Центробежные пульповые насосы «Verex»

А.Ю. Никитин, к.э.н., директор ЗАО «СОМЭКС»

С.Ф. Шинкоренко, д.т.н., научный консультант ЗАО «СОМЭКС»

Общим недостатком применяемых на предприятиях пульповых насосов является слабая защищенность их конструктивных элементов от абразивного износа, что приводит к снижению гидродинамических характеристик и межремонтных периодов. Оптимальный профиль лопастей рабочего колеса, определяющий КПД насоса, служит только в начале его эксплуатации. По мере износа профиль приобретает форму, соответствующую более низкой динамике взаимодействия лопасти с пульпой. Происходит изменение кривизны поверхности лопастей, применяемых профилей. При этом степень абразивного износа поверхности увеличивается от центра к периферии с уменьшением выходного угла лопасти, что существенно снижает напор, развиваемый насосом (рис. 1) [А.М. Горшков. Насосы. - М.: Госэнергоиздат МЭС, 1947].

Конструкция насоса марки «Verex» создана на базе мировых достижений в области насосного оборудования и собственных разработок ЗАО «СОМЭКС», обеспечивающих улучшение эксплуатационных характеристик центробежных пульповых насосов.090 1

Высокие технологические и эксплуатационные показатели насоса марки «Verex» достигнуты за счёт совершенствования конструктивных элементов рабочего колеса:

- профилирования лопастей рабочего колеса по спиралеобразным образующим с плавным увеличением углов наклона рабочей поверхности лопасти от входа к выходу, что обеспечивает минимум гидравлических потерь в межлопастных каналах благодаря исключению турбулентного перемешивания потока пульпы в процессе движения.

Этим достигается начальный высокий гидравлический КПД и снижение абразивного и кавитационного износа поверхностей проточного канала насоса. - разработки криволинейного профиля лопастей, учитывающего ожидаемый реальный износ поверхности лопасти в процессе работы и минимизирующего изменение начальной оптимальной ее кривизны со временем вследствие износа. Снижение отрицательного влияния износа на гидродинамические параметры насоса достигнуто тем, что для увеличения срока службы рабочей поверхности лопасти с оптимальной кривизной она наращивается разновысоким слоем материала, предназначенным для износа.Рис. 1 Изменение статического Hn, динамического Hd и полного Hf напора насоса в зависимости от выходного угла β лопасти рабочего колеса

Рис. 1 Изменение статического Hn, дина мического Hd и полного Hf напора насоса в зависимости от выходного угла β лопасти рабочего колеса

Параметры этого слоя учитывают практические данные по износу материала лопасти и запрограммированы таким образом, что по мере износа внешняя поверхность слоя изменяется, приобретая постепенно – по мере износа материала слоя – форму оптимального варианта поверхности. Благодаря этому гидродинамические параметры насоса изменяются в сторону достижения оптимального значения через некоторое время эксплуатации. Затем на ограниченном отрезке времени, достигнув оптимума, лопатки работают без защитного слоя. В целом достигается увеличение периода работы насоса марки «Verex» без существенного снижения оптимального режима.

Износ поверхности и, соответственно, исходная толщина наращиваемого слоя пропорциональны величинам кинетической энергии пульпы в точках на длине лопасти. Профиль лопасти при построении образуется сочетанием двух отрезков логарифмической спирали:

- одного, в виде оптимальной образующей рабочей поверхности, расположенной с тыльной стороны или в середине лопасти;

- второго, в виде образующей изнашиваемого слоя, наращиваемого с переменной высотой над оптимальной поверхностью в соответствии с изменением кинетической энергии пульпы и интенсивности износа слоя. При профиле изнашиваемого слоя по логарифмической спирали сохраняется плавное увеличение углов наклона поверхности лопасти к выходу в процессе износа.090 3

Рис. 2 Профиль лопастей рабочего колеса насоса марки «Verex»

На рис. 2 приведена схема сечения лопастей насоса марки «Verex» с образующими рабочей поверхности с учетом наращиваемого слоя в виде кривой интенсивности износа 1 и тыльной поверхности – в виде логарифмической спирали 2, принятой в качестве оптимальной.

Полярные радиусы кривой интенсивности износа 1 определяются как сумма радиусов логарифмической спирали 2 и радиусов наращиваемого слоя.

Общее уравнение спиралеобразной образующей внешней (рабочей) поверхности лопасти насоса, определяемой как кривая интенсивности износа, имеет вид:

R = r + k h r2 / r02 , (1)

где: R – полярный радиус точки на образующей внешней (рабочей) поверхности с наращенным изнашиваемым слоем материала, мм; r – полярный радиус точки логарифмической спирали, принятой в качестве оптимальной образующей рабочей поверхности лопасти, мм; r0 – радиус входного отверстия в рабочем колесе, мм; h – средний износ поверхности лопасти по высоте по практическим замерам на участке 1/3 длины лопасти со стороны входа, мм; k – коэффициент пропорциональности между относительными величинами удельной кинетической энергии пульпы и величинами износа поверхности лопастей.

