Результаты опытно-промышленных испытанийсекционного насоса GP-200/11x500-m

DOI: http://dx.doi.org/10.30686/1609-9192-2020-6-53-55

О.И. Бражник, заместитель начальника управления оборудования для горно-металлургического комплекса АО «ГИДРОМАШСЕРВИС» (Группа ГМС)

А.А. Руденко, начальник бюро насосов по стандартам API, ООО «УК «Группа ГМС»

Разработка месторождений полезных ископаемых открытым и подземным способом в подавляющем большинстве случаев сопровождается поступлением воды в горные выработки из подземных водоносных горизонтов, а также пут¸м инфильтрации поверхностных вод и осадков. Поступающие воды ухудшают условия и безопасность работы как людей, так и машин, и отрицательно влияют на физические свойства окружающих горных пород. Таким образом, мероприятия по осушению горных массивов являются основополагающими при освоении месторождений полезных ископаемых.

В технико-экономической оценке работы подземных рудников и шахт, после введения их в эксплуатацию и выхода на проектную мощность, на первый план выходят энергоэффективность стационарных водоотливных установок, длительность межремонтных циклов и затраты, связанные с техническим обслуживанием и ремонтом насосного оборудования [1].

Опытно-промышленные испытания включали следующие задачи:

– разработка насоса с условием полной адаптации к существующей трубопроводной системе и фундаментам камеры главной водоотливной установки (КГВУ);

– снижение количества воздействий персонала в процессе эксплуатации насоса;

– обеспечение возможности проведения текущих ремонтов в условиях подземного рудника без транспортировки насоса на поверхность;

– обеспечение максимального объ¸ма откачивания поступающих водопритоков, особенно в паводковые периоды.

Для решения поставленных задач были задействованы компетенции АО «ГМС Ливгидромаш» в области разработки насосов для нефтяной промышленности, а именно: применение насосов с оппозитным («спина-к-спине») расположением рабочих колес. Насосы данной конструкции успешно эксплуатируются в установках повышения пластового давления (ППД) для перекачивания среды, сопоставимой по химическому составу с коррозионно-агрессивными высокоминерализованными хлоридно-кальциевыми рассолами Среднекембрийского водоносного комплекса.

Такой тип оборудования (секционные многоступенчатые насосы с расположением рабочих колес по схеме «спина-к-спине») позволяет разгрузить ротор насоса от осевых усилий, что дает возможность исключить из конструкции насоса гидравлическую пяту, а возникающую остаточную силу компенсировать разгрузочным барабаном. Показатели работоспособности барабана существенно выше, чем у разгрузочной пяты, что неоднократно подтверждалось опытом эксплуатации питательных насосов в котлоагрегатах ТЭЦ.

Насос с оппозитным расположением рабочих колес в своем классическом виде имеет 3 крышки: 2 торцевые и 1 промежуточную, каждая из которых включает 2 опорные поверхности. Напорный патрубок при этом расположен в промежуточной крышке. По этим причинам классический вариант конструкции насоса не может удовлетворять условиям его полной привязки к существующей трубопроводной системе КГВУ.

С целью обеспечения требования по адаптации насоса к существующим трубопроводам напорный патрубок перенесен с промежуточной крышки на торцевую, для чего в конструкцию насоса была введена дополнительная переводная труба. Перенос напорного патрубка на торцевую крышку позволил также снизить нагрузку на центральную секцию насоса, что, в свою очередь, позволило исключить из конструкции две средние опоры корпуса. Тем самым было выполнено условие по привязке оборудования к существующим фундаментам и трубопроводам [3].

При проектировании насоса, в соответствии с последними требованиями в области машиностроения и программными возможностями Головного научно-технического центра АО «ГМС Ливгидромаш», был проведен комплекс расчетов, включающий прочностные расчеты корпусных деталей и разъемных соединений (рис. 1), расчеты динамики собственных частот ротора и расчеты остаточных осевых сил при разных значениях зазоров в щелях для выбора оптимального диаметра разгрузочного барабана (рис. 2 и рис. 3) [2].

