На рисунке 4 приведен продольный разрез (вдоль оси вала) рабочего колеса центробежного насоса. Межлопастные каналы колеса образуются двумя фасонными дисками 1, 2 и несколькими лопастями 3. Диск 2 называется основным (ведущим) и составляет одно единое целое со ступицей 4. Ступица служит для жесткой посадки колеса на вал 5 насоса. Диск 1 называется покрывающим или передним. Он составляет единое целое с лопастями в насосах.
Рабочее колесо характеризуется следующими геометрическими параметрами: диаметром входа D 0 потока жидкости в колесо, диаметрами входаD 1 и выходаD 2 с лопатки, диаметрами валаd в и ступицыd ст , длиной ступицыl ст , шириной лопатки на входеb 1 и выходеb 2 .
d стd в
l ст
Рисунок 4
2.2. Кинематика потока жидкости в колесе. Треугольники скоростей
Жидкость подводится к рабочему колесу в осевом направлении. Каждая частица жидкости движется с абсолютной скоростью с .
Попав в межлопастное пространство, частицы принимают участие в сложном движении.
Движение частицы, вращающейся вместе с колесом, характеризуется вектором окружной (переносной) скорости u . Эта скорость направлена по касательной к окружности вращения либо перпендикулярно к радиусу вращения.
Частицы перемещаются также относительно колеса, и это движение характеризуется вектором относительной скорости w , направленной по касательной к поверхности лопатки. Эта скорость характеризует движение жидкости относительно лопатки.
Абсолютная скорость движения частиц жидкости равна геометрической сумме векторов окружной и относительнойr скоростей
c = w+ u.
Эти три скорости образуют треугольники скоростей, которые можно построить в любом месте межлопастного канала.
Для рассмотрения кинематики потока жидкости в рабочем колесе принято строить треугольники скоростей на входной и выходной кромках лопатки. На рисунке 5 приведен поперечный разрез колеса насоса, на котором построены треугольники скоростей на входе и выходе межлопастных каналов.
w 2β 2 | |||||
Рисунок 5
В треугольниках скоростей угол α – это угол между векторами абсолютной и окружной скоростей, β – угол между вектором относительной и обратным продолжением вектора окружной скорости. Углы β1 и β2 называются углами входа и выхода с лопатки.
Окружная скорость жидкости равна
u = π 60 Dn,
где n – частота вращения рабочего колеса, об/мин.
Для описания потока жидкости используются также проекции скоростей с u ис r . Проекцияс u – это проекция абсолютной скорости на направление окружной скорости,с r – проекция абсолютной скорости на направление радиуса (меридиональная скорость).
Из треугольников скоростей следует | |
с1 u = с1 cos α 1 , | с2 u = с2 cos α 2 , |
с 1r= с 1sin α 1, | с 2r= с 2sin α 2. |
Треугольники скоростей удобнее строить вне рабочего колеса. Для этого выбирается система координат, в которой вертикальное направление совпадает с направлением радиуса, а горизонтальное – с направлением окружной скорости. Тогда в выбранной системе координат треугольники входа (а) и выхода (б) имеют вид, показанный на рисунке 6.
с 2r | ||||
Рисунок 6
Треугольники скоростей позволяют определить величины скоростей и проекций скоростей, необходимых для расчета теоретического напора жидкости на выходе колеса нагнетателя
H т = u2 c2 u g − u1 c1 u .
Данное выражение называется уравнением Эйлера. Действительный напор определяется выражением
Н = µ ηг Н т ,
где µ – коэффициент, учитывающий конечное число лопастей, ηг – гидравлический КПД. В приближенных расчетах µ ≈ 0,9. Более точное его значение рассчитывается по формуле Стодолы.
Конструкция рабочего колеса определяется коэффициентом быстроходности n s , который является критерием подобия для нагнетательных устройств и равен
n Q n s = 3,65 H 3 4 .
В зависимости от величины коэффициента быстроходности рабочие колеса разделяют на пять основных типов, которые показаны на рисунке 7. Каждому из приведенного типа колеса соответствуют определенные форма колеса и соотношение D 2 /D 0 . При малыхQ и большихH , соответствующих малым значениямn s , колеса имеют узкую проточную полость и самое большое отношениеD 2 /D 0 . С увеличениемQ и уменьшениемH (n s возрастает) пропускная способность колеса должна расти, и поэтому его ширина увеличивается. Коэффициенты быстроходности и соотношенияD 2 /D 0 для различных типов колес приведены в табл. 3.
Рисунок 7
Таблица 3 |
|||
Коэффициенты быстроходности и соотношения D 2 /D 0 для колес |
|||
различной быстроходности |
|||
Тип колеса | Коэффициент бы- | Соотношение D 2 /D 0 | |
строходности n s | |||
Тихоходное | 40÷ 80 | ||
Нормальной | 80÷ 150 | ||
быстроходности | |||
Быстроходное | 150÷ 300 | 1,8 ÷ 1,4 | |
Диагональное | 300÷ 500 | 1,2 ÷ 1,1 | |
500 ÷ 1500 | |||
2.4. Упрощенный способ расчета рабочего колеса центробежного насоса
Заданы производительность насоса, давления на поверхностях всасываемой и нагнетаемой жидкости, параметры подключенных к насосу трубопроводов. Задача состоит в расчете колеса центробежного насоса, и включает в себя расчет основных его геометрических размеров и скоростей в проточной полости. Необходимо также определить предельную высоту всасывания, обеспечивающую бескавитационный режим работы насоса.
Начинается расчет с выбора конструктивного типа насоса. Для подбора насоса необходимо рассчитать его напор Н . По известнымН иQ , используя полные индивидуальные либо универсальные характеристики, приведенные в каталогах или литературных источниках (например , подбирается насос. Выбирается частота вращенияn вала насоса.
Для определения конструктивного типа рабочего колеса насоса рассчитывается коэффициент быстроходности n s .
Определяется полный КПД насоса η =η м η г η о . Механический КПД принимается в пределах 0,92-0,96. У современных насосов значенияη о лежат в пределах 0,85-0,98, аη г – в пределах 0,8- 0,96.
Коэффициент полезного действия η о можно рассчитать по ориентировочному выражению
d в = 3 М (0,2 τ доп ) ,
η0 = | ||||||||||
1 + аn − 0.66 | ||||||||||
Для расчета гидравлического КПД можно использовать фор- |
||||||||||
ηг =1 − | ||||||||||
(lnD | − 0,172) 2 |
|||||||||
где D 1п – приведенный диаметр на входе, соответствующий живому |
||||||||||
рабочее колесо и | определяемый выражением |
|||||||||
D 2 − d | D 0 иd ст – соответственно диаметр входа жид- |
|||||||||
кости в рабочее колесо и диаметр ступицы колеса. Приведенный диаметр связан с подачей Q иn соотношениемD 1п = 4,25 3 Q n .
Потребляемая мощность насоса равна N в = ρ QgH η . Она связана с крутящим моментом, действующим на вал, соотношениемM = 9,6 N в / n . В данном выражении единицы измеренияn –
На вал насоса в основном действует скручивающее усилие, обусловленное моментом М, а также поперечные и центробежные силы. По условиям скручивания диаметр вала рассчитывается по формуле
где τ - напряжение кручения. Его величина может задаваться в диа-
пазоне от 1,2·107 до 2,0·107 Н/м2 .
Диаметр ступицы принимается равным d ст = (1,2÷ 1,4)d в , ее длина определяется из соотношенияl ст = (1÷ 1,5)d ст .
Диаметр входа в колесо насоса определяется по приведенному
диаметру D 0 = D 1п = D 1п + d ст (D 02 − d ст2 ) η о.
Угол входа находится из треугольника скоростей входа. Предполагая, что скорость входа потока жидкости в рабочее колесо равна скорости входа на лопатку, а также при условии радиального входа, т.е. с0 = с1 = с1 r , можно определить тангенс угла входа на лопатку
tg β1 =c 1 . u 1
С учетом угла атаки i угол лопасти на входеβ 1 л =β 1 + i . Потери
энергии в рабочем колесе зависят от угла атаки. Для отогнутых назад лопаток оптимальный угол атаки лежит в диапазоне от -3 ÷ +4o .
Ширина лопасти на входе определяется на основании закона сохранения массы
b 1 = πQ µ,
D 1c 1 1
где µ 1 – коэффициент стеснения входного сечения колеса кромками лопастей. В ориентировочных расчетах принимаетсяµ 1 ≈ 0,9.
При радиальном входе в межлопастные каналы (c1u = 0) из уравнения Эйлера для напора можно получить выражение для окружной скорости на выходе колеса
ctgβ | ctgβ | ||||||||||||||
Стремление к экономии энергии и реализации, по возможности, равномерного проведения технологических
процессов в очистных сооружениях приводит к необходимости применения насосов с регулированием частоты вращения их рабочих колес. Однако при слишком малой частоте вращения возможно закупоривание как рабочего колеса, так и вертикальных
трубопроводов, если не учитываются предельные значения скорости потока в сечении трубы. Расширение канализационных сетей требует перекачивания на большие расстояния сточных вод до ближайшей главной насосной станции или очистного сооружения. В напорных канализационных системах под большим давлением перекачиваются небольшие количества жидкости. Для исключения закупорок с небольшими геометрическими размерами проточной части требуются специальные технические решения. Необходимость сокращения затрат на техническое обслуживание все чаще приводит к отказу от применения сороудерживающих решеток, что предъявляет весьма высокие требования к канализационным насосам. Различные мероприятия по экономии воды и изменившиеся санитарно-гигиенические условия в цивилизованных промышленно развитых странах значительно повысили содержание твердых и волокнистых частиц в сточных водах и, соответственно, потребовали более высокую защиту насосов от закупоривания. Это означает, что доля воды в транспортирующей среде значительно уменьшилась относительно содержания волокнистых и твердых частиц. Особенно серьезной эта проблема становится после засушливых летних периодов. Волокна и твердые частицы могут осаждаться в коллекторах и сточных трубах и при последующем ливне смываться в виде комков на насосную станцию. В этом случае при неправильном выборе геометрической формы рабочего колеса возникает опасность закупоривания насосов. Различают два типа закупоривания:
твердыми предметами
− нередко в насосы попадают твердые предметы: древесные отходы, игрушки или другие бытовые отходы. Примерно такие же твердые образования могут возникать в результате конгломерации мелких твердых частиц в крупные образования;
волокнами
− образующимися, прежде всего, из бытовых отходов, предметов гигиены и промышленных отходов любого рода. Они скапливаются в зазоре между рабочим колесом и корпусом у входной части диска рабочего колеса или во всасывающем отверстии рабочего колеса.
На рис. 1 показано сечение типичной проточной части канализационного насоса. При сильном абразивном износе щелевого кольца корпуса увеличиваются утечки с напорной стороны в сторону всасывания, что приводит к проникновению волокон в зазор между корпусом и рабочим колесом. В экстремальных случаях эти скопления волокон в зазоре могут привести к торможению рабочего колеса. Нередко волокна кратковременно отлагаются на входной кромке рабочего колеса. При правильной геометрической форме входной кромки эти волокна вскоре смываются с рабочего колеса и выносятся из насоса. Если же форма входной кромки другая, то скопления волокон могут привести к полной закупорке всасывающего отверстия. Даже современные насосы могут оказаться ненадежными при неправильно выбранной геометрической форме рабочего колеса, не соответствующей конкретному случаю применения или специфическому составу сточных вод. Геометрические формы рабочих колес канализационных насосов представлены на рис. 2.
.gif)
Нередко состав коммунальных сточных вод заранее не известен и может измениться после подключения к канализационной сети нового пользователя. Сточные воды подразделяются на дождевую воду, загрязненную воду и шлам. Для перекачивания шламов с содержанием сухого остатка более 5% на очистных сооружениях в настоящее время применяются преимущественно объемные, например эксцентриковые шнековые насосы. Центробежные насосы используются, как правило, для перекачивания загрязненных вод − коммунальных, бытовых и промышленных, а также сельскохозяйственных. Однако для этих видов сточных вод точно не определены измеряемые параметры. Они различаются разным содержанием газа, волокон, сухой субстанции и песка. Поэтому условия перекачивания сточных вод должны тщательно анализироваться для каждого отдельного случая. Общие указания или универсальные рекомендации возможны лишь в ограниченной степени. В табл. 1 приведены основные параметры перекачиваемых сточных вод и шламов.