В уравнении (1) r = аеbϕ, где: а, b – параметры логарифмической спирали; ϕ – угол поворота полярного радиуса, рад. Отношение r2/r02 – величина, пропорциональная изменению удельной кинетической энергии пульпы в точках по длине образующей внешней (рабочей) поверхности лопасти, а величина K h r2/r02 – представляет толщину слоя материала, равного глубине износа рабочей поверхности, который наращивается над поверхностью лопасти в этих точках для предотвращения быстрого износа ее профиля, принятого в качестве оптимального.

Кривая интенсивности износа, служащая образующей линией рабочей поверхности, показывает соотношение скоростей износа поверхности лопасти в точках по ее длине. По мере износа рабочей поверхности, профилированной по кривой интенсивности ее износа, конфигурация поверхности изменяется и на заданном уровне сечения лопасти приобретает форму, заложенную в поверхность тыльной или средней части лопасти. Благодаря этому увеличивается длительность эксплуатации насоса при близких к оптимальным параметрах гидродинамического режима: подаче пульпы, давлении, коэффициенте полезного действия.

При применении образующей рабочей поверхности лопасти дуги окружности в качестве оптимальной, как, например, в насосах других производителей, параметры кривой интенсивности износа определяются аналогично.

Износостойкость и долговечность насоса обеспечиваются футеровкой его изнашиваемых элементов – корпуса, бронедисков, рабочего колеса высококачественными полиуретановыми эластомерами ряда современных марок, подбираемыми индивидуально под особенности перекачиваемых материалов. Для увеличения ресурса полиуретановых элементов проточной части насосов при сохранении постоянства гидродинамических параметров, ЗАО «СОМЭКС» разработан способ их армирования для создания напряжения в слое полиуретана.

Проведенные исследования показали, что прочностные свойства полиуретанов повышаются при сравнительно небольших постоянных напряжениях, создающих упругие и высокоэластичные деформации слоя полиуретана. Для реализации этого эффекта в конструкцию насоса внесены новые элементы, представляющие собой кольцевые пружины, создающие постоянное напряжение в наиболее изнашиваемых полиуретановых элементах насоса, благодаря которому повышается их прочность и износостойкость. Энергия стальной пружины передаётся полиуретану на его упругую или высокоэластичную деформацию и сопутствующее упрочнение, которое срабатывает при абразивных воздействиях на полиуретан в процессе работы насоса.№1 (107) 2013

Рис. 3 Конструкция центробежного пульпового насоса марки «Verex»

Конструкция центробежного насоса марки «Verex», разработанного ЗАО «СОМЭКС», приведена на рис. 3. Насос состоит из корпуса 1, крышки 2, полиуретановой футеровки 3, переднего бронедиска 4, рабочего колеса 9 с дисками из полиуретана, буртика 10, опоясывающего центральное отверстие, кольцевой прямоугольной канавки 11 в поверхности диска рабочего колеса, системы уплотнения приводного вала 14, станины 15, приводного вала 16, узла подшипников приводного вала17, всасывающего пульпу патрубка 18. Равномерное распределение по окружности давления в полотне полиуретановых элементов достигается размещением в их центральной части кольцевых пружин 5, 6, 12, работающих на разжатие, в сочетании с расположенными по периферии замкнутыми стальными упорными кольцами 7, 8, 13, препятствующими распространению деформации полиуретана за пределами этих колец.

Предусмотрено также размещение по периферии кольцевых пружин, работающих на сжатие , в сочетании с внутренними упорными кольцами. Заданная величина напряжения сжатия полиуретана достигается за счёт выбора при изготовлении кольцевых пружин проката, соответствующего профиля, и марки рессорно-пружинной стали или количеством устанавливаемых пружин 5, располагая их концентрически между центральным отверстием 19 и упорным кольцом 7.

Насосы марки «Verex» могут перекачивать рудную пульпу плотностью до 2000 кг/м3 с крупностью частиц до 5 мм. Диапазон подачи пульпы – от 12,6 до 5400 м3/ч с развиваемым напором до 120 м, при температуре в пределах от +5° до +60°С. Конструкции насосов марки «Verex» с изложенными выше свойствами защищены патентами РФ.

www.somex.ru

Ключевые слова: элементов, долговечность, износостойкость, насосов, сомэкс, полиуретановых, ресурс, армирования, полиуретановые

Журнал "Горная Промышленность" №1 2013, с 90