Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ГИДРОАБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС НАСОСОВ РУДНИЧНОГО ВОДООТЛИВА

Долганов А. В., Тимухин С. А.,

2.3. Гидроабразивный износ лопаток рабочего колеса центробежного насоса

Наряду с дисками (особенно передним) лопатки рабочего колеса при взаимодействии их с загрязненной шахтной водой всегда подвергаются гидроабразивному изнашиванию. Очевидно, что этот износ обусловлен тангенциальными и нормальными составляющими силами косого удара твердых частиц о изнашиваемую поверхность.

В работе [97] приводятся зависимости потери массы металла лопаток ∆ единицей изнашиваемой поверхности:

(2.14)

где и  – коэффициенты, учитывающие прочностные свойства изнашиваемого материала и абразивные свойства твердых частиц;

 – концентрация твердых частиц;

 – угол встречи твердых частиц с изнашиваемой поверхностью.

Данная зависимость основана в том числе и на результатах опытного исследования износов шахтных центробежных насосов, проведенных А. И. Махининым путем анализа состояния 1473 насосов, поступивших на централизованный ремонт в течение 5 лет [99, 100]. При предварительном анализе было однозначно установлено, что срок службы насосов в основном зависит от состояния рабочего колеса и вала.

Дальнейший теоретический анализ привел к тому, что убыль материала изнашиваемой лопатки может быть выражена как зависимость

(2.15)

где  – диаметр твердых частиц;

 – скорость твердых частиц;

 – коэффициент пропорциональности;

 – число твердых частиц, попадающих на поверхность лопаток рабочего колеса;

 – угол встречи твердых частиц с изнашиваемой поверхностью.

В работе доказано, что случайная величина , имеет закон распределения Пуассона и определяется формулой:

(2.16)

Подставив выражение (2.16) в (2.15), получим формулу для определения интенсивности износа лопатки рабочего колеса:

(2.17)

Согласно вихревой теории центробежных насосов векторы относительных скоростей частиц жидкости смещены от касательной поверхности лопатки, а при перемещении потока гидросмеси несущей средой является вода, несомой – твердые частицы. Поэтому абсолютная скорость жидких частиц СВ (рис. 2.4) в рассматриваемой точке межлопаточного пространства больше средней абсолютной скорости гидросмеси ССМ, а последняя больше абсолютной скорости твердых частиц СТ.

Рис. 2.4 Векторная диаграмма распределения скоростей
в межлопаточном пространстве рабочего колеса центробежного насоса, работающего на загрязненной шахтной воде

На диаграмме линейная скорость U, абсолютная ССМ и относительные WCМ скорости гидросмеси образуют треугольник скоростей для гидросмеси по струйной теории центробежных насосов Л. Эйлера. По вихревой теории Г. Ф. Проскуры этот треугольник скоростей представляется иначе. Из-за влияния осевого вихря, возникающего при конечном числе лопаток, он представляется векторами U, ССМ и WCM. Соответственно треугольник скоростей жидких частиц составляется векторами, U, ССМ и WCM, а твердые частицы – векторами U, ССМ и WCM. Угол встречи твердых частиц с поверхностью лопаткиобразуется между векторами скорости WT и касательной лопатки в данной точке.

Удельный износ лопатки:

(2.18)

где  – плотность материала лопатки.

Технический ресурс лопатки, определяющий ресурс рабочего колеса:

(2.19)

где – толщина лопатки.

Из изложенного следует, что интенсивность износа рабочих колес находится в сложной функциональной зависимости от величины подачи центробежного насоса (расход гидросмеси QCM, воды QB и твердого материала QТ) и предопределена сочетанием других параметров рабочего режима. Износ рабочего колеса в значительной степени зависит от угла выхода лопатки. С его увеличением долговечность лопатки значимо возрастает.