.gif)
На рис. 3 представлены значения КПД различных типов рабочих колес для одного расчетного режима. Видно, что между открытыми и закрытыми однолопастными рабочими колесами, так же как между открытыми и закрытыми двухканальными рабочими колесами различия несущественны (3−5%). Применение двухканальных рабочих колес дает незначительное увеличение КПД − порядка 2%. Для определения максимально достижимого КПД были проведены всесторонние сравнения известных проточных частей канализационных насосов. Диаграммы на рис. 4 показывают наилучшие значения КПД насосов наиболее часто применяемых типоразмеров с условным проходом DN 80, DN 100 и DN 150. У насосов со свободновихревыми рабочими колесами при всех типоразмерах максимально достижимый КПД составляет 55%. Значения КПД однолопастных и двухканальных рабочих колес закрытого или открытого типа находятся в диапазоне от 75 до 85%. Только при относительно высокой быстроходности и сравнительно больших расходах (типоразмер DN 150), с открытым однолопастным рабочим колесом можно достичь повышения КПД на 3%. Путем направленной гидравлической оптимизации закрытого двухканального рабочего колеса удалось получить очень высокий КПД − более 80%. КПД закрытых двухканальных рабочих колес имеют те же значения, что и у многоканального рабочего колеса. КПД открытых двухканальных рабочих колес, например, рабочего колеса типа N одного из шведских производителей, почти на 5% ниже, чем того же колеса в закрытом исполнении. Очевидно, что потери в щели между корпусом и лопастями рабочего колеса и в специально устроенном пазу для отклонения волокон значительно выше, чем потери в диске и щелевом уплотнении закрытого колеса.
.gif)
.gif)
.gif)
Столь же важным, как КПД в оптимальной точке характеристики, является КПД в диапазоне неполных нагрузок. Здесь можно обнаружить существенное влияние геометрической формы рабочего колеса. Для детального анализа на рис. 5 показан характер изменения КПД в зависимости от подачи для рабочих колес различной геометрической формы. Зависимости η = f(Q) построены в относительных единицах по отношению к подаче Q/Qопт = 1. Свободновихревое рабочее колесо имеет в широком диапазоне подачи насоса постоянный, но небольшой КПД. Низкий КПД обусловлен гидродинамическими условиями и может быть улучшен лишь в узких пределах. Многоканальные рабочие колеса благодаря большему числу лопастей наиболее эффективно преобразуют энергию во всем диапазоне нагрузок, но они пригодны для перекачивания только предварительно очищенных сточных вод. Рабочие колеса закрытого типа отличаются более плоской кривой КПД и, таким образом, более высоким КПД в режиме неполных нагрузок, чем рабочие колеса открытого типа. Например, в диапазоне неполных нагрузок КПД закрытого одноканального рабочего колеса может отличаться от КПД открытого одноканального рабочего колеса на 10%, хотя в оптимальной точке характеристики их КПД одинаков. Это положение справедливо также и для двухканальных рабочих колес. Поэтому при оценке энергетических параметров насосов необходимо учитывать не только КПД в оптимальной точке характеристики, но и КПД в режимах неполных нагрузок, в которых канализационные насосы работают очень часто.
.gif)
В течение эксплуатационного периода происходит изменение КПД и зависимости P = f(Q). Это обстоятельство следует обязательно учитывать при проектировании насосной станции для перекачки сточных вод. На рис. 6 показано влияние износа щелевого зазора на рабочие характеристики открытого однолопастного рабочего колеса. Хорошо видно, что снижение КПД в оптимальной точке характеристики может достигать до 10%. По мере абразивного износа изменяется и напорная характеристика насоса. Для приведенной на рис. 6 характеристики сети примерно на 8% уменьшается подача. Однако этот эффект не заметен при повседневной работе , так как в общем случае расходомеры не устанавливаются, а количество потребляемой энергии остается примерно постоянным из-за уменьшения подачи. На рис. 7 показано, как непрерывно снижается величина КПД в зависимости от увеличения зазора. Хорошо видно, что у рабочего колеса открытого типа, например типа N, КПД снижается значительно быстрее, чем у колеса закрытого типа.
.gif)
Важным критерием оценки вероятности закупоривания рабочих колес насосов является свободный проход, опре- деляемый диаметром шара, который может пройти через рабочее колесо. На рис. 8 показано сравнение максимального свободного прохода различных рабочих колес. Свободный проход зависит от типоразмера и числа лопастей рабочего колеса. Требуемые потребителями для перекачки неочищенных сточных вод свободные проходы минимум 80 мм или даже 100 мм могут быть обеспечены только определенными типами рабочих колес. Как свободновихревые, так и однолопастные рабочие колеса имеют относительно большие свободные проходы и в течение многих лет оправдывают себя при перекачивании неочищенных сточных вод с крупными твердыми частицами. Для открытых однолопастных рабочих колес характерны несколько меньшие свободные проходы, но все же при всех типоразмерах не менее 75 мм. При DN 150 свободный проход составляет даже 100 мм. У закрытых двухканальных рабочих колес свободный проход находится на том же уровне, что и у открытых однолопастных. Однако открытые двухканальные и многоканальные рабочие колеса имеют более узкий, зависимый от конструкции, свободный проход и поэтому не могут обеспечить работу без закупорки в присутствии крупных твердых примесей. У двухканальных рабочих колес свободный проход ограничен. Это относится также и к рабочему колесу типа N. Только при специальном оформлении в виде так называемого колеса горшкового типа закрытое двухканальное рабочее колесо может иметь свободный проход более 75 мм при DN 80 и DN 100 и более 100 мм начиная с DN 150. Для обеспечения надежного перекачивания неочищенных сточных вод и надежной работы насосов свободный проход должен быть не менее 100 мм. Такое требование содержится в новых нормативах по выбору канализационных насосов ATV-134 немецкого объединения специалистов по очистке сточных вод.
.gif)
При выборе канализационных насосов все более важным критерием становятся издержки за срок их службы. При работе в периодическом режиме, характерном для канализационных насосных станций, стоимость энергии составляет около 50% затрат за срок службы. При непрерывном режиме, в котором часто работает водоприемная станция очистного сооружения, расходы на энергию превышают 80% общих затрат. Это положение справедливо, естественно, только для безотказной работы канализационного насоса и без его закупорок. При закупорках насоса (рис. 9) прямые расходы, связанные с устранением неполадки, и косвенные затраты из-за простоя насоса являются решающим фактором издержек. Эти затраты могут превысить стоимость насоса. По этой причине владельцы канализационных насосных станций придают первоочередное значение эксплуатационной надежности и лишь во вторую очередь − коэффициенту полезного действия. Выбор рабочего колеса насоса всегда означает компромисс между вероятностью закупорки насоса, КПД в рабочей зоне и характеристикой износа. Выбирать форму рабочего колеса можно только с учетом специфического состава сточных вод. Поэтому не может быть универсального рабочего колеса, как это пропагандируется одним из крупных шведских производителей насосов.
Некоторые рекомендации по выбору оптимальной формы рабочего колеса приводятся в табл. 2. При высоком содержании газовых включений свободновихревое рабочее колесо, как и прежде, является наилучшим решением. При высоком содержании волокнистых веществ получены хорошие результаты с открытыми однолопастным и двухканальными рабочими колесами. При среднем содержании волокон, характерном для коммунальных сточных вод, предпочтение отдается закрытым однолопастным и двухканальным рабочим колесам вследствие их высокой эксплуатационной надежности. При экстремальной загрязненности промышленными отходами или бытовым мусором применяется свободновихревое рабочее колесо, несмотря на неудовлетворительную эффективность использования энергии. Это в особой мере относится к небольшим типоразмерам − DN 80 и DN 100.
.gif)
Это было подтверждено многочисленными экспериментами с различными видами и концентрациями волокнистых материалов на испытательном стенде фирмы KSB, моделирующем условия перекачивания сточных вод. Очевидный вывод, который можно сделать - для экономичной транспортировки сточных вод необходимо выбирать геометрические формы рабочих колес канализационных насосов строго в соответствии с составом и характеристиками перекачиваемой среды.
К основным узлам и деталям центробежных насосов относятся рабочее колесо, направляющий аппарат, корпус насоса, вал, подшипники и сальники.
Рабочее колесо —. важнейшая деталь насоса. Оно предназначено для передачи энергии от вращающегося вала насоса жидкости. Различают рабочие колеса с односторонним и двусторонним входом воды, закрытые, полуоткрытые, осевого типа.
Закрытое рабочее колесо с односторонним входом воды (рис. 2.2, а) состоит из двух дисков: переднего (наружного) и заднего (внутреннего), между которыми расположены лопасти. Диск 3 с помощью втулки закреплен на валу насоса. Обычно рабочее колесо отливается целиком (диски и лопасти) из чугуна, бронзы или других металлов. Но в некоторых насосах применяют сборные конструкции рабочих колес, в которых лопасти вварены или вклепаны между двумя дисками.
Полуоткрытое рабочее колесо (см. рис. 2.2, о) отличается тем, что у него отсутствует передний диск, а лопасти примыкают (с некоторым зазором) к неподвижному диску, закрепленному в корпусе насоса. Полуоткрытые колеса применяют в насосах, предназначенных для перекачивания суспензий и сильно загрязненных жидкостей (например, илов или осадка), а также в некоторых конструкциях скважинных насосов.
Рабочее колесо с двусторонним входом жидкости (см. рис. 2.2, в) имеет два наружных диска и один внутренний диск с втулкой для крепления на валу. Конструкция колеса обеспечивает впуск жидкости с двух сторон, вследствие чего создается более устойчивая работа насоса и компенсируется осевое давление .
Колеса центробежных насосов обычно имеют шесть — восемь лопастей. В насосах, предназначенных для перекачивания загрязненных жидкостей (например канализационных), устанавливают рабочие колеса с минимальным числом лопастей (2—4).
Рабочее колесо насосов осевого типа (см. рис. 2.2, д) представляет собой втулку, на которой закреплены лопасти крыловидного профиля.
На рис. 2.2, г показана схема рабочего колеса с импеллерами, которые служат для разгрузки осевого усилия или защиты уплотнений от попадания твердых частиц.
Очертания и размеры внутренней (проточной) части колеса определяются гидродинамическим расчетом. Форма и конструктивные размеры колеса должны обеспечивать его необходимую механическую прочность, а также удобство отливки и дальнейшей механической обработки.
Материал для рабочих колес выбирают с учетом его коррозионной стойкости к воздействию перекачиваемой жидкости. В большинстве случаев рабочие колеса насосов изготовляют из чугуна. Колеса крупных насосов, выдерживающие большие механические нагрузки, изготовляют из стали. В тех случаях, когда эти насосы предназначены для перекачки неагрессивной жидкости, для изготовления колес используется углеродистая сталь. В насосах, предназначенных для перекачивания жидкостей с большим содержанием абразивных веществ (пульп, шламов и т. п.), применяются рабочие колеса из марганцовистой стали повышенной твердости. Кроме того, в целях повышения долговечности рабочие колеса таких насосов иногда снабжают сменными защитными дисками из абразивно-стойких материалов.
Рабочие колеса насосов, предназначенных для перекачивания агрессивных жидкостей, изготовляют из бронзы, кислотоупорных чугунов, нержавеющей стали, керамики и различных пластмасс.
Корпус насоса объединяет узлы и детали, служащие для подвода жидкости к рабочему колесу и отвода ее в напорный трубопровод. На корпусе монтируют подшипники, сальники и другие детали насоса.
Корпус насосов может быть с торцевым или осевым разъемом. В насосах с торцевым разъемом корпуса (рис. 2.3) плоскость разъема перпендикулярна оси насоса, а в насосах с осевым разъемом "(рис. 2.4) она проходит через ось насоса.
Корпус насоса включает в себя подводящее и отводящее устройства.
Подвооящее устройство (подвод) — участок проточной полости насоса от входного патрубка до входа в рабочее колесо — предназначено для обеспечения подвода жидкости во всасывающую область насоса с наименьшими гидравлическими потерями, а также для равномерного распределения скоростей жидкости по живому сечению всасывающего отверстия.
Конструктивно насоси изготовляют с осевым (рис. 2.5, а), боковым в виде колена (рис. 2.5, б), боковым кольцевым (рис. 2.5, в) и боковым полуспиральным (рис. 2.5, г) входом.