Рис. 1 Прочностные расчеты корпусных деталей и разъемных соединенийРис. 1 Прочностные расчеты корпусных деталей и разъемных соединений

Рис. 2 Расчет прогиба ротораРис. 2 Расчет прогиба ротора

Рис. 3 Расчет динамики собственных частот ротораРис. 3 Расчет динамики собственных частот ротора

Для облегчения операций по сборке и разборке насоса при последующих капитальных ремонтах была предусмотрена ступенчатая посадка рабочих колес на вал, а для снижения трудозатрат и времени на восстановление щелевых уплотнений на рабочих колесах установлены сменные бандажные кольца.

Натурные испытания на стенде завода АО «ГМС Ливгидромаш» подтвердили требуемые параметры насоса.

Промышленные испытания длительностью 10 месяцев в условиях подземного рудника «Удачный» им. Б.Ф. Андреева показали, что эксплуатация насоса неразрывно связана с его частыми пусками и остановами, негативно сказывающимися на сроке службы упорного подшипника, а наличие в перекачиваемой жидкости механических примесей высокой твердости вызывает интенсивный износ щелевых уплотнений рабочих колес, а также способствует увеличению зазоров между группами ступеней и разгрузочными втулками. При этом по окончании испытаний снижение производительности насоса не превысило 15% от паспортных параметров (рис. 4).

Рис. 4 Насос на месте эксплуатацииРис. 4 Насос на месте эксплуатации

Плановая ревизия насоса по истечении 10 месяцев промышленных испытаний показала, что увеличение зазоров произошло в основном за счет износа роторных элементов – сменных бандажных колец и роторных втулок. Незначительные размывы входных участков лопаток направляющих аппаратов, вызванные наличием в перекачиваемой жидкости механических примесей высокой твердости, не будут приводить к снижению параметров насоса при дальнейшей эксплуатации. Подача затворной жидкости минимизировала износ концевых уплотнений вала. Опорные подшипники скольжения практически не подверглись износу. В ходе ревизии была выполнена замена бандажных колец рабочих колес, роторных и статорных втулок, а также уплотнений между группами ступеней. При послеревизионном пуске насос обеспечил паспортные параметры по производительности и напору.

Для оценки экономической значимости от внедрения насоса данного типа применялась традиционная методика расчета, основанная на сопоставлении количества израсходованных запасных частей за 10 месяцев работы нового и ранее используемого оборудования, помноженного на их стоимость с учетом коэффициента инфляции, принятого Минфином РФ.

Используя наработанную статистику по капитальным ремонтам ранее эксплуатируемого оборудования и экспертную оценку количества капитальных ремонтов нового оборудования при горизонте планирования 5 лет, экономический эффект от внедрения новой техники можно оценить в сумму 35–37 млн руб.

Авторы выражают глубокую благодарность коллективу аппарата управления Удачнинского ГОКа и коллективу ПР «Удачный» им. Б.Ф. Андреева за оказанную помощь и содействие в проведении опытно-промышленных испытаний. 

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:
1. Гришко А.П. Стационарные машины. Том 2. Рудничные водоотливные, вентиляторные и пневматические установки. М.: Горная книга, 2007. 239 с. ISBN 978-5-98672049-4.
2. Руденко А.А., Твердохлеб И.Б. Проектирование насоса с оппозитным расположением рабочих колес для шахтного водоотлива. ECOPUMP-RUS’2019. Энергоэффективность и инновации в насосостроении: доклад Межд. науч.-техн. конф. (Москва, 24 окт. 2019 г.) / Москва, МВЦ «Крокус-Экспо». М.: Типография ООО «Цифра 101», 2019. 82 с. ISBN 978-5-9903138-9-7.
3. Горизонтальный многоступенчатый центробежный насос. Патент на полезную модель ¹ 199763 Зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 20 декабря 2018 г. Авторы: Руденко А.А. (RU), Твердохлеб И.Б. (RU), Соколов Р.Р. (RU).
Ключевые слова: опытно-промышленные испытания, насос, подземный рудник, минерализованные воды, экономический эффект, модернизация

Журнал "Горная Промышленность" №6 / 2020, стр.53