ИССЛЕДОВАНИЕ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ МУТНЫХ ЧАСТИЦ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ

АННОТАЦИЯ

В работе исследован гидроабразивный износ деталей центробежных насосов (Д6300-80 и 200Д-90) на ирригационных насосных станциях. Установлено, что интенсивность износа зависит от параметров потока, свойств материала и конструктивных особенностей. Наибольшие повреждения наблюдались на выходных кромках лопастей, уплотнительных кольцах и защитных втулках. Износ привел к увеличению уплотняющих зазоров до 3,3 мм и снижению производительности насосов на 80 л/с за поливной сезон. Результаты подчеркивают необходимость оптимизации конструкции и мониторинга состояния для повышения надежности оборудования.

ABSTRACT

The study investigates the hydroabrasive wear of centrifugal pump components (D6300-80 and 200D-90) at irrigation pumping stations. It was found that wear intensity depends on flow parameters, material properties, and structural features. The most significant damage was observed on the trailing edges of blades, sealing rings, and protective sleeves. Wear led to an increase in sealing gaps up to 3.3 mm and a decrease in pump performance by 80 L/s during the irrigation season. The findings highlight the need for structural optimization and condition monitoring to enhance equipment reliability.

Ключевые слова: центробежный насос, рабочее колесо, твёрдые частицы, гидроабразивный износ, гидравлические сопротивления, скорость, поток, зазор, кавитационно-абразивный износ, напор, подача воды.

Keywords: centrifugal pump, impeller, solid particles, hydroabrasive wear, hydraulic resistance, velocity, flow, clearance, cavitation-abrasive wear, head, water supply.

Введение: В нашей стране проектированием насосных агрегатов в водопрёмных камерах насосных станций занимаются давно. В этом отношении было проведено множество экспериментальных исследований. Одновременно с тем, что исследования проводились экспериментально, они обобщались и разрабатывались рекомендации, например, в пособии «Инструкция по проектированию насосных станций на ирригационных сооружениях», разработанном Институтом проектирования водного хозяйства Министерства Водного хозяйства имеется раздел, посвященный проектированию и расчетам водоприемных агрегатов с камерами. Он составлен с учетом результатов проведенных исследований.

Износ рабочих деталей насоса при обтекании его гидроабразивным пото­ком происходит в результате срезания микростружек металла абразивными час­тицами, а также за счет выбивания отдельных микрообъемов материала. В ра­ботах [1,2,4] приводится теория оценки износа твердых тел, исходя из усталост­ной природы этого явления. При этом указывается, что при оттеснении мате­риала возможно отделение частиц металла вследствие малоцикловой усталости.

Используя основные положения, приведенные в работах [3,4] тео­ретический анализ механизма гидроабразивного износа проведем с учетом следующих условий:

а) поток жидкости имеет установившийся бескавитационный режим;

б) все частицы наносов однородны и находятся в потоке во взвешенном состоянии;

в) насыщенность потока наносами относительно невелика, так что она не изменяет характера и свойств потока;

г) материал изнашиваемой лопасти имеет постоянные физико-механиче­ские свойства и однородную структуру;

д) в рассматриваемом промежутке времени не происходит откола или вы­лома крупных частей изнашиваемой детали, т.е. процесс рассматривается при неизменном механизме гидроабразивного износа во времени.

При описанных выше условиях детали насоса будет подвергаться гидро­абразивному износу, интенсивность которого определяются в основном пара­метрами гидроабразивного потока, свойствами изнашиваемого материала и конструктивными особенностями обтекаемых поверхностей. В результате вне­дрения твердой частицы в материал лопасти изношенная поверхность будет иметь впадины в виде лунок. Размеры лунок для одного и того же металла зави­сит от скорости соударения абразивной частицы V, от угла атаки a, от размера и твердости абразивной частицы.

Опыт эксплуатации центробежных и осевых насосов показал, что межремонтный срок службы их не превышает одного поливного сезона. Одной из основных причин снижения эксплуатационных параметров центробежных насосов является интенсивное изнашивание лопаток и уплотняющих зазоров рабочего колеса в гидроабразивной среде. Для получения фактического материала в течение одного поливного сезона изучалось изнашивание деталей центробежных насосов Д6300-80 (насосные станции «Дустлик» и «Мустакиллик-1») и 200Д-90 (насосная станция «Хожабосмон»).

Методика исследований: Перед пуском к работе подопытные насосы подвергались частичной разборке и производились замеры первоначальных размеров толщины входных и выходных кромок лопастей и дисков рабочих колес по заранее размеченным точкам. Толщина лопастей измерялась с помощью специально изготовленной индикаторной вилкой в пяти точках по шести сечениям. Диаметры уплотняющего кольца и диска рабочего колеса измерялись в четырех местах, по двум взаимно перпендикулярным диаметрам окружности.