Осевой вход характеризуется наименьшими гидравлическими потерями, однако при изготовлении насосов с таким входом увеличиваются размеры насосов в осевом направлении, что не всегда удобно конструктивно. Боковой кольцевой вход создает наибольшие гидравлические потери, но обеспечивает компактность насоса и удобное взаимное расположение всасывающего и напорного патрубков.
В насосах с двусторонним входом рабочие колеса разгружены от осевого давления, возникающего при работе насоса. В этих насосах применяют, как правило, боковой полуспиральный вход, который обеспечивает равномерное поступление жидкости в рабочее колесо.
Отводящее устройство (отвод) — это участок, предназначенный для отвода жидкости от рабочего колеса в напорный патрубок насоса. Жидкость выходит из рабочего колеса с большой скоростью. При этом поток обладает высокой кинетической энергией, а движение жидкости сопровождается большими гидравлическими потерями. Для уменьшения скорости движения жидкости, выходящей из рабочего колеса, преобразования кинетической энергии в потенциальную (увеличения давления) и уменьшения гидравлических сопротивлений применяют отводящие устройства, а также направляющие аппараты.
 |
 |
 |
|
| Рис. 2.6. Схемы отводов центробежных насосов | |
Различают спиральный, полуспиральный, двухзавитковый и кольцевой отводы, а также отводы с направляющими аппаратами.
Спиральный отвод — это канал в корпусе насоса, охватывающий рабочее колесо по окружности (рис. 2.6, а). Поперечное сечение этого канала увеличивается соответственно расходу жидкости, поступающей в него из рабочего колеса, а средняя скорость движения жидкости в нем уменьшается по мере приближения к выходу или остается примерно постоянной. Спиральный канал оканчивается выходным диффузором, в котором происходит дальнейшее уменьшение скорости и преобразование кинетической энергии жидкости в потенциальную.
Кольцевой отвод — это канал постоянного сечения, который охватывает рабочее колесо так же, как и спиральный отвод (см.рис. 2.6,6). Кольцевой отвод применяют обычно в насосах, предназначенных для перекачивания загрязненных жидкостей. Гидравлические потери в кольцевых отводах значительно больше, чем в спиральных.
Полуспиральный отвод — это кольцевой канал, переходящий в спиральный расширяющийся отвод.
Направляющий аппарат (см. рис. 2.6, в) представляет собой два кольцевых диска, между которыми размещены направляющие лопасти, изогнутые в сторону, противоположную направлению изгиба лопастей рабочего колеса. Направляющие аппараты — более сложные устройства, чем спиральные отводы, гидравлические потери в них больше и потому их применяют только в некоторых конструкциях многоступенчатых насосов.
В крупных насосах иногда применяются составные отводы (см. рис. 2.6, г), представляющие собой сочетание направляющего аппарата и спирального отвода.
Вал насоса служит для передачи рабочему колесу вращения от двигателя насоса. Колеса закрепляют на валу с помощью шпонок и установочных гаек. Для изготовления валов чаще всего применяют кованые стали.
Подшипники, в которых вращается вал насоса, бывают шариковыми и скользящего трения с вкладышами. Шариковые подшипники применяют, как правило, в горизонтальных насосах. В некоторых конструкциях подшипников крупных насосов предусматриваются устройства для охлаждения и принудительной циркуляции масла. По расположению подшипниковых опор различают насоси с выносными опорами, изолированными от перекачиваемой жидкости, и насосы с внутренними опорами, в которых подшипники соприкасаются с перекачиваемой жидкостью.
Сальники служат для уплотнения отверстий в корпусе насоса, через которые проходит вал. Сальник, расположенный со стороны нагнетания, должен предотвращать утечку воды из насоса, а сальник, расположенный со стороны всасывания, — предупреждать поступление воздуха в насос.
Колесо рабочее
В рубрике «Общее» рассмотрим рабочие колеса для насосов или крыльчатки, как часто их называют. – является основным рабочим органом насоса. Назначение рабочего колеса заключается в том, что оно преобразует вращательную энергию, получаемую от двигателя, в энергию протока жидкости. За счет вращения крыльчатки жидкость, находящаяся в ней, тоже вращается и на нее действует центробежная сила. Эта сила заставляет жидкость передвигаться от центральной части крыльчатки к его периферии. В результате этого перемещения в центральной части крыльчатки создается разрежение. Это разряжение создает эффект всасывания жидкости центральным отверстием рабочего колеса непосредственно через всасывающий патрубок насоса.
Жидкость, достигая периферии рабочего колеса, под давлением выбрасывается в напорный патрубок насоса. Наружный и внутренний диаметр, форма лопастей и ширина рабочего зазора колеса определяется при помощи расчетов. Рабочие колеса могут быть разных типов радиальные, диагональные, осевые, а также открытые, полузакрытые и закрытые. Крыльчатки в большинстве насосов имеют трехмерную конструкцию, которая объединяет преимущества радиальных и осевых рабочих колес.
Типы рабочих колес
Рабочее колесо по своей конструкции бывает открытым, полузакрытым и закрытым. На (Рис. 1) изображены их типы.
Открытое (Рис. 1а) колесо состоит из одного диска и лопастей, находящихся на его поверхности. Количество лопастей в таких крыльчатках чаще всего бывает либо четыре, либо шесть. Они очень часто применяются там, где необходим низкий напор, а рабочая среда загрязненная или содержит маслянистые и твердые включения. Данная конструкция колеса удобна для очистки его каналов. К.п.д. открытых колес маленький и составляет примерно 40%. Наряду с указанным недостатком открытые рабочие колеса имеют существенные преимущества, они менее всего подвергаются засорению и их легко очистить от грязи и налета в случае засорения. И еще, данная конструкция колеса характеризуется высокой износостойкостью к абразивным составляющим перекачиваемой среды (песок).
Полузакрытое (Рис. 1б) колесо отличается от закрытого тем, что у него отсутствует второй диск, а лопасти колеса с небольшим зазором прилегают непосредственно к корпусу насоса выполняющего роль второго диска. Полузакрытые колеса применяются в насосах, предназначенных для перекачивания сильно загрязненных жидкостей (илов или осадка).
Закрытое (Рис. 1в) колесо состоит из двух дисков, между которыми располагаются лопасти. Такой тип колеса наиболее часто применяется в центробежных насосах, так как они создают хороший напор, и у них минимальные утечки жидкости из выхода на вход. Изготавливаются закрытые колеса различными способами: литьем, точечной сваркой, клепкой, либо штамповкой. Количество лопастей в колесе влияет на эффективность работы насоса в целом. Кроме того, количество лопастей влияет и на крутизну рабочей характеристики. Чем больше лопастей, тем меньше пульсации давления жидкости на выходе из насоса. Существуют различные способы посадки колес на вал насоса.
Виды посадок рабочих колес
Посадочное место рабочего колеса на вал двигателя в одноколесных насосах может быть коническим или цилиндрическим. Если посмотреть на посадочное место крыльчаток в многоступенчатых вертикальных или горизонтальных насосах, а также насосах для скважин, то там посадочное место может быть, либо крестообразным, либо в виде шестигранника, либо в виде шестигранной звездочки. На (Рис. 2) изображены рабочие колеса с различными видами посадок.
Коническая (конусная) посадка (Рис 2а). Коническая посадка обеспечивает простую посадку и снятие рабочего колеса.К недостаткам такой посадки необходимо отнести менее точное положение рабочего колеса относительно корпуса насоса в продольном направлении, чем при цилиндрической посадке, Крыльчатка на вал посажена жестко, и двигать ее на валу нельзя. Также следует сказать, что коническая посадка, в основном, дает большие биения колеса, что отрицательно сказывается на торцевых уплотнениях и сальниковых набивках.
Цилиндрическая посадка (Рис 2б). Такая посадка обеспечивает точное положение рабочего колеса на валу. Фиксация рабочего колеса на валу происходит за счет одной или несколько шпонок. Такая посадка применяется в , и . Данное соединение имеет преимущество по отношению к коническому соединению за счет более точного положения крыльчатки на валу. К недостаткам цилиндрической посадки следует отнести необходимость точной обработки, как вала насоса, так и самого отверстия в ступице колеса.
Посадка крестообразная или шестигранная (Рис 2в и 2д) . Данные виды посадок используется чаще всего в . Эта посадка позволяет легко насадить и снять рабочее колесо с вала насоса. Она жестко фиксирует колесо на валу в оси его вращения. Зазоры в рабочих колесах и диффузорах регулируется при помощи специальных шайб.
Посадка в виде шестигранной звезды (Рис 2г) . Такая посадка используется в и , где рабочие колеса изготавливаются из нержавеющей стали. Это наиболее сложная конструкция посадочного места, требующая очень высокого класса обработки, как самого вала, так и рабочего колеса. Она жестко фиксирует колесо в оси вращения вала. Зазоры в рабочих колесах и диффузорах регулируются при помощи втулок.
Существуют и другие виды посадок крыльчатки на вал насоса, но мы не ставили себе цель разобрать все существующие способы. В данной главе рассмотрены виды крыльчаток наиболее часто применяемых.
Эксплуатация, обслуживание и ремонт
Как известно, рабочее колесо или крыльчатка является основным элементом насоса. Рабочее колесо определяет основные технические характеристики и параметры насоса. Срок эксплуатации и использования насосов во многом зависит от срока службы рабочих колес. На срок службы крыльчатки влияет много факторов, наиболее значимые из них, это качество выполненного монтажа и условия эксплуатации оборудования.
Качество монтажа. Казалось, что тут сложного, подключил трубу или шланг на всасывающий и напорный патрубки, заполнил насос, и всасывающий патрубок водой, включил вилку в розетку и все хорошо. Насос начал подавать воду и на этом можно пожинать плоды своего труда. Так кажется на первый взгляд, а на самом деле все намного сложнее. От качества выполненного монтажа очень сильно зависит и срок службы оборудования, и условия его эксплуатации. Самые распространенные ошибки при монтаже:
Условия эксплуатации оборудования. К этому фактору относится эксплуатация оборудования в режиме кавитации и работа без протока жидкости «сухой ход»
Последствия «Сухого хода»
Для исключения подобных ситуаций необходимо предупреждать такие случаи и устанавливать дополнительно защиту от работы оборудования в режиме «сухой ход». Об некоторых способах защиты можно узнать . Также нужно проводить периодический осмотр и обслуживание оборудования чтобы увеличить срок его эксплуатации. Во время осмотра надо обратить внимание на предмет подсоса воздуха (всасывающий трубопровод) и отсутствие утечек в соединениях и торцевом уплотнении. Это особенно актуально в тех случаях, когда насосное оборудование длительный срок простаивало и не эксплуатировалось. В случае обнаружения неполадок их надо устранить самостоятельно или пригласить специалиста из сервисного центра, если, например, возникла необходимость в замене . Ремонт в таких случаях будет не долгим и не дорогим. Гораздо сложнее и дороже ремонт стоит тогда, когда нужно будет поменять все внутренности насоса и, вдобавок, еще и статор перемотать. Ремонт в этом случае может стоить примерно столько, сколько стоит новый насос. Поэтому при обнаружении отклонений в работе оборудования (уменьшился напор и расход, появился шум при работе) надо тщательно обследовать и осмотреть всю систему самостоятельно и устранить неполадки. Следует добавить, что при проведении ремонта насосного оборудования, очень часто при замене рабочего колеса, можно столкнутся с такой проблемой, как его снять? Это актуально для насосов у которых рабочее колесо латунное или из норила, но с латунной вставкой либо чугунное с цилиндрической посадкой под шпонку. В процессе эксплуатации такие колеса «прикипает» к валу. Способствует этому также качество нашей воды, с большим содержанием солей жесткости или железа. Снять с вала такие колеса и при этом ничего не повредив очень тяжело. Для снятия колес, следует сначала очистить их от накипи и отложений солей жесткости при помощи средства применяемого в быту «САНТРИ» или ему подобное. Это средство прекрасно очищает внутренности насоса от отложений солей жесткости. Если после очистки рабочее колесо не снимается, следует применить «WD» средство, которое используется при проведении ремонта автомобилей или любую жидкую смазку, которая есть под рукой. За счет большой текучести жидкость «WD» проникает глубоко во все пустоты и поры, тем самым смачивая и смазывая рабочие поверхности. Затем при помощи втулки (втулка должна быть диаметром га 3-5 мм больше диаметра вала, но не выходить за пределы латунной вставки, это актуально для рабочих колес из пластика) и молотка попытаться сдвинуть рабочее колесо с его посадочного места. Обращать нужно также внимание и на сам вал, чтобы не повредить резьбу на которую накручивается гайка, крепящая рабочее колесо. Для этого втулку одеваем на вал двигателя и молотком ударяем по ней. Бить нужно с таким усилием, чтобы не повредить механическое торцевое уплотнение, которое находится на валу, сразу же за рабочим колесом. Как известно у подвижной части механического торцевого уплотнения есть пружина, которая постоянно прижимает рабочие поверхности подвижной и неподвижной частей торцевого уплотнения друг к другу. За счет сжатия этой пружины мы сможем сдвинуть рабочее колесо на 1-2 мм. по валу двигателя. Затем нам надо сдвинуть рабочее колесо по валу в другую сторону. Для этого понадобятся две шлицевые мощные отвертки. Отвертки вставляются между опорой двигателя (суппорт) и рабочим колесом напротив друг друга обязательно под перегородки лопастей (чтобы не сломать лопасти пластикового рабочего колеса). Подваживаем рабочее колесо и пытаемся сдвинуть его по валу в обратную сторону. Затем берем молоток, втулку и проделываем процедуру описанную выше. Таких попыток может быть несколько, пока рабочее колесо не снимется. Таким же способом приходилось снимать латунные и чугунные рабочие колеса. При правильном монтаже и соблюдении условий эксплуатации рабочее колесо или крыльчатка , как и сам насос могут прослужить долго и надежно в течение многих лет.
