в водопротоке . Зазначене, сукупно з низкою інших, властивих потужним установкам, експлуатаційних факторів, зумовило виникнення вельми складної комплексної проблеми водовідливу глибоких і обводнених шахт, що вимагає якісно нових підходів при вирішенні складових її великих науково-технічних проблем і завдань [1].

1. Актуальність теми

Поряд з необхідністю створення ряду надійних і економічних шахтних насосних агрегатів, в тим числі з підвищеними напорами і подачами, особливої актуальності при цьому набуває проблема обгрунтування та експлуатаційного забезпечення раціональних режимів роботи гідравлічної системи. Успішне вирішення передбачає, з одного боку, встановлення загальних, що не залежать від потужності шахтних водовідливних установок, закономірностей взаємовпливу параметрів системи, з визначенням економічно вигідних областей (ЕВС) режимів її роботи, а з іншого - необхідність різкого зменшення інтенсивності експлуатаційного зниження параметрів останніх. Досягти цього неможливо без ліквідації кавітаційних явищ в насосах водовідливу і зашламленія водозбірних ємностей, в першу чергу прийомних колодязів шахтних водовідливних установок [1].

Боротьба з кавитацией в насосах і помпах промислового призначення є важливим доданком надійності і терміну служби гідравлічного обладнання. Кавітаційному зносу схильні будь-які матеріали, всі вуглецеві і нержавіючі сталі, пластики і кераміка і металокераміка [7].

2. Мета і задачі дослідження

Метою магістерської роботи є вибір схем і обгрунтування її основних параметрів, що виключають режими кавітації.

Основні завдання дослідження:

  1. Довести, що робота насосної установки з водоструминним насосом дозволяє виключити кавітацію.
  2. Розробити модуль автоматизованого розрахунку параметрів запропонованої системи
  3. Побудувати характеристику струменево-відцентрової системи.

3. Відцентрові насоси

Перший відцентровий насос для видобутку нафти був розроблений в 1916 Російським винахідником Армаіс Арутюновим. У 1923 році Арутюнов еммігріровалі в США, і в 1928 році заснував фірму Bart Manufacturing Company, яка в 1930 була перейменована в "REDA Pump" (абревіатура від Russian Electrical Dynamo of Arutunoff), яка багато років була лідером ринку заглибних насосів для нафтовидобутку. У СРСР великий внесок у розвиток електричних заглибних насосів для видобутку нафти внесло Особливе конструкторське бюро з конструювання, дослідженню та впровадженню глибинних безштангових насосів (ОКБ БН) створеному в 1950 р. Засновником ОКБ БН був Богданов Олександр Антонович.

Відцентровий насос

Рисунок 1 – Відцентровий насос

Відцентрові насоси вважаються найбільш поширеним типом гідравлічних машин і служать для подачі води, кислот, лугів, різних стічних вод, пульпи із золою, шлаками, торфом і т.д [2].

3.1 Принцип работи

Полягає в передачі кінетичної енергії обертання крильчатки часткам робочої рідини, що знаходиться в просторі між її лопатями. За рахунок дії з'являється при цьому доцентрової сили Р частки рідини з робочого колеса перекидаються в корпус насоса і далі, в центральній частині крильчатки при цьому створюється розрідження, завдяки якому туди всмоктується нова порція робочої рідини, це процес відбувається плавно і безперервно. Розрізняють відцентрові насоси з одно-і двостороннім підведенням робочого середовища, в останніх урівноважене тиск рідини на обидві сторони робочого колеса. Існують багатоступінчасті відцентрові насоси, в яких робоче середовище проходить почергово двоє або декілька робочих коліс, в кожному ступені отримує відповідну енергію. Головною особливістю відцентрових агрегатів є пряма залежність напору, потужності, а також ККД та мінімальної висоти всмоктування від продуктивності, яка в свою чергу для різних видів насосів визначається відповідними графіками, або характеристиками. Так ккд відцентрового агрегату при оптимальному режимі його роботи приймає максимальне значення, після чого із зростанням продуктивності зменшується. Достатньою потужністю для роботи насоса володіє дизельний генератор 16 кВт, проте історія знає й інші приклади - в США для насосного комплексу Гранд-Кулі проведений одноступінчатий відцентровий насос вертикального виконання продуктивністю 139 000 м3 / год і напором 96 м при електричній потужності 48 Мвт [2].

