ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСА РАБОЧЕГО КОЛЕСА ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ И ВЫБОР СПОСОБА ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ РАБОЧЕГО КОЛЕСА НАСОСА

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается исследование износа рабочего колеса центробежных насосов в медно-обогатительных фабриках Алмалыкского горно-металлургического комбината и выбор способа повышения износостойкости рабочего колеса насоса.

ABSTRACT

The article discusses the study of the wear of the impeller of centrifugal pumps in the copper processing plants of the Almalyk Mining and Metallurgical Combine and the choice of a method to increase the wear resistance of the pump impeller

Ключевые слова: рабочее колесо, цетробежные насосы, керамика, полимеры, абразивные частицы, износ, производительность насоса, износостойкость, напыленный графит

Keywords: impeller, centrifugal pumps, ceramics, polymers, abrasive particles, wear, pump performance, wear resistance, sputtered graphite

Введение. Насос называется механическим устройством, которое передает энергию (механическую, электрическую) в жидкость для увеличения скорости потока и давления этой жидкости [2].

С течением времени происходит неизбежный износ рабочего колеса магистрального насоса, что приведёт к снижению его напора. В допустимых пределах снижение к.п.д. насоса целесообразно увеличивать частоту вращения насоса, восстанавливая требуемый напор, однако такое решение только сильнее приводит к износу рабочих поверхностей колеса центробежного насоса [1,3]. Износ рабочего колеса центробежных насосов от абразивных материалов является распространенной проблемой, особенно если насос используется для перекачки жидкостей с высоким содержанием твердых абразивных частиц, таких как песок, шлам или глина. Абразивные частицы могут приводить к постепенному износу и повреждению рабочего колеса, что в конечном итоге может привести к снижению производительности насоса и его поломке.

Для повышения износостойкости рабочего колеса центробежных насосов от абразивных материалов можно применять следующие способы:

1. Использование износостойких материалов - износостойкие сплавы, керамика, полимеры с высокой стойкостью к абразивному износу, могут быть эффективными вариантами. Такие материалы должны иметь высокую твердость, прочность и устойчивость к коррозии.
2. Нанесение защитных покрытий - некоторые покрытия могут улучшить износостойкость рабочего колеса. Например, нанокерамические покрытия или полимерные покрытия с высокой твердостью и стойкостью к абразивам могут предотвратить непосредственный контакт абразивных частиц с материалом рабочего колеса.
3. Усиление конструкции - повышение прочности и устойчивости рабочего колеса путем изменения его конструкции может помочь улучшить его износостойкость. Это может включать увеличение толщины рабочего колеса, усиление ключевых зон, добавление усиленных направляющих лопаток и других деталей.

Методология и результаты. Рассмотрим преимущества и недостатки каждого способа.

1. Использование износостойких материалов для рабочего колеса центробежного насоса имеет свои преимущества и недостатки.

Преимущества:

• Улучшенная износостойкость: Износостойкие материалы обладают высокой стойкостью к абразивному износу, что позволяет им дольше сохранять свою форму и эффективность при работе с абразивными материалами. Это приводит к увеличению срока службы рабочего колеса и снижению необходимости его замены.
• Устойчивость к коррозии: Некоторые износостойкие материалы также обладают высокой устойчивостью к коррозии, что особенно важно при перекачке агрессивных жидкостей. Это позволяет рабочему колесу сохранять свою целостность и производительность даже при воздействии коррозионных сред.
• Снижение операционных затрат: Использование износостойких материалов может снизить операционные затраты, связанные с частой заменой рабочего колеса и простоем насоса. Увеличенный срок службы рабочего колеса позволяет сократить расходы на замену деталей и повысить надежность работы насоса.

Недостатки:

• Высокая стоимость: Износостойкие материалы обычно имеют более высокую стоимость по сравнению с традиционными материалами, используемыми для рабочих колес. Это может повлечь за собой дополнительные затраты при приобретении и замене деталей.
• Ограниченный выбор материалов: Не все материалы могут быть подходящими для конкретного насоса или условий эксплуатации. Ограниченный выбор износостойких материалов может ограничить возможности оптимизации производительности насоса.
• Чувствительность к другим факторам: Износостойкие материалы могут быть более чувствительны к другим факторам, таким как удары, вибрации или высокие температуры. Необходимо тщательно рассмотреть совокупность условий эксплуатации и свойств материала, чтобы убедиться в его пригодности для конкретного применения.

В целом, использование износостойких материалов для рабочего колеса центробежного насоса является эффективным способом повышения его износостойкости при работе с абразивными материалами.

