Перспективы организации и развития производста отечественных погружных насосных агрегатов для шахтных водоотливных комплексов
Основным оборудованием шахтного водоотлива до настоящего времени были и остаются многосекционные центробежные насосы горизонтального исполнения, выпускаемые и ремонтируемые более чем сорока предприятиями Украины. Надежность их не высока. Наработка на отказ практически для всех типов насосов параметрического ряда не превышает шести тысяч часов. Для насосов прошедших капитальный ремонт ? до 1000 часов. Велики затраты не только на ремонт и комплектацию насосных установок, но и спуско-подъемные и монтажные операции при замене насосных агрегатов [1]. Положение еще более осложняется при применении стандартных схем водоотлива на базе насосов типа НЦШ или ЦНС для групповых водоотливных комплексов (ГРВК). Это связано с реализацией Программы реструктуризации предприятий угледобывающей отрасли, предусматривающей закрытие неперспективных шахт, объединений, перегруппировку шахтных полей, откачку водопритоков с близко расположенных действующих и закрываемых шахт [2]. Опыт разработки и проектирования вариантов работы шахты в водоотливном режиме как при использовании существующих типов водоотливных установок, так и при использованием погружных насосов показал, что второй вариант значительно экономичнее и рентабельнее, чем вариант с использованием насосов с горизонтальной компоновкой. В разработанных и осуществляемых проектах ликвидации шахт, например: ОАО «Донгирошахт» – проект ликвидации шахты «Заперевальная № 2» ГХК «Донуголь», ГОАО «Луганскгипрошахт» – проекты ликвидации шахт «Черноморка» ГХК «Лисичанскуголь» и «Родина» ГХК «Первомайскуголь», входит в ГОАО шахтоуправление «Золотое», Луганская обл. г. Золотое, ОАО «Южгипрошахт» – проекты ликвидации шахт «им. Ф. П. Лютикова» ГХК «Краснодонуголь», «№9 Капитальная» шахты «Красная звезда»и т.д. проведен анализ вариантов и экономические расчеты показавшие что, при использовании в системе шахтного водоотлива погружных насосных установок содержание шахты в водоотливном режиме в 2,5-3 раза дешевле, чем при существующей схеме водоотлива. Для сравнения сопоставим два варианта водоотливных комплексов принятых при переводе ликвидируемой шахты «Заперевальная №» 2 в работу в режиме водоотлива. По проекту ликвидации шахты «Заперевальная № 2» Донбасским Геологическим центром был сделан гидрогеологический прогноз влияния последствий ликвидации шахты на соседние шахты и земную поверхность. Было доказано, что шахты «Заперевальная №2», «Заперевальная № 1» и «Мушкетовская» связанны между собой горными выработками, по которым шахтные воды перетекают в центральный водоотлив шахты «Заперевальная №2» и выдаются на поверхность. За последние три года общее количество откачиваемой воды составило в среднем 248 м3/час. ОАО «Донгирошахт» были разработаны два варианта водоотлива: -первый вариант с сохранением существующих комплексов водоотлива горизонтов 814 и 580 м., вентиляции, клетевого и скипового стволов и второй вариант - откачка водопритока с установкой в скиповом стволе двух погружных насосных агрегатов (один рабочий, другой резервный) немецкой фирмы «GRUNDFOS» SP (производительность - 280 м3/час; напор-350м.). Технико-экономическая оценка вариантов показывает, что второй вариант работы шахты в водоотливном режиме при оборудовании скипового ствола погружными насосами в 2,5 раза дешевле, чем первый вариант при периоде оптимизации в 10 лет (см. таблицу 1). И это при том, что средняя стоимость насосов типа «GRUNDFOS» SP лежит в пределах 300-350 тыс. евро. за одну. комплектную установку. В насосную установку входят собственно насос, погружной электродвигатель, система контроля и мониторинга, токоподводящий кабель с дозированной подачей размотки, система управления и т.д. Данный анализ проведенный при разработке указанного проекта равнозначен и для других проектов ликвидируемых шахт. Во всех случаях применение погружных насосов рентабельно, на начальном периоде экономически целесообразно и достаточно быстро окупается. Поэтому, во всех проектах ликвидируемых шахт в большинстве случаев принимается организация водоотлива посредством погружных насосных агрегатов с установкой их в стволах (клетьевых, скиповых), иногда в дополнительно пробуренных скважинах. Так на шахте «им. Ф.П.