Результаты исследований: Результаты микрометража рабочих деталей насосов показали, что лопасти рабочего колеса по длине изнашиваются неравномерно как по величине, так и по форме. Как видно из рис. 1,а после 2680 часов работы насоса во входной части толщина износа лопастей рабочего колеса составляет незначительную величину, т.е. 0,3…0,5 мм. В выходной части величина износа лопастей по толщине возросла до 2,6…2,86 мм, что можно объяснить результатом увеличения кинетической энергии твердых частиц и местной концентрации их на рабочей поверхности лопасти вследствие возрастания величин центробежной и Кориолисовой сил по радиусу рабочего колеса. В зоне выходных кромок на рабочих поверхностях лопастей наблюдались более выраженные углубленные ряды борозд глубиной до 1,5 мм, которые являются результатом срезающих свойств твердых абразивных частиц, находящихся в воде. На тыльных поверхностях лопастей заметных следов износа не наблюдалось. В рабочих колесах насосов насосной станции «Мустакиллик-1» входные кромки лопастей приняли пилообразную форму с глубокими сглаженными ущерблениями по всей ширине. Это объясняется тем, что в подводящие трубопроводы иногда при дождливой погоде поступают более крупные твердые частицы донных наносов, которые имели места для данной станции.

Внутренние поверхности дисков рабочего колеса также изнашивались неравномерно как по радиусу, так и по ширине канала. Наибольший износ внутренней поверхности дисков оказался вблизи рабочих поверхностей лопастей при выходе (2,17 мм).

Рисунок 1. Графики зависимости толщины износа лопастей от радиуса рабочего колеса (а) и величины уплотняющего зазора ее от продолжительности работы (б) центробежных насосов:

1-3 – для насоса Д6300-80 насосной станции «Дустлик», 2-для насоса Д6300-80 насосной станции «Мустакиллик-1», 4-для насоса 200Д-90 насосной станции «Хожабосмон»

В спиральном отводящем устройстве максимальный гидроабразивный износ наблюдался в местах сопряжения с диффузором, т.е. области «языка», а также на стенках ее по всей длине, которые имели чешуйчатые формы. Увеличение шероховатости поверхности отводящего устройства вследствие износа приводит к снижению напора насоса из-за увеличения гидравлического сопротивления её проточной части.

Значительному износу подвергались защитные втулки в местах расположения сальников. Хотя износ защитных втулок в меньшей мере сказывается на характеристиках насоса, но способствует большой потере металломасссы и замены их на новые.

Более существенное влияние на эксплуатационные показатели центробежных насосов оказывает величина зазора между уплотнительным кольцом и наружным ободом диска рабочего колеса. Поверхности уплотнительных колес рабочего колеса в результате износа приняли неравномерный волнистый вид с чешуйчатой формой. Наибольший износ рабочей поверхности уплотнительного кольца происходит на месте угла поворота потока в концевой ее части, которая имела канавкообразную форму по радиусу. По-видимому, при входе потока в щель происходит сжатие струи, которое приводит к увеличению величины местной скорости и снижению давления до критического значения. Это приводит к образованию кавитационных каверн в зазоре, что является усилением интенсивности износа в концевой части поверхности уплотнительного кольца. Кроме того, от вращение диска возникает вихреобразное движение потока, что является дополнительным источником интенсификации износа.

На рис.1,б представлена динамика увеличения уплотняющих зазоров рабочих колес центробежных насосов марки Д6300-80 и 200Д-90. Наиболее интенсивное увеличение зазора от воздействия кавитационно-абразивного щелевого потока происходит в начальные периоды эксплуатации. Максимальная величина зазора после 2000 часов работы насоса составляет 3,1….3,3 мм [6].

Выводы: Для выяснения причин снижения водоподачи насоса Д6300-80 проведены испытания агрегата №3 насосной станции “Дустлик”. В результате установлено, что изменение напора в течение поливного сезона было незначительно, т.е. на 3,5…4,2 м. Водоподача насоса, рассчитанная по величине средней скорости потока в трубопроводе, измеренная с помощью трубки Пито, в начале работы была равна 1,5 м³ /с, а в конце поливного сезона уменьшилась до 1,42 м³ /с, т.е. на 80 л/с. Это является следствием увеличения уплотняющих зазоров рабочего колеса, что подтверждается расчетами [7,8].

Список литературы:

1. Карабаев А., Шерматов Р. Анализ качественных показателей работы тциркулятсионной камеры для гидромеханических установок //Евразийский журнал академических исследований. – 2022. – Т. 2. – №. 13. – С. 1131-1135
2. Мамажанов М. Анализ эксплуататсионных условий работы насосных стантсий сельскохозяйственного назначения //Вестник аграрной науки Узбекистана. – 2004
3. Мамажонов М., Шакиров Б. М., Мамажонов А. М. Результаты исследований режима работы тсентробежных и осевых насосов //Ирригатсия ва Мелиоратсия. – 2017. – №. 1. – С. 28-31. (1), 28-31
4. Rakhmatillo S., Yunusbek S. Analysis of studies on the water supply department of irrigation pumping stations //Universum: технические науки. – 2022. – №. 4-12 (97). – С. 33-34.
5. Rakhmatillo S., Yunusbek S. Analysis of studies on the water supply department of irrigation pumping stations //Universum: texnicheskie nauki. – 2022. – №. 4-12 (97). – С. 33-34. (4-12 (97)), 33-34.