Нанесение защитных покрытий на рабочее колесо центробежных насосов является одним из способов защиты от абразивных материалов. Эти покрытия создают дополнительный слой материала на поверхности рабочего колеса, который обладает высокой стойкостью к абразивному износу. Вот некоторые популярные методы нанесения защитных покрытий:

1. Полимерные покрытия: Полимерные материалы, такие как полиуретаны или полиамиды, могут быть нанесены на поверхность рабочего колеса с использованием различных методов, таких как покрытие вакуумом, напыление или краска. Эти покрытия обладают хорошей абразивной стойкостью и защищают основной материал от прямого контакта с абразивными частицами.
2. Керамические покрытия: керамические покрытия, такие как оксиды алюминия или карбиды кремния, обладают высокой твердостью и стойкостью к абразивному износу. Они могут быть нанесены на поверхность рабочего колеса с помощью процессов плазменного напыления или электрохимического осаждения.
3. Нанокерамические покрытия: нанокерамические покрытия представляют собой тонкие слои керамических материалов, нанесенных на поверхность рабочего колеса на молекулярном уровне. Они обладают высокой твердостью, стойкостью к абразивному износу и химической стойкостью.

Преимущества нанесения защитных покрытий на рабочее колесо центробежных насосов включают:

• Защита от прямого контакта с абразивными материалами, что позволяет увеличить срок службы рабочего колеса.
• Повышение эффективности использования насоса и поддержание его производительности на более длительный период времени.
• Снижение операционных расходов за счет уменьшения затрат на замену изношенного рабочего колеса.
• Недостатки нанесения защитных покрытий могут включать:
• Дополнительные затраты на нанесение покрытия и его обслуживание.
• Возможность отслоения или износа покрытия со временем, особенно при интенсивной работе с абразивными материалами.

Усиление конструкции рабочего колеса центробежного насоса является одним из способов защиты от абразивных материалов. Это включает изменение формы, толщины и деталей рабочего колеса, чтобы повысить его износостойкость. Приводим некоторые достоинства и недостатки усиления конструкции рабочего колеса:

Достоинства:

• Улучшенная износостойкость: усиление конструкции позволяет рабочему колесу выдерживать более высокие уровни абразивного износа. Это может значительно увеличить его срок службы, что приводит к снижению простоев и затрат на замену деталей.
• Улучшенная прочность: усиление конструкции рабочего колеса повышает его прочностные характеристики и устойчивость к механическим нагрузкам. Это особенно важно при работе с абразивными материалами, которые могут вызывать удары, вибрации и другие вредные воздействия.
• Улучшенная стабильность и производительность: усиление конструкции рабочего колеса может способствовать улучшению гидродинамического профиля и стабильности работы насоса. Это помогает поддерживать высокую производительность и эффективность даже при работе с абразивными материалами.

Недостатки:

• Дополнительный вес и габариты: усиление конструкции может привести к увеличению веса и габаритов рабочего колеса. Это может требовать соответствующих изменений в конструкции насоса и его подшипниковой системы, а также привести к увеличению энергозатрат на привод насоса.
• Усложнение процесса производства: усиление конструкции рабочего колеса может требовать более сложных технологических процессов и специализированного оборудования для его изготовления. Это может повлечь за собой повышение стоимости и сложность производства.
• Улучшенная стабильность и производительность: усиление конструкции рабочего колеса может способствовать улучшению гидродинамического профиля и стабильности работы насоса. Это помогает поддерживать высокую производительность и эффективность даже при работе с абразивными материалами.

Недостатки:

• Дополнительный вес и габариты: Усиление конструкции может привести к увеличению веса и габаритов рабочего колеса. Это может требовать соответствующих изменений в конструкции насоса и его подшипниковой системы, а также привести к увеличению энергозатрат на привод насоса.
• Усложнение процесса производства: Усиление конструкции рабочего колеса может требовать более сложных технологических процессов и специализированного оборудования для его изготовления. Это может повлечь за собой повышение стоимости и сложность производства.

Заключение. Предлагаемый нами метод повыщения износостойкости рабочего колеса насоса это графитное покрытие поверхности рабочего колеса методом напыления графита. Процесс напыления графита может быть выполнен с использованием различных методов, таких как плазменное напыление, напыление вакуумом или напыление из газовой фазы.

Преимущества:

• Устойчивость к износу: графит имеет хорошие антифрикционные и смазывающие свойства, что делает его эффективным в защите рабочего колеса от износа, вызванного абразивными материалами.
• Улучшенная производительность: напыленный графит на рабочем колесе может снизить трение и износ, что в результате улучшает производительность насоса и увеличивает его срок службы.
• Улучшенная эффективность: графит обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью, что может способствовать более эффективному отводу тепла от рабочего колеса, предотвращая его перегрев и улучшая эффективность работы насоса.

Таким образом напыление графита является более эффективным способом защиты рабочего колеса насоса от износа при перекачки абразивных материалов.

Список литературы:

1. Краснова М.Н. и др. Исследование критических зон рабочего колеса центробежного насоса. The scientific heritage No 81 (2021)
2. Саруев А.Л. Эксплуатация насосных и компрессорных станций. Учебное пособие: Изд-во Томского политехнического университета, 2017.
3. Супрун В.К. Абразивный износ грунтовых насосов и борьба с ним Изд. Машиностроение, М.,1972, 104 с.