Результаты опытно-промышленных испытаний секционного насоса GP-200/11x500-m

Разработка месторождений полезных ископаемых открытым и подземным способом в подавляющем большинстве случаев сопровождается поступлением воды в горные выработки из подземных водоносных горизонтов, а также путём 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 выходит 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 объёма 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 о его полной привязке 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 соединений

Рис.2. Расчет прогиба ротора

Рис. 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 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 после ревизионном 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.

О.И. Бражник, заместитель начальника управления оборудования для горнометаллургического комплекса АО «ГИДРОМАШСЕРВИС»(Группа ГМС)
А.А. Руденко, начальник бюро насосов по стандартам API, ООО «УК «Группа ГМС»

Список литературы

1. Гришко А.П. Стационарные машины. Том 2. Рудничные водоотливные, вентиляторные и пневматические установки - Москва, издательство «Горная Книга», 2007 – 239 с. ISBN 978-5-98672-049-4.
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 № 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).


Назад в раздел