Спасибо за внимание.
При работе насоса на лопастное колесо действует осевое гидравлическое давление, стремящееся сдвинуть вал с насаженным на него колесом в сторону, обратную направлению движения жидкости, входящей в колесо.
Давление со стороны всасывания в кольцевом пространстве всегда меньше давления на противоположной стороне диска рабочего колеса (2.13). Если с правой стороны колеса сила давления Р2 действует на кольцевую поверхность диска с радиусом г2 и гд, то с левой стороны его действие ограничивается кольцевой поверхностью с радиусом г3 и Rt. Отсюда следует, что силы полного Давления на рабочее колесо с односторонним входом жидкости справа и слева неодинаковы.
Из формулы () следует, что осевое давление направлено справа налево (Р2 > Рх), В результате этого создается усилие вдоль оси вала, стремящееся
сдвинуть рабочее колесо в сторону всасывания. Величина осевой силы тем больше, чем больше диаметр входа и чем больше разность давлений (р2 рг)~ Формула (2.81) является приближенной, так как она не учитывает реактивное давление жидкости при движении в рабочем колесе, которое возникает вследствие изменения направления потока жидкости от осевого к радиальному.
Осевое давление в насосе даже на одно колесо может быть значительным, а в многоступенчатых насосах снятие осевого усилия требует специальных устройств. Осевое давление смещает рабочее колесо, жестко насаженное на вал насоса, что приводит к нагреву подшипников, а при значительном смещении ротора насоса рабочее колесо может прийти в соприкосновение с неподвижными стенками корпуса. Это может вызвать истирание стенок рабочего колеса и увеличение расхода мощности, а в отдельных случаях поломку насоса.
Осевое усилие может быть снято или значительно уменьшено следующим образом:
применением рабочего колеса с двусторонним всасыванием; перепуском жидкости из полости зазора заднего диска во всасывающий патрубок. В этом случае площадь сечения перепускной разгрузочной трубы должна быть не менее чем в 4 раза больше площади зазора между уплотнением колеса и корпусом насоса. Сальник на напорной стороне будет находиться под давлением всасывания;
устройством отверстий во втулке рабочего колеса. Этот способ снижает к. п. д. насоса на 4-6%, поэтому разгрузку предпочтительнее выполнять С помощью перепускной трубы;
установкой радиальных ребер на заднем диске колеса (способ широко применяется в конструкции колес для кислот);
Во многоступенчатых насосах осевые силы уравновешивают следующими способами: противонаправленной установкой колес и соответствующей системой перевода жидкости от колеса к колесу; применением разгрузочного диска (гидравлической пяты) (2.14).
Равновесие ротора в этом случае достигается действием давления рх в направлении, противоположном осевой нагрузке. С этой целью полость перед разгрузочным диском соединяется системой зазоров, через которые незначительная часть подачи насоса Qy2 отводится во всасывающую линию. Это позволяет обеспечить минимальный разбег ротора в осевом направлении и разгрузить сальники со стороны нагнетания от действия высокого давления.
Часто в сельском хозяйстве, в промышленности и в частных домах используют насосное оборудование. Их предназначение заключается в перемещении разных видов жидкости. Именно поэтому насосные агрегаты имеют много разновидностей,особое место среди которых занимают центробежные насосы.
Основной рабочий элемент этого оборудования - рабочее колесо. В данной статье подробно рассматривается понятие рабочего колеса, устройство этого конструктивного элемента , а также его виды.
Рабочее колесо (крыльчатка) насоса - основной рабочий элемент насосного оборудования, который передаёт энергию, получаемую от мотора. Внешний и внутренний диаметр по лопаткам, форму лопаток, ширину колеса можно определить с помощью расчетов.
Главное назначение рабочего колеса насоса – генерирование центробежной силы , которая создаёт давление, которое приводит в движение поток жидкости.
В конструкцию рабочего колеса входят следующие основные элементы:
Лопасти крыльчатки насосного оборудования, зачастую, имеют изогнутость к стороне, противоположной к направлению, к которому они движутся.
Принцип работы крыльчатки: когда начинается рабочий цикл жидкость накапливается между лопастей одновременно с началом вращения крыльчатки. Под воздействием вращения появляется центробежная сила, способствующая появлению давления; затем жидкость отходит от середины крыльчатки и постепенно прижимается к стенкам. Перекачиваемая среда, под напором выводится наружу через нагнетательный патрубок, при этом в середине крыльчатки создается минимальное давление, способствующее поступлению следующей порции жидкости для крыльчатки.
Также следует обратить внимание, что данный процесс происходит циклично, благодаря этому работа насосного оборудования стабильная и бесперебойная.
Рабочие колеса бывают таких типов:
Центробежный насос с открытым рабочим колесом на сегодняшний день практически не применяют, так как их КПД
Полузакрытый тип имеет диск со стороны, которая противоположная всасыванию. Данные типы не применяются в больших грунтовых агрегатах, но применяются в небольших насосах, для которых вопрос о засоряемости является краеугольным камнем.
Закрытые типы выдают наивысший КПД, их применяют на всех современных насосных оборудованиях. Они обладают высокой прочностью, но их защита от износа и ремонт гораздо сложнее, чем полузакрытых и открытых крыльчаток.
Закрытое колесо имеет от двух до шести рабочих лопаток. На его наружной поверхности дисков обычно делают радиальные выступы. Либо выступы, которые повторяют очертание лопаток.
Крыльчатки чаще всего производят цельнолитыми. Но в Соединенных Штатах Америки их иногда производят сварными, из литых деталей. В случае применения трудно обрабатываемых твердых сплавов крыльчатки, иногда, делают с отъемной ступицей, изготовливаемой из более мягкого материала.
Конусная (коническая) посадка– позволяет легко установить и снять крыльчатку с вала насоса. Недостатком такой посадки является менее точное положение крыльчатки относительно корпуса насосного агрегата в продольном направлении, чем при цилиндрической посадке. На вал рабочее колесо посажено жестко, поэтому оно обездвижено. К тому же коническая посадка, как правило, дает большие биения рабочего колеса, а это, в свою очередь, негативно влияет на сальниковые набивки и торцевые уплотнения.
Цилиндрическая посадка – обеспечивает точное расположение крыльчатки на валу. Фиксация колеса на валу производится за счет 1-ой или нескольких шпонок. Данная посадка используется в вихревых насосах, и погружных вихревых насосах. Недостатком такой посадки является потребность точнейшей обработки, как вала насоса, так и самого отверстия в его ступице.
Посадка шестигранная (крестообразная) – как правило, применяется в насосном оборудовании для скважин. Эта посадка обеспечивает простую установку и снятие крыльчатки. Она прочно фиксирует её на валу в оси его вращения. Посредством специальных шайб регулируются зазоры в колесах диффузорах.
Посадка в виде шестигранной звезды -применяется в вертикальных и горизонтальных многоступенчатых высоконапорных насосных агрегатов, в которых крыльчатки изготавливаются из нержавейки. Данная конструкция является самой сложной, она требует высочайшего класса обработки как вала, так и крыльчатки. Она прочно фиксирует рабочее колесо на оси вращения вала. Зазоры в диффузорах регулируются посредством втулок.
Чаще всего причиной поломок рабочего колеса становится кавитация- парообразование и появление пузырьков пара в жидкости, что приводит к эрозии металла, вследствие присутствия в пузырьках жидкости высокой химической агрессивности газа.
Основные причиныпоявления кавитации:
Признаки поломки:
Совет:в случае присутствия в работе насоса вышеуказанных признаков, лучше прекратить его использование. Так как кавитация снижает КПД устройства, его напор и производительность, детали насосного агрегата становятся шероховатыми, и в последствии будет необходим ремонт или покупка нового аппарата.
Если прибор, все же отказался работать, его можно починить своими руками. Для ремонта устройства необходимо выполнить его разборку:
В случае если материал - сталь, если колесо стерлось, то сперва его направляют, а затем вытачивают на токарном станке. При сильной изношенности колеса его снимают, после чего приваривают новое.
В случае если материал - чугун, если колесо стерлось, то необходимые места заливают медью, а потом протачивают, но чугунные колеса, как правило, просто меняют.
Последним шагом насос собирают обратно в такой последовательности:
Наилучшими представителями современных насосов являются: погружной насос с периферийным рабочим колесом Calpeda серии B-VT, а также, самовсасывающий насосный агрегат 1СВН-80А и электронасос 1АСВН-80А.
Насосы CALPEDA B-VT применяют для перекачки чистых (для загрязненных жидкостей можно применить полупогружные насосы Calpeda VAL или Calpeda SC) невзрывоопасных жидкостей, в которых отсутствуют абразивные, взвешенные или высокоагрессивные для материалов, из которых изготовлен насос, частицы.
Благодаря небольшим размерам эти электронасосы весьма хорошо подходят для установки в разных устройствах и аппаратах систем охлаждения, циркуляции и кондиционирования.
Эксплуатационные ограничения насосных агрегатов CALPEDA B-VT
Самовсасывающее насосное оборудование 1СВН-80А и 1АСВН-80А. применяется для перекачки не загрязненной жидкости: воды, спирта, дизельного топлива, бензина, керосина и тому подобной нейтральной жидкости вязкостью
Насосные агрегаты 1СВН-80А производятся правого и левого вращения, если смотреть со стороны окончания вала. В устройстве левого вращения приводной конец вала располагается со стороны всасывающего патрубка, направление движения вала идёт против часовой стрелки.
В аппарате правого вращения приводное окончание вала расположенное со стороны напорного патрубка, вращение вала идёт по часовой стрелке. Необходимо, чтоб направление движения вала совпадало с направлением стрелки на напорной секции насосного оборудования (проверяется посредством кратковременного пробного пуска привода устройства).
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки Российской Федерации
Филиал федерального государственного бюджетного образовательного
учреждения высшего профессионального образования
«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
в г. ОКТЯБРЬСКОМ
Кафедра нефтепромысловых машин и оборудования
Курсовой проект
Ремонт рабочего колеса центробежного насоса
по дисциплине: «Эксплуатация и ремонт машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов»
Выполнил: ст.гр. МП-06-11 Р.Р. Шарифуллин
Октябрьский 2013
Введение
1.1 Техническая характеристика насосного агрегата
1.2 Устройство и принцип работы насосного агрегата
2. Структура технологического процесса капитального ремонта Насосного агрегата типа НПВ-1250-60
2.1 Организация ремонта насосного агрегата. Особенности ремонтных работ
3.1 Разборка насоса
3.2 Контроль вала
5.1 Общие положения
5.2 Сборка соединений вала
5.2.1 Сборка прессовых соединений вала
5.2.5 Сборка резьбовых соединений вала
5.3 Сборка насоса
5.3.1 Сборка ротора
5.3.4 Сборка секций
5.3.5 Финальная сборка насоса
5.4 Центровка насоса
6.1 Основные положения
6.2 Методы испытаний
7. Защита насосного агрегата типа НПА-1250-60 от коррозии
8. Техническое обслуживание и правила эксплуатации насосного агрегата типа НПВ-1250-60
Список литературы
Введение
В различных технологических процессах нефтяной и газовой промышленности добыче, сборе, подготовке и транспорте продукции нефтяных скважин, магистральном транспорте нефти, процессах повышения нефтеотдачи пластов, поддержании пластового давления и водоснабжении, а также в различных технологических установках газоперерабатывающих заводов и компрессорных станциях применяется разнообразное насосное оборудование, различающееся по принципу действия, конструктивному исполнению, приводу и характеристикам перекачиваемой жидкости.
