"Уголь Украины" № 7,  2004 (571), с.20-23

 

ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ ЦНСШ 300-140...800  ДЛЯ ШАХТНОГО ВОДООТЛИВА

 

Э.Н. ТЕЛЕГУЗ, инж.  (ООО «Южный завод гидравлических машин»)

Ф.А. ПАПАЯНИ, Н.Б. ТРЕЙНЕР, кандидаты техн. наук (АОЗТ НПО «Хаймек»)

В настоящее время в системах шахтного водоотлива большинства шахт эксплуатируются чугунные насосы ЦНС 300-120…600 (номинальная подача 600 м³/ч, напор 120…600 м), разработанные Ясногорским машиностроительным заводом. Общий парк этих насосов на шахтах Украины составляет 1150 штук, из них около 30 % приходится на насосы ЦНС 300-600. Потребляемая насосами мощность составляет 660 МВт. С нарушением производственных связей с Россией изготовлением насосов типа ЦНС занялись многие предприятия Украины, не имеющие в большинстве случаев необходимого технологического и стендового оборудования. Это привело к тому, что показатели назначения и надежности насосов резко ухудшились. Наиболее распространенный насос ЦНС 300-600, по данным стендовых испытаний в НПО «Хаймек», имеет напор 565–575 м и КПД 63–65 % вместо предусмотренных ТУ соответственно 600 м и 70 %.

По заказу Минтопэнерго Украины НПО «Хаймек» (г. Донецк) совместно с заводом «Южгидромаш» (г. Бердянск) создали новый типоразмерный ряд насосов ЦНСШ 300-140...800 со значительно повышенными (по сравнению с насосами ЦНС 300-120..600) значениями напора, КПД и показателей надежности. Эти насосы предназначены для перекачивания воды и других нейтральных жидкостей с температурой до 70°С, водородным показателем рН = 5,5…8,5, массовой концентрацией твердых частиц до 1,5 %, размером до 1 мм, микротвердостью до 1,47 ГПа и суммарным содержанием сульфатов и хлоридов до 2 г/л.

Насосы ЦНСШ 300 горизонтальные, секционные, многоступенчатые, с односторонним расположением рабочих колес (рис. 1). Ротор опирается на две опоры качения со сферическими двухрядными шарикоподшипниками, смазываемыми консистентной смазкой. Осевое усилие ротора воспринимается узлом гидравлической разгрузки специальной конструкции. Концевые уплотнения вала сальникового типа. Передача вращения насосу от электродвигателя осуществляется через упругую втулочно-пальцевую муфту.

Рис. 1. Насос ЦНСШ 300-140...800: 1 — вал; 2 — опоры качения; 3 — концевые уплотнения вала; 4 — рабочее колесо; 5 — секция; 6 — направляющий аппарат; 7 — узел гидравлической разгрузки.

По сравнению с ЦНС 300-120...600 насосы ЦНСШ 300-140...800 имеют следующие конструктивные особенности:

– применена более совершенная экспериментально отработанная геометрия проточной части рабочих колес и направляющих аппаратов;

– крепление деталей ротора на валу исключает попадание воды между валом и ступицей колес, что предотвращает их «прикипание» к валу и позволяет производить многократные разборки и сборки насоса при проведении текущих и капитальных ремонтов без разрушения основных деталей;

– вода из камеры разгрузки отводится в полость переднего кронштейна, чем предотвращается подсос воздуха через сальниковое уплотнение;

– основные детали проточной части насоса изготовлены из высоколегированных сталей и сплавов, обеспечивающих повышенные показатели по коррозионной и гидроабразивной износостойкости;

– высокая чистота поверхностей литых деталей проточной части (литье по выплавляемым моделям) и динамическая балансировка ротора обеспечивают минимальные гидравлические потери и низкий уровень вибрации.

Основные параметры насосов в номинальном режиме (при подаче  300 м³/ч и частоте вращения 1480 мин^-1) приведены в табл. 1, а их рабочие характеристики – на рис. 2, на котором обозначено: Q — подача; H — напор;  h — КПД насоса; ?h_д — допускаемый кавитационный запас; Z_ст — число ступеней насоса; N_ст — мощность, потребляемая одной ступенью.

