Substantiation of the method for increasing the efficiency and reliability of fluid couplings in mine conveyor drives when using water emulsions as a operating fluid

Abstract

EN: The article addresses the urgent problem of increasing the reliability and efficiency of constant-fill safety-start fluid couplings in the drives of underground scraper chain conveyors. An analysis of the use of various types of operating fluids is conducted in terms of ensuring fire safety and optimizing key operational characteristics. The study aims to establish regularities between the mechanical characteristics of fluid couplings and the concentration and properties of operating fluids—specifically, water-oil emulsions of the HFA-E type. The research was carried out through bench testing of a serial GPE345U fluid coupling at various fill volumes and concentrations of Solcenic Pl Plus emulsol. It has been experimentally proven that increasing the emulsol concentration in the operating fluid significantly improves mechanical characteristics during transient operating modes of the fluid coupling, while minimizing heat generation and excessive energy losses. The scientific novelty lies in identifying the deviations in the behavior of water-oil emulsions from the laws of classic Newtonian fluids within the flow passage of fluid couplings. The practical value of the results consists in justifying the feasibility of using a 10% HFA-E type emulsion as the operating fluid of a fluid coupling to significantly improve efficiency and durability indicators. UK: Статтю присвячено актуальній інженерній проблемі підвищення надійності та експлуатаційної ефективності запобіжно-пускових гідромуфт з постійним заповненням, які використовуються у приводах шахтних скребкових конвеєрів. Проведено комплексний порівняльний аналіз різних робочих рідин для забезпечення вимог пожежної безпеки та оптимізації ключових експлуатаційних параметрів в умовах шахт, небезпечних за газом та вугільним пилом. Головною метою цього дослідження є встановлення закономірностей між механічними характеристиками гідромуфт та властивостями (концентрацією) водомасляних емульсій класу HFA-E. Експериментальні дослідження виконано на лабораторному випробувальному стенді з використанням серійної гідромуфти ГПЕ345У виробництва заводу «Світло шахтаря» (Україна). Методика випробувань передбачала оцінку роботи гідромуфти для двох різних об’ємів заповнення рідиною (78% та 85% від повного об’єму внутрішньої порожнини), що відповідає роботі у приводах з асинхронними електродвигунами потужністю 22 кВт та 30 кВт. Склад рідини варіювався за об’ємною концентрацією емульсолу Solcenic Pl Plus (виробництва FUCHS Petrolub SE, Німеччина) – 1,5%, 3%, 5% та 10%. Експериментальні дані показали, що збільшення концентрації емульсолу суттєво покращує механічні характеристики під час критичних та перехідних режимів роботи, таких як запуск конвеєра та режимів перевантаження. Визначено, що вища концентрація емульсолу усуває падіння («провал») крутного моменту в цих режимах роботи, що призводить до мінімізації нагрівання рідини та марних втрат енергії, тим самим знижуючи ризик спрацьовування теплового захисту. Кількісно, перехід від 1,5% до 10% концентрації емульсії підвищує перевантажувальну здатність привода з 1,4...1,5МН до 2,1...2,5МН, що відповідає вимогам для приводів забійних скребкових конвеєрів. Наукова новизна отриманих результатів полягає у виявленні реологічних відхилень від класичних законів ньютонівських рідин у поведінці водомасляних емульсій в проточній частині гідромуфти. Практична цінність результатів полягає в технічному обґрунтуванні використання 10%-ї емульсії типу HFA-E як оптимальної робочої рідини. Впровадження такої концентрації рідини економічно доцільне та забезпечує суттєве підвищення енергоефективності й довговічності як самої гідромуфти, так і всієї приводної системи шахтного скребкового конвеєра.