Нефтяные центробежные насосы, рассчитанные на работу в условиях возможного образования взрывоопасных смесей газов и паров с воздухом, применяют в промысловых системах сбора, подготовке и транспорте нефти, технологических установках нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств для перекачивания нефти, сжиженных углеводородных газов, нефтепродуктов и других жидкостей, сходных с указанными по физическим свойствам (плотности, вязкости и др.) и коррозионному воздействию на материал деталей насосов. Максимальное содержание твердых взвешенных частиц в перекачиваемой жидкости не должно превышать 0,2 % (по массе). Размеры частиц должны составлять не более 0,2 мм.
Изготовляют насосы следующих типов: К консольные горизонтальные одно- и двухступенчатые; С горизонтальные секционные межопорные с осевым разъемом корпуса; СД горизонтальные секционные межопорные двухкорпусные; ВМ вертикальные, встраиваемые в трубопровод.
Предусмотрено изготовление следующих типов: НСУ нефтяные для откачки утечек; НПВ нефтяные подпорные вертикальные; НМ нефтяные магистральные.
Насосы нефтяные подпорные вертикальные типа НПВ предназначены для подачи нефти с температурой от минус 5 0 С до плюс 80 0 С, кинематической вязкостью 1-3x10 -4 см 2 /с, плотностью 830-900 кг/м 3 .
насос ремонт вал коррозия
1. Конструкция, назначение и условия работы насосного агрегата типа НПВ-1250-60
Кавитацией называется нарушение сплошности потока жидкости, обусловленное появлением в ней пузырьков или полостей, заполненных паром или газом. Кавитация возникает при понижении давления, в результате чего жидкость закипает или из нее выделяется растворенный газ. В потоке жидкости такое падение давления происходит обычно в области повышенных скоростей. В большинстве случаев выделение газа, из раствора не играет существующей роли. В этом, случае кавитацию часто называют паровой. Паровую кавитацию сопровождают следующие основные явления:
1) Конденсация пузырьков пара, который увлекается потоком в область повышенного давления.
2) Эрозия металла стенок канала. При конденсации пузырьков пара давление внутри пузырька остается постоянным и равным упругости насыщенного пара, давление же жидкости повышается по мере продвижения пузырька. Частицы жидкости, окружающие пузырек, находятся под действием разности давления жидкости и давления внутри пузырька и движутся к его центру ускоренно. При полной конденсации пузырька происходит столкновение частиц жидкости, сопровождающееся мгновенным местным повышением давления, достигающем тысяч атмосфер. Это приводит к выщербливанию материала стенок каналов, вызванному, по-видимому, усталостными явлениями. Описанный механический процесс разрушения стенок каналов называется эрозией и является наиболее опасным следствием кавитации.
3) Звуковые явления (шум, треск, удары) и вибрация установки, являющиеся следствием колебаний жидкости, которые вызваны замыканием полостей, заполненных паром.
4) В лопастных насосах кавитация сопровождается падением подачи, напора, мощности и к. п. д.
В лопастном насосе паровая кавитация возникает на лопатке рабочего колеса обычно вблизи ее входной кромки. Давление здесь значительно ниже, чем давление во входном патрубке насоса из-за местного возрастания скорости при натекании на лопатку и из-за гидравлических потерь в подводе.
Для исключения явления кавитации на магистральных центробежных секционных насосах при перекачке нефтепродуктов из товарного парка на НПЗ применяют подпорные насосы, создающие давление на входном патрубке магистрального насоса.
Рисунок 1 Насосный агрегат НПВ-1250-60 1 электродвигатель; 2 фонарь; 3 напорный патрубок; 4 входной патрубок; 5 стакан с насосом
Агрегаты электрические насосные нефтяные подпорные вертикальные (рисунок 1) предназначены для подачи нефти с температурой 268..353К (-5..+80С), плотностью =830..900 кг/м2 к нефтяным магистральным насосам по ГОСТ 12124-80 и создания необходимого подпора для их безкавитационной работы.
Агрегаты предназначены для эксплуатации во взрывоопасных зонах класса В-1Г (в соответствии с правилами устройства электроустановок) и перекачивания нефти, пары которой образуют взрывоопасные смеси с воздухом категории II А и группы Т3 по ГОСТ 12.1.011-78.
Насосы изготовлены по первой группе надёжности ГОСТ 6134-71 в климатическом исполнении V категории размещения I по ГОСТ 15150-69, и предназначены для эксплуатации на открытых площадках при нижнем значении предельной температуры окружающей среды -50С.
В условном обозначении электронасосного агрегата (насоса) цифры и буквы обозначают:
НПВ нефтяной подпорный вертикальный
1250 подача, м3/ч
60 напор, м.
Агрегаты изготавливаются в исполнении для взрывоопасных и пожароопасных производств.
1.1 Техническая характеристика
Насос НПВ-1250-60 имеет следующие технические характеристики:
Подача 1250 м 3 /ч
Напор 60 м
Частота вращения ротора 1500 об/мин
Допускаемый кавитационный запас на оси рабочего колеса (на воде), не более 2,2 м
КПД (на воде), не менее 76%
Внешняя утечка через уплотнение насоса 0,3*10
Габаритные размеры 6155х2361 мм
Масса, не более 11940 кг
Допускается обточка рабочих колёс по наружному диаметру на 5 и 10% от номинального значения по рекомендациям предприятия изготовителя.
1.2 Устройство и принцип работы
Каждый электронасосный агрегат состоит из нефтяного вертикального подпорного насоса, вертикального асинхронного взрывозащищённого электродвигателя, типа ВАОВ, соединительной муфты, системы автоматики и контрольно-измерительных приборов.
Насос центробежный, вертикальный, одноступенчатый с осевым подводом жидкости. Рабочее колесо двустороннего входа, для повышения всасывающей способности колеса, применены предвключенные колёса.
Статорная часть насоса состоит из двух осевых подводов, отвода, переводных каналов, двух напорных секций, крышки с напорным патрубком и контрфланцем и фонаря под электродвигатель.
Нижней частью насос помещён в металлический стакан с приварным днищем, входным патрубком и опорной плитой. Стакан опорной частью плиты устанавливается на фундамент и крепится к нему фундаментными болтами. Для выпуска воздуха при заполнении для опорожнения насоса в стакане предусмотрены патрубок и трубка. Крышка устанавливается на опорную плиту стакана. На верхний фланец крышки устанавливается фонарь для монтажа электродвигателя.
Ротор насоса состоит из вала рабочего и предвключенных колёс, втулок уплотнения, шпонок и т.д. Направление вращения ротора по часовой стрелке, если смотреть со стороны приводного конца вала.
Гидравлическое осевое усилие ротора разгружается применением рабочего колеса двухстороннего входа.
Масса ротора и остаточное гидравлическое осевое усилие ротора воспринимается сдвоенным радиально-упорным шариковым подшипником, являющимся верхней опорой. Смазка шарикового подшипника консистентная ЦИАТИМ-202 ГОСТ11110-75 или Литол-24 ТУ 38-101139-71.
Для восприятия радиальных усилий в конструкции насоса предусмотрены два радиальных подшипника скольжения концевой (на нижнем конце вала) и промежуточный, смазываемых перекачиваемым нефтепродуктом.
Концевое уплотнение ротора торцевого типа ТМ120М ТУ 26-06-968-75. В полости крышки организован сборник утечек нефти из торцевого уплотнения. Для обогрева торцевого уплотнения и сборника утечек нефти при низких температурах окружающего воздуха, крышка насоса оснащена электрическим обогревателем. Во избежание больших потерь тепла, внешняя поверхность крышки насоса на месте эксплуатации насоса должна быть теплоизолирована.
Сборник утечек нефти опорожняться раз в 1,5..2 месяца при нормальной утечке из торцевого уплотнения. Для контроля уровня применяются сигнализаторы уровня жидкости СУЖ-3.
2. Структура технологического процесса капитального ремонта насосного агрегата типа НПВ-1250-60
Технологический процесс капитального ремонта представляет собой комплекс технологических и вспомогательных операций по восстановлению работоспособности оборудования, выполняемых в определенной последовательности, и включает в себя приемку оборудования в ремонт, моечно-очистные операции, разборку оборудования на агрегаты, сборочные единицы и детали, контроль сортировку деталей и ремонт деталей, их комплектацию, сборку сборочных единиц, агрегатов и оборудования в целом, обкатку и испытание оборудования после сборки, окраску и сдачу оборудования из ремонта.
На ремонтных предприятиях нефтяной и газовой промышленности в зависимости от количества однотипного оборудования и условий ремонта применяют два основных метода ремонта: индивидуальный и агрегатный (узловой). В зависимости от применяемого метода изменяются содержание и последовательность операций технологического процесса ремонта. При индивидуальном методе ремонта детали, сборочные единицы и агрегаты оборудования маркируют и после ремонта устанавливают на том же оборудовании. Следовательно, сборку оборудования начинают только тогда, когда отремонтированы все детали, что значительно удлиняет общее время ремонта.
Индивидуальный метод ремонта применяется в тех случаях, когда на ремонтное предприятие поступает мало однотипного оборудования. При индивидуальном методе ремонта машину или механизм ремонтирует одна комплексная бригада, состоящая из рабочих высокой квалификации.
Индивидуальный метод ремонта имеет следующие недостатки:
1) отсутствует специализация ремонтных работ и ограничена возможность внедрения механизации, что значительно снижает производительность труда;
2) оборудование длительно находится в ремонте, так как готовые детали простаивают, пока все детали не будут отремонтированы;
Рисунок 2 - Схема технологического процесса капитального ремонта оборудования индивидуальным методом.
При агрегатном методе ремонта должно соблюдаться следующее неравенство:
Следовательно, Естественно что длительность ремонта в этом случае значительно сокращается.
Ремонт насосов должен производиться на ремонтных базах. Технология ремонта насосов зависит от метода подготовки и планирования ремонта:
а) индивидуальный метод ремонта насосов, при условии восстановления изношенных деталей;
б) индивидуальный метод ремонта насосов, при условии замены изношенных деталей новыми из запаса, хранящегося на складе;
в) обезличенный метод ремонта.
При капитальном ремонте индивидуальным методом, поступившие в ремонт насосы подвергают наружной мойке, последовательной разборке на узлы и детали, повторной мойке деталей, контролю, сортировке (годные в сопряжении с восстановленной до ремонтного размера или новой деталью, нуждающиеся в ремонте и негодные), маркировке и дефектации деталей. Годные детали транспортируются непосредственно на склад комплектации, а детали, не подлежащие восстановлению, в металлолом.
При наличии запасных частей капитальный ремонт в основном сводится к слесарно-сборочным операциям и небольшому количеству станочных и сварочных работ, требующих универсального оборудования и средней квалификации ремонтного персонала.
Все детали, требующие ремонта и восстановления, проходят согласно технологическому процессу ремонта различные цехи предприятия и в - результате, также, поступают на склад комплектации, где комплектуются узлы, подлежащие сборке, а затем производятся собственно сборка и испытание.
Параллельно ремонтируется базовая деталь, а затем производится общая сборка, испытание, обкатка, окраска и сдача потребителю отремонтированной машины.
Сборку насоса можно начинать только после восстановления последней детали.
Требование к сборке и испытанию капитально отремонтированного наcoca не должны отличаться от аналогичных требований, которые предъявляются к новому насосу.