Таблица 1

Наименование показателя	Значение показателей для насосов ЦНСШ
	300-140	300-210	300-290	300-360	300-430	300-500	300-570	300-650	300-720	300-800
Напор, м	143	214	286	358	430	500	572	645	715	800
Мощность, потребляемая насосом, кВт	150	225	300	375	450	525	600	675	750	825
Коэффициент полезного действия, %	74	75	75	76	76	77	77	78	78	79

Примечание:     Допускаемый кавитационный запас 3,5 м при коэффициенте запаса R = 1,2.

 

Опытно-промышленная партия насосов ЦНСШ 300-140...720 в количестве 7 штук в 1999–2000 г.г. успешно прошла приемочные испытания на шахтах ГП «Донбассантрацит». Два опытных образца насоса ЦНСШ 300-800 в 2001–2003 г.г. прошли приемочные испытания на шахте им. В.В. Вахрушева ГП «Ровенькиантрацит». За время испытаний насосы наработали от 4500 до 14100 ч машинного времени и после окончания испытаний продолжали успешно эксплуатироваться. Режимы работы насосов охватывали диапазон подач от 250 до 340–400 м³/ч. На всех режимах насосы работали стабильно, заметного изменения рабочих параметров за период испытаний не произошло. Замена сальниковой набивки производилась в среднем через 4000 ч работы. По данным испытаний насосы ЦНСШ 300 (по сравнению с насосами ЦНС 300) имеют при номинальной подаче напор на ступень выше на  20–25 %, КПД больше на  10–15 % и в 3–5 раз более высокие показатели надежности. У них средняя наработка на отказ 6500 ч, установленный средний ресурс до капитального ремонта 12500 ч. Насосы просты в эксплуатации, экономичны и не требуют постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Преимущества насосов ЦНСШ 300 по сравнению с ЦНС 300 видны из сопоставления параметров и характеристик ЦНСШ 300-570 и ЦНС 300-600 (табл. 2, рис. 3), полученных в результате стендовых и промышленных испытаний. Насос ЦНСШ 300-570 при номинальной подаче 300 м³/ч имеет напор на ступень на  25 % и КПД на 12 % выше, чем у насоса ЦНС 300-600 производства ОАО «Донецкгормаш», а также более высокую всасывающую способность. При этом у насоса ЦНСШ 300-570 средняя наработка на отказ в 13 раз и средний ресурс до капитального ремонта в 3–4 раз выше, чем у насоса ЦНС 300-600.

 

Годовая экономия электроэнергии при эксплуатации насоса ЦНСШ 300-570 по сравнению с насосом ЦНС 300-600 составляет 670 тыс. кВт?ч (при продолжительности работы 5500 ч в год) и соответственно экономия затрат на электропотребление 22,7 тыс. дол. США, что в 1,25 раза превышает стоимость насоса ЦНСШ 300-570. Таким образом, затраты на приобретение насосов ЦНСШ 300 только за счет экономии электроэнергии окупается менее, чем за год.                                                                               

          Таблица 2

Наименование показателя	Тип насоса
	ЦНСШ 300-570	ЦНС 300-600
Частота вращения, об/мин	1480	1475
Подача, м3/ч	300	300
Напор, м	570	570
Число ступеней	8	10
Напор ступени, м	72	57
Потребляемая мощность, кВт	600	716
КПД, %	77	65
Допускаемый кавитационный запас, м	3,5	4,5
Масса, кг	2740	2410
Средняя наработка на отказ, ч	6500	500
Средний ресурс до капитального ремонта, ч	12500	3800

Применение насосов ЦНСШ 300 позволило на 30 % увеличить по напору поле режимов, покрываемых насосами с синхронной частотой вращения 1500 мин^–1, и отказаться от применения насосов ЦНС 300-650 и ЦНС 300-780 производства Ясногорского машзавода с синхронной частотой вращения 3000 мин^–1, которые в шахтных условиях имеют низкую надежность и требуют дополнительной установки подпорного насоса.

Более половины выпущенных насосов введены в эксплуатацию при участии НПО «Хаймек». Они эксплуатируются в ГП «Донбассантрацит», «Макеевуголь», «Красноармейскуголь», «Селидовуголь», «Ровенькиантрацит», на шахтах «Комсомолец Донбасса» и «Краснолиманская».