Лютикова» в главном стволе для откачки воды предусмотрены погружные насосы фирмы «PLEGER» типа QT12EML-7a+M119-110-2(7 ступеней) или типа QT14EJH-4a-M119-145-2 (4 ступени), аналогичные насосы заложены в проекты шахт «№9 Капитальная», «Черноморка» и «Родина». Опыт применения в мировой практике погружных насосов значителен. Широко известны примеры применения погружных насосов фирмы «FLYGT» C3311 по 210 кВт. каждый в количестве 10 штук на Восточном руднике ОАО «Апатит» Российской Федерации. Там же в системе призабойного водоотлива используются насосы той же фирмы типа «FLYGT» BS 2250 MT, производительностью 800 м3/час с двигателями 500 кВт. Указанные насосные агрегаты на ОАО «Апатит» работают в системе водоотлива с 1972 г по настоящее время. На подземном Кировском руднике – Российская Федерация, в системе стволового водоотлива использовались два насоса ЦНС 60/246 с двигателями по 75 кВт. В 1996 г.они были заменены на один погружной насос «FLYGT» BS 2400 с двигателем 90 кВт, работающим по настоящее время. На ОАО «Кузнецкие ферросплавы» с июня 1998 г действует установка для перекачки шлама из накопителя на сушку, где в качестве перекачивающего агрегата используется погружной насос фирмы «FLYGT» HS 5530. Рабочие параметры установки; подача 40-50 м3 /час, напор 7-8 м.; мощность5,9 кВт.; плотность перекачиваемого шлама, состоящего в основном из кремнезема,1.3-1.5кг./л. В этих осложненных условиях насос проработал более четырех лет и работает в настоящее время. Широко известны на мировом рынке насосы фирм «RITZ» и «KSB» (Германия) и «Нayward tyler» (Англия) применяемые также и на шахтном и карьерном водоотливе. Для «Нayward tyler» основным заказчиком в течении многих лет является Британское государственное управление угольной промышленности. В 1984/1985 годах на шахте «Итценблиц», принадлежащей предприятию «Реден» входящему в состав Саар-горнопромышленность АГ (Германия) по специально разработанному проекту были установлены четыре 18 тонных погружных насоса с подводным электродвигателем фирмы «KSB» рассчитанные и спроектированные под условия работы этого предприятия. Данные насосы фирмы «KSB»: Typ DPM 487/17+Sklqq 200-505. Рабочие характеристики агрегата: производительность Q=480м3/час (8 м3/мин); напор Н=1050 м. Материал деталей насоса и электродвигателя «Норидур» нержавеющие ферритно-аустенитное стальное литье. Габариты насосного агрегата – длина 11м; диаметр-1000 мм; длина собственно насоса-6 метров. С пуском насосной станции на погружных насосных агрегах были остановлены восемь насосов горизонтальной компоновки, работающих на глубине 900 метров. За 18000 часов работы каждого из погружных насосных агрегатов было откачено до 10 млн. м3 шахтной воды. Все вышеуказанное говорит о реальной позитивной перспективе перевода водоотливных комплексов ликвидируемых шахт на погружные насосы. Еще в 1970-80 гг. НИИГМ имени М.М. Федорова были поставлены задачи по разработке схемы водоотливных комплексов на основе погружных насосных агрегатов с использованием зарубежного опыта их эксплуатации и внедрения в угольной рудной и золотодобывающей промышленности. В архивах института имеется обширная переписка по данному вопросу с крупнейшими производителями погружных насосов, в том числе «KSB», «RITZ», «Haiward tyler», «WERNERT-PUMPEN». Проанализированы возможности создания и использования шахтных водоотливных комплексов на основе погружных насосных агрегатов как зарубежного, так и отечественного производства. Вместе с тем на основе всестороннего анализа большого фактического материала был сделан важный вывод: экономическая целесообразность такой кардинальной реорганизации водоотливов возможен только в результате комплексного решения ряда вопросов, а именно: а) разработки и внедрения в угледобывающую отрасль водоотливных комплексов на основе погружных насосов исключительно отечественного производства. Это правомерно и оправданно, так как без создания ремонтной базы, организации спуско-подьемных операций и создания соответствующей инфраструктуры угольная отрасль попадает в зависимость от иностранных поставщиков; б) создания и разработки отечественных систем контроля, управления и активного мониторинга работающих объектов, находящихся в достаточно большом отдалении и не подлежащих визуальному осмотру в связи со спецификой и условиями работы, в частности шахт, подлежащих ликвидации; в) создания специальных высоконадежных токоподводящих высоконагруженных кабельных систем, а также элементной базы для электрических сетей и систем; г) применения в качестве материалов высокопрочных модифицированных с глобулированным графитом чугунов для деталей проточной части погружных насосов; д) разработки и внедрения погружных насосов малой вибронагруженности для которых виброскорость в продольном и поперечном направлении не выше 2,2 ? 