насос

Рисунок 2 – Принцип роботи (Анімація зроблен за допомогою програми GIF Animator. Складаеться з 6 кадрів з інтервалом у 1 000 мс.)

3.2 Автоматичне управління водовідливними установками

Для автоматизації водовідливних установок використовується комплектна апаратура ВАВ і УАВ. Апаратура ВАВ, виконана у вибухозахищеному виконанні, дозволяє автоматизувати водовідливні установки, що містять до дев'яти насосних агрегатів і обладнані високовольтними або низьковольтними асинхронними двигунами з короткозамкненим ротором. Апаратура ВАВ побудована за блоковим принципом і зібрана на багатоконтактні герметизованих реле в поєднанні з напівпровідниковими елементами [6].

Комплект апаратури ВАВ складається з блоку управління насосами БУН, сигнального табло водовідливу СТВ, реле продуктивності РПН, реле тиску РДВ, заливного погружного насоса НЗВ, пускача ПРА, електроприводу засувки ПЗ-1, електродних датчиків ЕД, термодатчиків ТДЛ-2, загороджувального фільтра ФНЧ-1, кабельних ящиків, перемикача ланцюгів управління ПЦУ-4, індикатора виходу ІВ-65. Блок БУН призначений для вибору режиму роботи насосів (робота від верхнього, підвищеного або аварійного рівня води); обробки сигналів, що надходять від датчиків, з подальшою видачею команд на виконавчі пристрої; сигналізації про стан водовідливної установки. В одному блоці БУН розміщені три панелі управління ПУН, так як більшість насосних установок складається з трьох насосів.

Апаратура ВАВ забезпечує: автоматичне керування насосними агрегатами за рівнем води в водозбірнику; ручне управління окремими агрегатами під час налагоджувальних робіт; можливість дистанційного керування насосними агрегатами від диспетчера при рівні води вище нижнього; включення електродвигунів з витримкою часу при паралельній роботі насосних агрегатів під уникнути накладення пускових струмів і гідравлічного удару, включення одного або декількох насосів (залежно від настройки) при верхньому рівні води в водозбірнику; включення одного або декількох насосів при підвищеному та аварійному рівнях; включення резервного насоса у випадку несправності одного з насосів при роботі в автоматичному режимі; заливку занурювальним або допоміжними насосами при заглиблених насосних камерах; роботу насосів з керованими засувками і без них; дозування заливки за часом і контроль включення насосів за часом і тиску [6].

3.3 Кавітація

При розробці вугільних родовищ в ряду допоміжних технологічних процесів важливе місце займає шахтний водовідлив. У процесі експлуатації шахтних водовідливних установок можлива поява кавітації у відцентрових насосах.

Кавітація являє собою процес порушення суцільності потоку рідини, який відбувається в тих ділянках потоку, де місцеве тиск, знижуючи, досягає деякого критичного значення. Цей процес супроводжується утворенням великої кількості бульбашок, наповнених переважно парами рідини, а також газами, що виділилися з розчину. Освіта бульбашок має багато спільного з кипінням рідини, у зв'язку з чим ці два процеси часто ототожнюють; а в якості критичного тиску, при якому починається кавітація, розглядають тиск насичених парів рідини при даній температурі [3].

Кавітація

Рисунок 3 – Кавітація у насосі

У результаті досліджень кавітації в насосах було встановлено, що наявність кавітації істотно впливає на роботу насоса, причому цей вплив залежить від ступеня розвитку кавітації. Зазвичай розрізняють початкову, частково развившуюся і повністю развившуюся кавітації. Термін "початкова кавітація" відповідає умовам, при яких з'являються перші ознаки кавітації: слабке посилення шуму, поява невеликої кількості кавітаційних бульбашок, які утворюють несталому кавитационную зону. На цій стадії зовнішні характеристики насоса практично не змінюється. Частково розвинулася кавітація характеризується наявністю сталої кавітаційної зони. Відбувається місцеве підвищення швидкості течії, з'являються вторинні руху рідини. Через збільшення гідравлічних втрат погіршуються характеристики даної системи. Значно посилюється шум. При повністю розвилася кавітації настає "зрив" роботи насоса. Зовнішні характеристики його стають абсолютно неприйнятними [3].