В процессе ввода насосов в эксплуатацию проверялось качество монтажных работ. На установившемся режиме определялись рабочие параметры насоса, оценивалось состояние подшипниковых узлов, вибрационное состояние и работа концевых уплотнений. В случае каких-либо отклонений от требований технической документации принимались меры по их устранению.

За всеми введенными в эксплуатацию насосами НПО «Хаймек» ведет постоянное наблюдение. Наработки вышедших из строя насосов, до появления необходимости заводского ремонта, приведены в табл. 3.

Таблица 3

Типоразмер насоса	Зав. №	Место эксплуатации	Ресурс до ремонта, ч
ЦНСШ 300-650	1	Шахта «Краснолучская»	15560
ЦНСШ 300-430	7	Шахта «Княгининская»	25650
ЦНСШ 300-430	9	Шахта им. «Известий»	11600
ЦНСШ 300-720	19	Шахта «Миусинская»	12000
ЦНСШ 300-720	37	Шахта им. Г. Димитрова	11000
ЦНСШ 300-720	38	Шахта «Комсомолец Донбасса»	8480
ЦНСШ 300-720	43		9270
ЦНСШ 300-650	56	Шахта «Центральная»	8600
В среднем			14020

Основные причины отказов насосов: выход из строя подшипников, который иногда приводит к срезанию вала из-за заклинивания разрушенного сепаратора; износ защитной втулки сальникового уплотнения; зарастание каналов рабочих колес и направляющих аппаратов при откачке жестких вод с большим содержанием солей кальция и магния, которое ведет к снижению напорной характеристики и, соответственно, подачи насоса, и предельный износ колец разгрузки. Следует отметить низкое качество подшипников 1320 со штампованными стальными сепараторами и в то же время безотказность работы подшипников с латунными сепараторами, а также подшипников шведской фирмы SKF.

Ревизия насосов, поступивших на капитальный ремонт через 10–15 тыс. часов наработки, показала, что проточная часть рабочих колес и направляющих аппаратов за указанный период эксплуатации практически не изнашивается. Размеры поверхностей щелевых уплотнений рабочих колес остаются в пределах допусков. Износ поверхностей втулок, образующих щелевое уплотнение перед гидропятой, и колец разгрузки гидропяты не превышает 0,2 мм, износ защитных втулок сальниковых уплотнений составляет 2–4 мм на диаметр на длине до 15 мм.

Наблюдения показали, что примерно четвертая часть насосов ЦНСШ 300 работает при подачах, значительно превышающих рабочий диапазон 180–340 м³/ч. Причина таких явлений заключается в том, что многие эксплуатационники, привыкшие к насосам типа ЦНС, у которых при низком качестве изготовления быстро снижается напорная характеристика, заказывают насосы с заведомо большим напором, чем это требуется по расчетному режиму работы водоотливной установки. При использовании насосов ЦНСШ 300, имеющих стабильную напорную характеристику, это приводит в лучшем случае к перерасходу электроэнергии, в худшем – к работе в кавитационном режиме. Очевидно, выбору и заказу необходимого типоразмера насоса должно предшествовать обследование и расчет конкретной водоотливной системы, для которой он предназначается.

При полной замене существующего в Украине парка насосов ЦНС 300 на ЦНСШ 300 потребляемая насосами мощность снизится на 116 МВт и соответственно расходы на электроэнергию — на сумму, эквивалентную  22 млн. дол. США в год. Если учесть, что срок службы насосов ЦНСШ 300 в  4–5 раз выше, чем у ЦНС 300, издержки на приобретение и эксплуатацию новых насосов, несмотря на более высокую цену, значительно сократятся, и в перспективе потребность в обновлении парка водоотливных насосов уменьшится в 3–4 раза. Учитывая, что за счет более высокого КПД насосы ЦНСШ 300 при одинаковых (или близких) напорах требуют установки электродвигателей меньшей мощности, может быть получена дополнительная экономия капитальных затрат в 13–15 %. Все это даст угольной отрасли значительную экономию материальных и трудовых ресурсов.

НПО «Хаймек» по договору с заводом «Южгидромаш» обладает эксклюзивным правом поставки насосов ЦНСШ 300. Поставка осуществляется по заводским ценам с оказанием комплекса сервисных услуг, включающих обследование и расчеты шахтных водоотливных систем, выполнение шефмонтажных и наладочных работ, обучение обслуживающего персонала.