2,8 м/сек. Такой уровень вибронагруженности обеспечивает амплитуду вибросмещений не более 2 ? 5 мкм, что на порядок меньше зазоров по межступенным уплотнениям. Данный фактор обеспечит постоянство рабочих характеристик агрегата за весь срок службы; е) комплекс мероприятий по снижению вибронагруженности позволяет отказаться от метода балансировки погружных агрегатов во взаимноперпендикулярных плоскостях [3]. ж) разработать и внедрить систему спускоподъемных операций погружных насосных агрегатов без демонтажа трубопровода, что даст возможность серьезно сократить трудозатраты на эти операции и сохранить начальный уровень надежности соединений трубопровода. Немаловажную роль в негативном решении вопроса в тот период о внедрении погружных насосных агрегатов сыграл и тот факт, что разработка шахтных полей велась на глубинах не более 500 метров, что позволяло использовать достаточно хорошо зарекомендовавшие насосы горизонтальных компоновок. В настоявшее время необходимо, с учетом опыта эксплуатации иностранных погружных насосных агрегатов на шахтах ГК «Укруглереструктуризация», ситуацией с ремонтной базой и отсутствием инфраструктуры для их обслуживания следует проанализировать опыт по производству погружных насосов отечественных заводов. Даже если этот опыт распространяется на отрасли, отдаленные от угледобывающей промышленности: судостроение, нефтедобыча, водоснабжение городов и поселков и.т.д. В свете вышесказанного, опыт организации производства, номенклатура и качество насосной продукции ЗАВОДА «МОЛОТ» позволяют определить данный завод базовым для внедрения и постановки в серийное производство отечественных погружных насосных агрегатов для шахтного водоотлива. Завод «Молот» основан в 1924 году и является одним из старейших предприятий в своей отрасли. С 1967 года завод специализируется на выпуске погружных насосных агрегатов типа «Tornado» (ЭЦВ) (табл. 2), предназначенных для вертикальной подачи жидкости из скважин, стволов, колонн, емкостей. Заводом серийно выпускаются погружные насосы, которые могут быть использованы в настоящее время на шахтах ГК «Укруглереструктуризации». Качественные показатели перекачиваемой насосами жидкости ? по воде ? общая минерализация (сухой остаток) не более 1500 мг/л, с водородным показателем (pH) от 6,5 до 9,5, с температурой до 298?К(25?С), с массовой долей твердых механических примесей – не более 0,01%, с содержанием хлоридов – не более 350 мг/л, сульфатов – не более 500 мг/л, сероводорода – не более 1,5 мг/л. Изготавливаемые заводом «Молот» погружные насосные агрегаты выпускаются специальных исполнений для работы в особых условиях: - Х – для работы в химически активной среде ;- Тр – для работы в среде с повышенной (до 100? С) температурой; Г – для работы в загрязненной среде. Производственная мощность завода – 3000 ? 4000 насосных агрегатов в год. В настоящее время завод специализируется на производстве погружных насосных агрегатов, производительностью от 0,5 до 450 куб, метров в час, с напорами от 10 до 700 метров, различных марок и исполнений - от насосов предназначенных для перекачки чистой скважинной воды, до насосов предназначенных для перекачки йод-бромной рапы с высокой степенью агрессивности и механических примесей при температуре до 100? С. Область применения насосных агрегатов: городское, промышленное и сельскохозяйственное водоснабжение, ирригация и водоотлив, поддержание уровня грунтовых вод, системы повышения давления, двигатели для подводных плавсредств, подземные водохранилища, обеспечение жизнедеятельности нефте-газодобывающих платформ на морском шельфе, добыча йод-бромного сырья в экстремальных условиях, водоотлив в рудниках и шахтах. Насосная продукция сертифицирована на соответствие ГОСТу Морским Регистром Судоходства Российской Федерации. Завод «Молот» имеет Свидетельство о признании Регистра