Определение рациональных параметров грунтовых насосов для развития гидромеханизации в регионе КМА

В технологических схемах гидромеханизации на карьерах КМА в качестве транспортирующих машин в настоящее время применяются в основном грунтовые насосы 20Р-11М и 20ГрТ-8, созданные 25-30 лет назад для условий гидротехнического строительства с учетом транспортирования высокоабразивных грунтов и отходов обогащения. Они не отвечают полностью условиям транспортирования пород вскрыши, имеют низкий напор (*60-^76м) и к.п.д. (®56-?60%), высокую энергоемкость, что существенно снижает рентабельность вскрышных работ и конкурентоспособность по сравнению с железнодорожным транспортом, который непрерывно модернизируется.

Для существенного повышения эффективности схем гидромеханизации на карьерах КМА необходима разработка специального гидротранспортного оборудования, наиболее полно удовлетворяющего условиям эксплуатации. Учитывая, что основной объем вскрыши (до 70%) составляют мело-мергельные и суглинистые породы в смеси с мелкозернистыми песками со сравнительно невысокой абразивностью, для ведения вскрышных работ на карьерах КМА необходимы грунтовые насосы с более высокими напорами и к.п.д.

К основным техническим параметрам грунтовых насосов, кроме главного параметра –расхода, относятся напор, число оборотов и мощность.

Исходя из потребностей карьеров КМА следует, что расход гидротранспортных установок (по гидросмеси) колеблется в пределах 3400-12000 м3/ч. [1-6]. Определение напора производится в зависимости от потребности карьеров и технико-экономических расчетов. Диапазон суммарного напора колеблется в пределах 100-650 м. Выбор числа оборотов диктуется расчетами износостойкости, габаритами машин и их стоимостью. Величи- на мощности определяется принятыми значениями расхода и напора и согласовывается с существующим рядом электродвигателей.

В настоящее время отсутствуют систематизированные данные по абразивному воздействию смеси мело-мергельных пород с мелкозернистыми песками на рабочие органы грунтовых насосов. Тем не менее, имеющиеся материалы позволяют принять, что абразивность этих пород не выше абразивности углей с естественными включениями породных прослойков. В углесосостроении при расходах 1400м3/ч и более принимают напор на одно колесо до 175 м при достаточно надежной работе углесоса.

Учитывая малообразивность пород карьеров КМА по сравнению с песчаными грунтами и вышеизложенными данными по работе углесосов, представляется возможность поднять напор грунтовых насосов до 90-150 м вод.ст. На выбор величины напора оказывает влияние допустимое значение к.п.д. машины. Величина к.п.д. насоса в основном связана с коэффици- ентом быстроходности n

3,65 n Q

3 H ⁴

Из опыта известно, что для получе-

ния к.п.д. Т] > 70% необходимо иметь n 70 . Быстроходность n , кроме на- пора, зависит от числа оборотов и подачи. Поскольку значения подач насосов параметрического ряда уже определены, то остается вопрос о выборе числа оборотов [1-6].

Известно, что при изменении числа оборотов скорости на подобных режимах пропорциональны числу оборотов. Износы по времени для таких режимов пропорциональны кубу числа оборотов. Отсюда можно предположить, что износ рабочих органов, отнесенный к единице перекачиваемого грунта, должен быть пропорционален квадрату числа оборотов [2].

В результате проведенного анализа предлагается проект параметриче- ского ряда одноступенчатых консольных грунтовых насосов для ведения вскрышных работ комплексами гидромеханизации на карьерах КМА, основные параметры которых приводятся в табл. 1.

Таблица 1.