Централизация и специализация создает условия для организации промышленного ремонта, а следовательно и для применения наиболее прогрессивных технологических и организационных решений. Полностью централизованный капитальный ремонт насосов на специализированных заводах, эффективен при масштабах выпуска, обеспечивающих возможность организации поточного обезличенного ремонта и при наличии обменного фонда.
Создание обменного фонда позволит потребителю, сдавая в ремонт насос, получить отремонтированный экземпляр такой же марки. Число зарезервированных для обмена насосов на ремонтном предприятии должно составлять - 4% от числа ежегодно ремонтируемых насосов. Основными преимуществами централизованного капитального ремонта являются снижение его трудоемкости и себестоимости в 1,5 - 2 раза, повышение качества за счет специализации и лучшего технического оснащения, а, следовательно, увеличение межремонтных периодов и повышение коэффициента использования оборудования в эксплуатации. При централизованном ремонте повышается культура и техника ремонтного производства, снижается численность ремонтного персонала, экономится металл, сокращается количество технологического оборудования, занятого на ремонте, повышается коэффициент его загрузки, улучшается технологическая дисциплина, сокращается производственный цикл ремонта насосов в 2 - 3 раза.
В любом случае стоимость капитального ремонта должна составлять
25 … 35% от стоимости нового насоса и в крайнем случае не превышать 60 … 70% ее величины.
3. Технология разборки насоса и контроль вала
Чтобы выполнить операции разборки в более короткий срок и при этом предохранить узлы и детали от поломок, необходимо правильно организовать их укладку. Тяжелые и громоздкие узлы и детали машин ставят или укладывают на подставки и деревянные настилы у места разборки таким образом, чтобы они не мешали работе бригады и не загораживали проходы. Другие снятые с машины детали помещают на специальные подставки, которые могут быть установлены одна над другой на тележки для транспортировки деталей на мойку. Такой способ размещения деталей исключает контакт и удары деталей друг о друга при транспортировке, а следовательно, и их повреждения. Крепежные детали, обладающие малой массой и не вызывающие взаимных поломок, помещают в ящик. После мойке деталей на этих же подставках доставляют на контроль (дефектовку). При разборке детали проходит метку. Это необходимо для всех деталей при индивидуальном ремонте, когда машину собирают из собственных восстановленных деталей. При агрегатном методе ремонта метки необходимы для пары приработанных деталей (седло-клапан) или для фиксации правильного взаимного положения деталей.
Существуют следующие способы метки деталей: сильным клеймом (буквами, цифрами, кернением), электрографом или электроштихилем, кислотным клеймом и краской. Клеймят незакаленные детали, если клеймение не портит рабочую поверхность и не деформирует деталь. Другие методы пригодны и для заклеенных деталей. Кислотное клеймо наносят резиновым штампом, смоченным кислотой, с дальнейшей нейтрализацией 10%-ным раствором кальцинированной соды.
Резьбовые соединения. Если резьбовой конец испорчен, перед разборкой надо поправить резьбовую нарезку с помощью трехгранного надфиля, напильника или полностью спилить забитую нитку резьбы. Резьбовые соединения, работающие в агрессивных средах, корродируют, что затрудняют их разборку, так как момент развинчивания становится недопустимо велик. Такие соединения промывают керосинам, а в некоторых случаях узел погружают на время в ванну с керосином. Проникая в резьбу, керосин уменьшают коэффициент трения. Перед развинчиванием следует убедиться в направлении нарезки (правая, левая) с тем, чтобы не деформировать свинченные детали недопустимым крутящим моментом.
Перед развинчиванием деталей необходимо расстопорить средство против самоотвинчивания: отвинтить стопорный винт, отогнуть усик стопорной шайбы, вытащить шплинт, отвинтить контргайку и т. д. Запрещается при отвинчивании применять трубы для удлинения плеча ключа, так как недопустимо большой момент кручения приводит к порче граней гаек и поломке болтов и шпилек. Для извлечения поломанных шпилек используют следующие способы: если шпилька выступает над поверхностью, в верхней её части прорезают паз под отвертку, либо приваривают к сломанному торцу гайку по внутреннему диаметру; если шпилька спрятана в гнездо, в ней сверлят отверстие, нарезают левую резьбу и ввинчивают экстрактор, вращая который вывинчивают шпильку. Если вывинтить шпильку указанными методами невозможно, ее высверливают. Аналогичными методами можно удалять винты с испорченным пазом под отвертку или с поломанной головкой. Паз винта может быть испорчен недопустимым моментом вращения, а так же неправильным выбором отвертки, которая должна соответствовать длине и ширине паза. На ремонтных предприятиях следует ограничивать применения рожковых и особенно универсальных (разводных) ключей, так как работа с ними малопроизводительна и, кроме того, они быстро изнашивают грани болтов и гаек. Более рациональны накидные торцевые, коловоротные ключи, а так же ключ-трещотка и ключи с шарнирными наконечниками. Наибольшая производительность достигается при использовании пневматических и электрических гайковертов. Чтобы не применять контргайки для вывинчивания шпилек, используют специальные цанговые ключи.
Цилиндрические соединения с натягом. Если разборка деталей класса вал-втулка, соединенных на посадках с зазором, не вызывает затруднений, то разборка соединений с натягом требует применения специальных приспособлений, способных создавать значительные силы распрессовки. К таким приспособлениям относятся рычажные, винтовые и гидравлические прессы, применение которых не всегда возможно, а так же различные подшипников, муфт, шестерен, шкивов, втулок, седел поршневых насосов.
Подшипники качения. При демонтаже следует беречь от повреждений подшипники, их гнезда в корпусах и шейки валом, на которых они посажены. Лучший способ демонтажа подшипников - снять их с вала или удалить из гнезда с помощью прессов с использованием соответствующих наставок или при помощи съемников, аналогичных описанным выше. При этом усилие следует прикладывать только к туго насаженному кольцу, не передавая его через элементы качения. Запрещается снимать подшипники ударами молотка. Пружины кольца, которыми замыкаются подшипники качения в корпусах или на валах, снимают, разжимая или сжимая их с помощью специальных щипцов с закругленными губками (прямыми или отогнутыми), которые вводят в отверстия, имеющиеся в пружинных кольцах.
При проведении дефектации изделий необходимо производить разбраковку деталей по видам износа, одновременно необходимо сразу предварительно определять и направление восстановления деталей. В дальнейшем необходимо, чтобы детали, восстановленные одним способом, попадали бы на сборку в один узел (насос). Это делается, для того чтобы исключить преждевременный выход насоса из строя из-за неправильного выбора метода восстановления или защиты какой-либо одной детали или элемента насоса при сохранении работоспособности остальных элементов насоса.
Изгиб валов проверяют индикатором при их вращении в центрах или на призмах. Шейки валов, имеющие царапины, риски и овальность до 0,1 мм, ремонтируют шлифованием. Но сначала проверяют, справлены ли центровые отверстия. При наличии на них забоин и вмятин отверстия восстанавливают. Шейки валов со значительным износом обтачивают и шлифуют под ремонтный размер. При этом допускается размер уменьшении диаметра на 5-10% в зависимости от характера воспринимаемых валом нагрузок. В тех случаях, когда необходимо восстановить размеры шеек, на них после их обточки напрессовывают или устанавливают на эпоксидном клее ремонтные втулки, которые затем обрабатывают точением или шлифованием. Изношенные поверхности валов можно ремонтировать также наращиванием металла вибродуговой наплавкой, металлизацией, осталиванием, хромированием и другими методами.
Учитывая условие работы и виды износа вала, дефект будем устранять наплавкой в среде углекислого газа. Наплавка проводится без последующей термической обработки, и без предварительной механической обработки. Для наплавки используется проволока 1,2 Нм-30ХГСА ГОСТ 10543-82. Рассматриваем режимы при наплавке в среде углекислого газа.Выбираем силу тока в зависимости от диаметра электрода и диаметра детали.Диаметр проволоки 1,1-1,2 мм.Сила тока.Напряжение
Скорость наплавки V H , м/ч.
б Н =(10ч12) г/А. ч;
J - сила тока, А;
h - толщина наплавляемого слоя, мм;
S - шаг наплавки, мм;
Где Dн - диаметр наплавки, Dп - диаметр проволоки.
S=(1,6ч2,2) . d пр =1,8 . 1,2=2,16 мм
Dпр-диаметр проволоки
Частота вращения детали п мин -1:
где Uн-скорость наплавки;d-диаметр вала
n=1000·82.6/60·3.14·97=9.53
Скорость подачи проволоки U пр, м/ч:
где б Н - коэффициент наплавки, г/А. ч,
J - сила тока, А;
пр -диаметр проволоки
г - плотность электродной проволоки, г/см 3 (г =7,85).
Вылет электрода:
Смещение электрода l, мм:
l=0.07·97=3.22 мм
Расход углекислого газа составляет 12 л/мин.
Рассчитываем норму времени, Т Н:
где Т 0 - основное время;
Т ВС - вспомогательное время;
Tдоп- дополнительное время.
T0=3.14·97·28/1000·82.6·2.16=0.022ч
Т ВС =(2ч4) мин - вспомогательное время
где к - коэффициент, учитывающий долю дополнительного времени от основного и вспомогательного, %:
к=10 - для наплавки в среде СО 2
Т ПЗ =(16ч20)мин
Используемая марка проволоки 1,2 Н П -30 ХГСА.
Выработка и выход из строя подшипников скольжения или качения, а также, коррозионные оспины, появление рисок и надиров при попадании мелких посторонних частиц во вкладыши подшипников вместе со смазкой приводят к износу шеек валов.
Шейки вала, работающего в подшипниках скольжения, обычно вырабатываются неравномерно и в продольном сечении принимают форму конуса, в поперечном - эллипса. Шейки вала, работающего в подшипниках качения, изнашиваются при протачивании внутренней обоймы подшипника на валу вследствие послабления при изготовлении или выработке посадочных мест в процессе эксплуатации насоса.
В зависимости от износа посадочных мест валов применяют следующие методы восстановления: хромирование при износе посадочных мест до 0,3 мм; осталивание (железнение) с последующим шлифованием при износе посадочных мест до 0,8 мм; наплавку при износе посадочных мест более 0,8 мм.
Восстановление и упрочнение валов наплавкой значительно увеличивают срок их службы, обеспечивают большую экономию запасных частей, сокращение затрат на ремонт оборудования. Известны различные способы наплавки - электродуговая, электрошлаковая, газовая, термитная, трением, электронно-лучевая и др. Валы восстанавливают обычно электродуговой наплавкой, не вызывающей деформации обрабатываемых изделий. Для восстановления изношенных валов можно также использовать наплавку трением. Этот процесс по затратам электроэнергии значительно экономичнее электродугового.
В ремонтном производстве для восстановления валов часто применяют электродуговую наплавку под слоем флюса, в среде диоксида углерода, в струе охлаждающей жидкости, с комбинированной защитой дуги, порошковой лентой и др. Автоматическую электродуговую наплавку под слоем флюса широко применяют для наплавки валов, изготовленных из нормализованных и закаленных среднеуглеродистых и низколегированных сталей, а также из малоуглеродистых сталей, не подвергающихся термической обработке, имеющих износ от 0,3 до 4,0 мм при однослойной наплавке и свыше 4 мм - при многослойной. Производительность процесса очень высока. Валы диаметром до 50 мм этим способом восстанавливать сложно, так как шлак, не успев затвердеть, стекает с наплавляемого изделия.
Электродуговая наплавка в среде диоксида углерода широко распространена в ремонтном производстве для восстановления валов диаметром до 40 мм.
Вибродуговую наплавку используют при восстановлении валов диаметром до 40 мм, когда требуется нанести равномерный и сравнительно тонкий слой металла при минимальной деформации изделия, а наличие мелких дефектов не имеет существенного значения. Этот процесс протекает при пониженной мощности дуг, высокоэкономичен и обеспечивает высокую твердость наплавленного металла.
Однако получаемые покрытия насыщены газами и имеют большие внутренние напряжения. Поэтому вибродуговая наплавка не рекомендуется для ремонта деталей, работающих при знакопеременных нагрузках.
Автоматическая наплавка порошковой проволокой, которая позволяет наносить слой металла любого химического состава и получать закалочные структуры различной твердости, получила широкое распространение в последнее время.