Судоходства Украины по насосам судовых систем и), к которым всегда предъявлялись особые требования: по надежности и качеству. Завод «Молот» имеет деловых партнеров в лице предприятий Российской Федерации, Монголии, Болгарии, Ирака, Туркменистана, Алжира, Вьетнама, Индии, Ливана, Латвии и других стран, с которыми были заключены контракты на поставку продукции, выпускаемой заводом. К особенностям деталей погружных насосов завода «Молот» - лопаточных отводов, рабочих колес обоих типов (как радиальных, так и диагональных), корпусов является изготовление их с пространственным облопачиванием. Обработка рабочих колес производится предварительно, до закалки с операционным припуском до 0,5 мм на сторону. После закалки рабочих колес они подвергаются финишным операциям и балансировке в динамическом режиме. Твердость поверхности рабочих колес 42…46 HRC, что позволяет использовать погружные агрегаты завода для перекачки агрессивных сред. Динамическая балансировка рабочих колес производится на специальном стенде с получением вибросмещений не более 5 мкм, позволяет организовать синфазную сборку погружных насосных агрегатов и резко снизить их вибронагруженность [3], [4]. В совокупности такой технологический подход позволяет увеличить долговечность ротора насоса, «прикипание» к нему рабочих колес, улучшить ремонтопригодность машины, для чего дополнительно в рабочих колесах спрофилированы винтовые канавки на посадочных местах, заполненные наполнителем, способствующим демонтажу колес с вала. Подпятник насосов «Tornado» изготовляется в виде сегментного подшипника, материал сегментов ? графитофторопласт. Применение в качестве сегментного подпятника графитофторопласта позволило в два раза увеличить срок службы этого узла. Спроектирован и изготовлен стенд для ресурсных испытаний подпятников изготовленных их различных материалов. Механосборочный цех завода «Молот» оснащен стендами для сборки погружных насосных агрегатов в вертикальном положении. Сборка насосов производится по методике разработанной НИИГМ им. М. М. Федорова, когда величина минимальнй положительной разности балансных мер выносится в центральную часть насоса, с увеличением ее для каждой пары колес к периферии (к опорам) насоса [4]. После сборки насосные агрегаты поступают на испытательную станцию. В настоящее время завод «Молот» ориентирован на производство шахтных насосов АНПШ (агрегат насосный погружной шахтный). Проведенное обследование завода специалистами НИИГМ им. М. М. Федорова и рекомендации позволили определить дальнейшую направленность работ связанных с проектированием и изготовлением погружных насосов необходимых отрасли типоразмеров. Были рассчитаны, спроектированы и изготовлены два опытных образца насосов АНПШ 375 - 350 (табл. 2). Насосы АНПШ 375-350 предназначены для организации водоотлива на шахте «Речная» через ствол. Для центральной обогатительной фабрики им. А. Стаханова были закуплены для технических нужд при мокром обогащении три погружных насоса «GRUNDFOS». После выхода из строя двух насосов, они были поставлены на ремонтное обслуживание на Заводе «Молот», в результате этого был размещен заказ на изготовление АНПШ 210-190 с аналогичными параметрами, агрегат был изготовлен, смонтирован, запущен и сейчас успешно эксплуатируется. По своим технико-экономическим показателям насосы не уступают аналогам ведущих зарубежных фирм, а по некоторым показателям (относительно низкой стоимости насоса и запчастей – в 3-7 раз ниже аналогов, выпускаемых фирмами «KSB», «SAER») превосходят их. НИИГМ имени М. М. Федорова совместно с заводом «Молот» разработана отраслевая программа «Разработка, проектирование и освоение серийного производства многоступенчатых шахтных погружных насосов для групповых водоотливных комплексов закрывающихся шахт на 2003-2004гг». Выбрана общая стратегия проектирования и изготовления погружных шахтных насосных агрегатов. По данным ГК «Укруглереструктуризация» в настоящее время на водоотливных комплексах закрывающихся шахт, оборудованных погружными насосными агрегатами применяются насосы с производительностью 200 - 400 м3/час и напорами 300-500м, но возможно применение насосных агрегатов с производительностью 600 м3/час и напором до 600м. То есть указанный диапазон подач и напоров может составить базу для параметрического ряда погружных насосов.