Основные параметры рекомендуемого параметрического ряда грунтовых насосов

№ п/п	s с и © © Рн	н о © й S д © се щ	Й © © © * Я У	s g © * й S © & н н О © о S	и 5 - 5 3® « 2   © 5 О “ Я 2 5 -е © ж м ® ^55 В Й	4 5 И s	s Н 5 S “ © © к so© © я 2 S	1  у и к S о S 5 а я я © ©" © у ® о © g © 5 м S * £ д
1	4000	100	600	6,8	70	1960	2500	300
		145	750	5,9	70	2900	3200	300
2	7000	100	500	7,5	70	3060	4000	360
		150	600	7,0	70	4900	6300	360
3	12000	90	300	5,0	70	4100	4400	350
		150	500	7,5	70	8050	10000	440

Покрываемое этими грунтовыми насосами поле режимов показано на рис. 1.

Рис. 1. Сводный график расходов и напоров грунтовых насосов для транспортирования рыхлой вскрыши карьеров КМА

Отличительной особенностью предлагаемого параметрического ряда является то, что проточная часть всех грунтовых насосов имеет одну конструктивную модель. Другая отличительная особенность предлагаемого ряда состоит в том, что при одной и той же производительности разные диапазоны напоров (90-150 м) получаются за счет изменения числа оборотов двигателя. При этом конструкция насосов должна проектироваться на наибольший напор – 150 м. Одним из важных параметров землесосных установок является их масса. В таблице 2 приведены ориентировочные значения массы насосов, электродвигателей и агрегатов в целом для землесосных установок параметрического ряда.

Таблица 2.

Масса насосов, электродвигателей и агрегатов параметрического ряда

№ п/п	Расход, м3/ч	Напор, м.вод.ст.	Масса насоса, т	Масса электродвигателя, т	Масса агрегата, т
1	4000	100-150	16	17-20	35-40
2	7000	100-150	29	32	65
3	12000	90-150	52	58	115

Как видно из табл. 2, землесосные установки при подаче 7000 м3/ч и более будут иметь массу свыше 60 т. Поэтому такие установки должны быть либо стационарными, что возможно при их работе на второй или третьей ступени, либо в забое должны иметь собственные средства для перемещений (гусеничный или шагающий ход).

Предлагаемый проект параметрического ряда полностью покрывает поле потребных режимов вскрышных работ на карьерах КМА и в большинстве случаев необходимый напор будет обеспечен двумя-тремя последовательно работающими насосами. При этом на первой ступени целесообразно ставить низконапорный грунтовый насос (Н=60-70 м) с высокой всасывающей способностью, а на второй – высоконапорный (Н=90-150м).

Институтом НИИКМА в сотрудничестве с другими организациями были проведены работы по совершенствованию применяемого в настоящее время землесоса 20Р-11М (Q=3800 м3/ч, Н=62 м). В результате научноисследовательской работы была создана и испытана новая модернизированная модель грунтового насоса Гр-4000/90, которая должна была заменить действующие землесосы 20Р-11М. В процессе опытнопромышленных испытаний были достигнуты планируемые параметры первого ряда (табл. 1).

Дальнейшие работы в связи со сложившимися финансовыми трудностями были прекращены, и в настоящее время Лебединским ГОКом принято решение о приобретении грунтовых насосов с подобными параметрами зарубежной компании Веир Минералс, первый образец которого работает в хвостовом хозяйстве комбината.

Применение этих насосов вместо применяемых 20Р-11М позволит увеличить напор на 15 м, довести межремонтный период до 5000 часов (в 10-15 раз выше по сравнению с 20Р-11М), сократить в 20 раз расход воды на отжим в сальниковых уплотнениях, значительно увеличить надежность работы гидротранспортной системы, получить существенную экономию ресурсов за счет ремонтов и электроэнергии, улучшить качество и безопасность труда.

Проведенные исследования по определению рациональных параметров грунтовых насосов для гидромеханизации открытых горных работ послужили основанием для применения новых конструкций гидроагрегатов отечественного и зарубежного производства. Промышленное использование нового насосного оборудования показало их высокие эксплуатационные характеристики при проведении вскрышных работ и перекачки отходов обогащения на Лебединском ГОКе. В дальнейшем необходимо продолжить работу по созданию нового насосного оборудования на отечественных предприятиях, используя результаты проведенных исследований.