Робота насоса в цьому режимі, як правило, не піддається управлінню.

    Знизити ймовірність появи кавітації можна, виконавши наступні умови:
  1. вертикальне відстань від осі насоса до нижнього рівня води в водозбірнику приймати не більше допустимої геометричної висоти всмоктування;
  2. вакуумметричний висота всмоктування Нвак не повинна перевищувати допустимого значення Н вак.доп. = 0,85 Нвак. max;
  3. застосовувати схеми з насосом, що підкачує;
  4. розташовувати насос нижче рівня води в водозбірнику;
  5. використовувати Передвключені свободносідящую решітку на вході в робоче колесо насоса;
  6. встановлювати на вході або на виході з робочого колеса допоміжні елементи для вирівнювання поля швидкостей в міжлопатевих каналах робочого колеса з метою підвищення всмоктуючої здатності відцентрового насоса.

Дослідження показали, що шахтні насоси мають недостатню допустиму вакуумметричний висоту всмоктування. Їх бескавитационной робота можлива лише у вузькому діапазоні робочих подач від лівої межі робочої частини характеристики до подач, незначно перевищують номінальну. Потреба ж у великих подачах може бути задоволена за рахунок використання насосів великих типорозмірів або ж застосування групи насосів, що працюють паралельно. Експлуатаційні та капітальні витрати при цьому різко зростають. Найбільш повно задовольняє цим вимогам система відцентрового і струминного насосів.

Експериментальне визначення характеристики промислової установки показало, що після устаткування її струминним насосом усунутий кавітационний режим, а подача і ККД зросли. Підвищено працездатність системи заливки насосної установки, яка здійснюється шляхом подачі рідини з напірного трубопроводу установки в трубопровід робочої води струминного насоса, що підкачує. При цьому струменевий насос включається в роботу і заливає основний насос. Таким чином, відпадає потреба в приймальному клапані, що є одним з малонадійних елементів насосної установки. Також застосування системи відцентрового і струминного насосів на головному водовідливі шахти економічно вигідно [3].

Висновки

Кажуть, що немає лиха без добра. Кавітація - ворог гідравлічної техніки. Вона з'їдає тисячі тонн металу на рік, обмежує можливості гідравлічних машин. Але вона ж підказала інженерам і чудову можливість використання руйнівної здатності бульбашок [4].

Майже у всіх випадках кавітацію уникають шляхом заміни конструкції обладнання таким чином, щоб виключити зони виникнення зниженого тиску або ж використовуються захисні покриття з твердих складів, наприклад на основі кобальту, які напилюється газотермічним методом на поверхню деталей, схильних руйнівній силі кавітації [5].

У зв'язку широким розвитком шахт і шахтного обладнання, тема захисту від кавітації є дуже актуальною в наш час. Застосовувана в даний час апаратура керування головним водовідливом мало надійно контролює робочі режими насосів, що призводить до зниження ефективності роботи водовідливу. Встановлено, що на зміну механічних характеристик насосної установки в процесі експлуатації впливає багато факторів, однак не всі вони однаково значущі. Жоден параметр не може бути прийнятий в якості єдиного інформаційного сигналу, достатнього для реалізації захисту без додаткового обліку інших параметрів. При реалізації тієї чи іншої захисту слід брати до уваги не менше двох найбільш значущих для конкретних умов параметрів, а інші, менш значущі, слід виключити з розгляду.

Таким чином, при подальшій роботі над даною темою буде отримано систему автоматичної діагностики, яка буде забезпечувати необхідну захист і контроль робочих параметрів головної водовідливної установки.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: січня 2014 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати

Перелік посилань

  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.