Автоматическая наплавка ленточным электродом и порошковой лентой в 2-3 раза производительнее, чем обычной электродной проволокой, и дает возможность за один ход аппарата наносить слой металла шириной до 100 мм, толщиной 2-8 мм. Этим способом нельзя наплавлять валы малого диаметра. Тугоплавкие сплавы наплавляют плазменным способом, который производительнее других способов.
В последние годы разработаны новые способы наплавки с комбинированной защитой дуги и сварочной ванны для устранения отдельных недостатков того или иного способа восстановления.
При восстановлении посадочных мест вала ручной электродуговой наплавкой поврежденное место вала протачивают на станке на величину наиболее глубоких повреждений. Затем наплавляют вал до нужных размеров с учетом последующей проточки и шлифовки. Наиболее ответственная операция - наплавка вала.
На Уфимском заводе синтетического спирта разработано приспособление, позволяющее качественно провести наплавку. Приспособление, показанное на рисунке 4, состоит из рамы 4, на которую крепят неподвижную 7 и передвижную 3 стойки, что позволяет наплавлять валы различной длины. Вал 1 помещается между четырьмя роликами 5 и может свободно вращаться вокруг своей оси. Расстояние между роликами в зависимости от диаметра вала регулируют пазом 8 и гайкой 6. При наплавке шеек валов, расположенных на значительном расстоянии от конца вала, в результате неравномерного нагрева вал деформируется.
Рисунок 3 - Приспособление для восстановления валов электродуговой наплавкой разработанное на Уфимском заводе синтетического спирта1-вал; 2-место наплавки; 3-передвижная стойка; 4-рама; 5-ролик; 6-гайка; 7-неподвижная стойка; 8-паз.
На рисунке 5 показано приспособление, внедренное на Уфимском нефтеперерабатывающем заводе. Оно позволяет вести наплавку спиральным валиком вдоль оси вала, что обеспечивает равномерный нагрев поверхности вала и исключает его коробление. На рисунке вал 2 фиксируют в центрах между планкой 1 и плитой 3. Планка с центром может передвигаться по стойке 4, и это позволяет вести наплавку валов различной длины. Однако установка валов на рассмотренное приспособление сопровождается неизбежной их деформацией.
Кроме ручной применяют автоматическую электродуговую наплавку вибрирующим электродом. Головки для наплавки ГВМК-1 выпускают с вылетом мундштука до 50 мм. Иногда наплавку вала целесообразно проводить без снятия рабочих колес. В этих случаях для головки изготовляют мундштук длиной 250 - 300 мм. Восстановление валов вибродуговой наплавкой показано на рисунке 6.
Рисунок 4 - Приспособления для наплавки валов спиральным валиком 1- планка; 2 - вал; 3- плита; 4 - стойка; 5 - барашек.
Рисунок 5 - Восстановление валов автоматической электродуговой наплавкой вибрирующим электродом 1-рабочие колеса; 2- вал; 3- головка для наплавки.
При наплавке лентой от проплавления основного металла зависит степень его перемешивания с наплавленным. Благодаря постоянному перемещению дуги глубина проплавления основного металла при наплавке лентой меньше, чем при наплавке проволокой. Наибольшее влияние на глубину проплавления и перемешивания основного металла с наплавленным оказывает скорость наплавки. С ее ростом увеличивается глубина проплавления, уменьшаются ширина и толщина наплавляемого валика.
При малых скоростях наплавки снижается проплавление основного металла.
Для наплавки холоднокатаной электродной лентой используют сварочные аппараты АДС-1000-2, А-384, А-874, ТС-3.5, головку АБС, сварочные преобразователи постоянного тока ПС-500, ПТС-500, ПС-1000, ПСМ-1000-4 и выпрямители ВС-600, ВС-1000, ВКСМ-1000, ВКСМ-2000. Наплавку осуществляют лентами из стали 08кп и коррозионно-стойких сталей. Широкое применение получили металлокерамические ленты ЛМ-70ХЗНМ, ЛМ-20ХЮПОТ, ЛМ-1Х14НЗ, ЛМ-5Х4ВЗФС, разработанные в Институте электросварки им. Е. О. Патона.
Наплавку металлокерамическими лентами ведут постоянным током обратной полярности. Плотность тока на электроде 10 -20 А/мм 2 , напряжение дуги 28 - 32 В, скорость наплавки 0,16 -0,55 м/с, скорость подачи ленты 15 - 150 м/ч.
Таблица 2 Сила тока в зависимости от ширины ленты следующая:
Восстановление деталей контактным электроимпульсным покрытием заключается в приварке металлической ленты под воздействием сварочных импульсов. Чтобы исключить нагрев детали и улучшить условия закалки приварного слоя, в зону сварки подают охлаждающую жидкость.
При приварке ленты толщиной 0,3 - 0,4 мм рекомендуемая емкость батареи конденсаторов 6400 мкФ. Напряжение заряда конденсаторов регулируют в пределах 260 - 425 В. Ленту приваривают при напряжении 325 - 380 В. Чем больше диаметр восстанавливаемой детали и толщина привариваемой ленты, тем выше требуемое напряжение заряда конденсаторов. Свариваемость ленты с основным материалом в зависимости от амплитуды и длительности импульса тока определяют по глубине вмятин сварной точки, числу пор на поверхности деталей, прошлифованных до номинального размера, и шелушению приварного слоя толщиной 0,15 - 0,02 мм.
5. Сборка насосного агрегата,регулировка основных узлов и деталей вала
Полная взаимозаменяемость, при которой любая деталь и узел могут быть использованы для любого насоса при сборке без дополнительной пригонки. В этом случае сборка заключается только, в соединении деталей узлов, при этом обеспечиваются заданные посадки, (рабочие колеса корпуса секций, направляющие аппараты);
Сборка с применением компенсаторов, при которой в результате изменения величины одного из звеньев обеспечивается заданная точность размерной цепи; все остальные звенья изготавливается с точностью, допустимой условиями производства. Практически этот метод сборки осуществляется введением прокладок, колец, втулок (сборка ротора с компенсирующими кольцами между рабочими колесами).
Применение пригонки деталей по месту обеспечивают заданную точность сборки изменением размера или получением размера по месту в результате снятия стружки (диск разгрузочный...).
5.2.1 Сборка прессовых соединений
К прессовым соединениям, относятся посадки наплавляющего аппарата в корпус секции, соединение секций между собой. При сборке прессовых соединений посадка деталей всегда производится с натягом. Перед сборкой детали должны быть тщательно очищены от стружки; эмульсии и других загрязнений и покрыты тонким слоем смазки. Основным оборудованием для выполнения прессовых посадок служат прессы различных типов: ручного действия с механическим приводом, пневматические и гидравлические.
Запрессовку деталей необходимо производить плавно, с постоянным нарастанием усилия, не допуская перекоса.
Если по условиям сборки установка детали производится ударом молотка по обработанной поверхности, необходимо применять оправки и молотки из цветных металлов, пластмасс. При, этом запрессовку необходимо производить легкими ударами молотка по головке оправки или по специальной подставке, причем, чтобы деталь плотно села на месте своим буртиком или упором, причем последний удар должен быть сильным и резким.
5.2.2 Сборка шпоночных соединений вала
Сборку шпоночного соединения начинают с проверки паза на валу. Дно паза должно быть параллельно оси вала, острые кромки паза закругляют. Шпонку пригоняют по пазу, смазывают жидкой смазкой и запрессовывают в паз. Правильность прилегания шпонки к боковым стенкам проверяют шумом или по окраске. Затем выверяют паз в ступице, производят пригонку паза по шпонке и после этого ступицу насаживают на вал.
5.2.3 Сборка конусных соединений (насадка полумуфты насоса)
Перед сборкой конусного соединения необходимо проверить плотность прилегания конических поверхностей вала и втулки по краске. Плотность прилегания должна бать не менее, 80%.
Конусное соединение для надежности дополнения шпонкой; полумуфта насаженная на вал крепится на нем гайкой и шайбой.
5.2.4 Установка подшипника качения
Нормальная работа подшипников во многом зависит от соблюдения технологического процесса посадки подшипника.
При посадке подшипника в корпус усилия запрессовки прилагают к наружному кольцу, предварительно смазав место посадки жидкой смазкой.
Следует стремиться запрессовать кольцо под прессом или при отсутствии пресса, молотком с использованием монтажной отправки. Правильно смонтированный подшипник при проворачивании от руки должен работать ровно без шума, стука и толчков.
5.2.5 Сборка резьбовых соединений
Качество сборки резьбовых, соединений определяется правильностью затяжки болтов и гаек, достижением необходимых посадок, отсутствием перекосов в соединениях, надежностью стопорных устройств.
При затяжке болтовых соединений важно осуществлять постоянное усилие, достаточное для создания необходимой плотности соединения. Слишком сильная затяжка может привести к недопустимым дёформациям пли перенапряжению соединения. Приступая к затяжке болтового соединения необходимо проверить резьбу болта и гайки. Гайка должна от усилия руки навертываться на резьбу до конца и не иметь качания.
Особенное внимание обратить на стяжные шпильки - для которых нужно обеспечить равномерную затяжку по всей окружности, завинчивая гайки поочередно "крест-накрест".
Момент затяжки (указан в сборочных чертах) получить не менее, чем за 5 обходов гаек по окружности.
Для более качественного соединения секций рекомендуется применять гидрозатяжку шпилек с гарантируемым усилием затяжки.
Концы болтов и шпилек резьбовых соединений должны выступать из гаек на 1..4 витка резьбы.
Допускается при необходимости поставка ступенчатых шпилек в гнезда ремонтного размера и увеличение диаметров шпилек, при износе гнезд.
5.3 Сборка насоса
При окончании необходимого ремонта всех деталей проводится сборка всех узлов, входящих в насос: ротор, секции, концевое уплотнение, крышка насоса.
5.3.1 Сборка ротора
Сборка ротора осуществляется в два этапа: предварительная и окончательная сборка совместно с насосом. Детали, поступающие на предварительную сборку (рабочие колеса, полумуфты,) должны быть статически сбалансированы.
Предварительная сборка ротора осуществляется в следующем порядке. На вал одевается рабочее колесо первой ступени до упора в буртик, предварительно вложив шпонку в паз вала. Затем поочередно одеваются рабочие колеса промежуточной ступени, причем необходимо обратить внимание, что шпонки под колеса (через ступень) находятся на диаметрально противоположных поверхностях вала.
После рабочего колеса последней ступени одеваются диск разгрузочный, рубашка и с двух сторон проводят стяжку всех деталей с помощью гаек.
В процессе этой сборки проводится проверка размеров 95 мм и 98,5 мм между осями рабочих колес, и при необходимости устанавливаются прокладочные кольца из материалов, стойких по отношению к перекачиваемой среде. Кроме этого должно быть обеспечено прилегание торцов сопрягаемых деталей. При проверке по краске распределение пятен должно быть равномерным по площади торцов.
Предварительная сборка позволяет путем соответствующих замеров обеспечить правильную взаимную осевую установку всех вращающихся деталей и их остановку по отношению к неподвижным частям корпуса.
После сборки готовый ротор подлежит проверке на биение.
Проверка ротора на биение производится на стенке в центрах или специальных отправках. Биение должно замеряться при зажатых и отпущенных гайках ротора, при этом величины биения не должны отличаться. Изменение величины биения свидетельствует о неправильно обработанных торцах деталей.
В случае необходимости производится проточка уплотнений рабочих колес, наружной поверхности рубашек, и торца разгрузочного диска; Запрещается протачивать шейки вала под подшипники и полумуфты.
0тбалансированный ротор снова возвращается на участок сборки, где производится демонтаж с вала деталей, затрудняющих установку ротора в насос, причем необходима фиксация положения снимаемых с вала деталей и порядковая нумерация рабочих колес с целью сохранения динамической балансировки.
5.3.2 Сборка крышки всасывания
После окончания ремонта и проверки основных размеров в крышку всасывания вставляется уплотнительное кольцо, которое привинчивается винтами к крышке. Затем вставляется предохранительная втулка из бронзы или нержавеющей стали, и фиксируется винтами или сваркой. В зависимости от варианта уплотнения может устанавливаться на болтах корпус уплотнения с уплотнительным кольцом.
5.3.3 Сборка напорного патрубка
Сборка заключается в установке втулки пяты на штифтах и фиксации ее подвижным фланцем.
5.3.4 Сборка секций
В направляющем аппарате фиксируется уплотнительное кольцо из бронзы или пластмассы, в корпусе секции фиксируется стальное уплотнительное кольцо и затем направляющий аппарат вставляется в корпус секции.
5.3.5 Финальная сборка насоса
Сборка насоса начинается с установки на плиту входной крышки, если она снималась, со вставленной уплотнительной втулкой и закреплением ее на плите. На плиту устанавливается монтажная подставка для сборки секций. Затем устанавливается первая секция до металлического контакта по уплотнительному стыковому торцу и подпирается вал от провисания. Таким же образом собираются остальные рабочие колеса и секции. После каждой установки очередной секции проверяется суммарный осевой разбег путем передвижения ротора до упора в одну и другую сторону.
Если разбег меньше 6 мм, то выполняется подгонка осевых размеров рабочих колес, направляющих аппаратов или устанавливаются дистанционные кольца на ротор.
После сборки, всех секций устанавливается крышка с предварительной собранной в ней втулкой пяты и производится затяжка шпилек.
Предварительный момент затяжки шпилек - 30 кгс.м. Окончательный момент затяжки шпилек насоса - 1000 кгс.м.
Равномерность затяжки шпилек насоса проверяется шумом на равномерность бокового зазора в щелевом уплотнении рабочего колеса первой ступени или диска разгрузочного.
После обтяжки насоса обязательно проверяется осевой разбег ротора.
Суммарный осевой разбег ротора (до установки разгрузочного диска) должен быть 6..8 мм. С установленным разгрузочным диском осевой разбег должен быть:
а) для сальникового уплотнения - 3..4 мм
б) для торцового уплотнения - I..2 мм.
5.4 Центровка насоса
Центровка ротора проводится при снятых крышках подшипников и верхних вкладышах, путем смещения ротора в вертикальном положении.
Смещение производить одновременным перемещением корпусов подпятников с помощью регулирующих винтов. Замеренный наименьший вертикальный зазор разбить так, чтобы вверху 1/3 зазора, а внизу 2/3 зазора, но не менее 0,2 им.
Гайки, крепящие корпус подшипника к корпусу насоса должны быть затянуты так, чтобы обеспечить равномерный зазор на плотности стыка и шуп 0,03мм закусывал. После центровки корпуса подшипников заштифтоватъ и установить переднюю и заднюю крышку.
Перед окончательной сборкой подшипников проверяется контакт подшипников с валом и рабочие зазоры.
Прилегание нижних половин вкладышей к шейкам вала должно быть в осевом направлении по всей длине, а по окружности на 1/3 полуокружности. Зазоры между шейками вала и половинками вкладышей подшипников должны находится в пределах:
сверху - 0,15..0,21 мм;
сбоку - 0,05..0,11 мм.
Полумуфта устанавливаются на вал с большой тщательностью, т.к. от этого зависит надежность работы насоса.
При сборке зубчатых муфт венцы полумуфт соединяют болтами, в строгом соответствии с маркировкой определяющей взаимное положение частей муфты.
6. Испытание и приработка насосного агрегата и узлов с описанием испытательного стенда
6.1 Основные положения
1) Обкатать насос в течение 10 минут, не регулируя утечку. Затем, подтягивая крышку поворотом гаек на 1/6 оборота через каждые 5..10 минут, добиться необходимого уровня утечки. Обкатка насоса без рабочей жидкости недопустима.
2) Утечка на валу необходима для нормальной работы уплотнения. Затяжка пакета набивки до полного прекращения утечки ведёт к повышенному износу и уменьшению периода между подтяжками. Уровень утечки должен находиться в пределах 0,5..2 л/час для агрессивных сред и 0,5..10 л/час для прочих.
3) Перегрев узла при обкатке не допускается. В случае перегрева (уплотнение парит) остановить насос, охладить уплотнение, проверить отсутствие перекоса крышки сальника и продолжить обкатку. Общее время обкатки 30..90 минут в зависимости от условий работы.
4) Затворная жидкость должна подаваться под давлением 0,5..1 кг/см 2 большим, чем давление перед уплотнением.
5) Контроль утечки и температуры сальниковых уплотнений производится один раз в сутки. При запуске насоса после длительной стоянки необходимо проверить правильность регулировки.
6) После подтяжка пакет на 1..1,5 кольца, т.е. использования запаса регулировки, рекомендуется заменить весь пакет набивки, поскольку большая часть смазки потеряна и дальнейшая эксплуатация ведёт к повышению износа защитной втулки (кроме набивки на основе углеродного волокна). В случае производственной необходимости допускается добавление одного кольца набивки со стороны нажимной крышки.
7) Тщательно следить за правильностью выбора набивки при эксплуатации насоса.
8) При перекачивании агрессивных токсичных и взрывоопасных жидкостей, подача затворной жидкости обязательна.
Детали и сборочные единицы насоса, подвергавшиеся исправлению дефектов способом заварки, должны пройти гидравлические испытания в течение 10 минут на прочность и герметичность в соответствии с ГОСТ 22161-75 давлением, превышающим пробное на 20% .
Детали и узлы насоса считаются выдержавшими гидравлические испытания на прочность и плотность, если в процессе испытания не было обнаружено "потение" металла, течи, отдельные капли, нарушение каких-либо соединений, признаков разрыва.
Согласно ГОСТ 6134-71, насосы прошедшие капитальный ремонт, подвергаются обкатке и приемосдаточным испытаниям с целью проверки их соответствия основным требованиям технической документации, утвержденной в установленном порядке. Результаты испытаний оформляются актом. Если насос соответствует основным требованиям, то он принимается, если результаты испытаний отрицательны, то насос возвращается на исправление и повторные, испытания.
Основное назначение обкатки - проверка качества сборки насоса и приработка его деталей.
Перед обкаткой насос необходимо подвергнуть внешнему осмотру и произвести кратковременный пуск. При внешнем осмотре должны быть проверены: комплектность насоса в соответствии со сборочными чертежами, качество сборки, доступное проверки без пуска насоса, наличие смазки.
Кратковременный пуск производится при закрытой задвижке на напорном трубопроводе.
Назначение, техническая характеристика, конструкция и принцип действия насосного агрегата. Монтаж, эксплуатация и ремонт оборудования. Эксплуатация цементировочного насоса во время работы. Расчет штока, червячного колеса, поршня и цилиндровой втулки.
курсовая работа, добавлен 04.11.2014
Назначение, устройство и параметры агрегата для депарафинизации скважин. Оборудование и технические характеристики. Износ деталей насоса 2НП-160. Технологический процесс капитального ремонта оборудования. Конструкционный расчет трехплунжерного насоса.
курсовая работа, добавлен 08.08.2012
Краткая географическая и геологическая характеристика Рогожниковского месторождения. Описание продуктивных пластов. Свойства пластовых жидкостей и газов. Анализ работы скважин, оборудования установки погружного электрического центробежного насоса.
курсовая работа, добавлен 12.11.2015
Установки погружных винтовых электронасосов для добычи нефти. Принцип действия насоса. Отказы, неполадки оборудования. Техника безопасности на нефтяном предприятии. Общая характеристика Ярегского месторождения. Расчет основных параметров винтового насоса.
курсовая работа, добавлен 03.06.2015
Виды скважин, способы добычи нефти и газа. Вскрытие пласта в процессе бурения. Причины перехода газонефтепроявлений в открытые фонтаны. Общие работы по ремонту скважин. Обследование и подготовка ствола скважины. Смена электрического центробежного насоса.
учебное пособие, добавлен 24.03.2011
Спуск погружного электронасоса в скважину и его извлечение из нее. Работа с автонаматывателем кабеля. Передвижение и расстановка оборудования. Анализ причин ремонтов УЭЦН. Назначение и типы ловильных головок ЭЦН. Виды и причины износа деталей насоса.
отчет по практике, добавлен 12.05.2015
Геолого-физическая характеристика месторождения. Фильтрационно-емкостные свойства пород продуктивных пластов. Особенности выработки запасов нефти. Конструкция скважин. Испытание на герметичность. Монтаж подъемного агрегата и расстановка оборудования.
дипломная работа, добавлен 17.06.2016
Агрегаты для освоения, капитального и текущего ремонта скважин. Агрегаты для интенсификации добычи. Специальный транспорт для перевозки труб, штанг и другого оборудования. Техника безопасности при работе спецагрегатов по освоению и ремонту скважин.
курсовая работа, добавлен 23.04.2013
Общая схема установки погружного электроцентробежного насоса. Описание принципов работы газосепаратора, гидрозащиты и погружного электродвигателя. Подбор оборудования и выбор узлов установки для данной скважины. Проверка параметров трансформатора.
курсовая работа, добавлен 06.10.2015
Основное назначение промывки скважины в процессе бурения. Схема процессов, преимущества и недостатки прямой и обратной промывки. Промывочные жидкости и условия их применения. Схема бурения с обратной промывкой с использованием центробежного насоса.
Насосы уже давно вошли в нашу жизнь, причем отказ от них не представляется возможным в большинстве отраслей. Существует большое количество разновидностей этих устройств: у каждого свои особенности, конструкция, назначение и возможности.
Наиболее распространенные - центробежные - агрегаты оснащены рабочим колесом, которое является главной деталью, передающей энергию, поступающую от двигателя. Диаметр (внутренний и наружный), форма лопаток, ширина колеса – все эти данные являются расчетными.
Большинство насосов осуществляют свою работу с использованием одного или нескольких зубчатых или плоских колес. Передача движения происходит за счет вращения по змеевику или трубе, после чего жидкость выдается в отопительную или водопроводную систему.
Можно выделить такие типы рабочих колес центробежных насосов:
Чтобы было удобнее выбирать и различать, на каждом насосе имеется маркировка, позволяющая правильно подобрать для него рабочее колесо. Во многом тип определяется объемом передаваемых жидкостей, при этом используются и разные двигатели.
Что касается количества рабочих лопаток в колесе, то это число колеблется от двух до пяти, реже используется шесть штук. Иногда на внешней части дисков закрытых колес делаются выступы, которые могут быть радиальными или повторяющими очертания лопаток.
Рабочее колесо насоса зачастую производится цельнолитым. Хотя, например, в Соединенных Штатах этот элемент крупного грунтового агрегата делается сварным из литых составляющих. Иногда рабочие колеса изготавливаются с отъемной ступицей, создаваемой из мягкого материала.
В этом элементе может быть сквозное отверстие для обработки.
Отверстие в ступице для посадки на вал может быть коническим или цилиндрическим. Последний вариант позволяет более точно закреплять положение рабочего колеса. Но при этом поверхности нуждаются в очень тщательной обработке, да и снять колесо при цилиндрической посадке сложнее.
При конической посадке высокая точность обработки не требуется. Важно лишь соблюсти конусность, которая в основном находится в границах от 1:10 до 1:20.
Но есть и недостаток такого подхода в закреплении: отмечается значительное биение колеса, что вызывает повышенный износ, особенно при сальниковом уплотнении. При этом положение колеса относительно улитки в продольном направлении является менее точным – еще один минус.
Хотя, конечно, некоторые конструкции позволяют устранить этот недостаток путем перемещения вала в продольном направлении.
Рабочее колесо водяного насоса соединяется с валом при помощи шпонки призматической формы, изготовленной из углеродистой стали.
Современные землесосы все чаще использует другой вид фиксации рабочего колеса с валом – винтовой. Конечно, есть определенные сложности в создании, однако эксплуатация намного упрощается.
Такое решение применяется в крупных грунтовых насосах серии Гр (отечественного производства), а также в агрегатах американского и голландского происхождения.
На рабочее колесо центробежного насоса действуют большие силы – результат:
Если в ступице есть сквозные отверстия, осевая сила больше всего воздействует на хвостовик вала. Если же отверстия несквозные, сила направлена больше на болты, которые используются для фиксации с кольцом валом.
Обточка рабочего колеса центробежного насоса позволяет уменьшить диаметр для снижения напора, при этом эффективность гидравлики насоса не ухудшается. При малом снижении КПД довольно существенно увеличивается подача и напор.
Обточка применяется тогда, когда характеристика насоса не отвечает текущим условиям функционирования в определенных пределах, при этом параметры системы остаются неизменными, а выбрать агрегат по каталогу не удается.
Количество обточек, которые создаются производителем, не превышает двух.
Размер обточки находится в диапазоне 8-15% от диаметра колеса. И только в крайних случаях этот показатель может быть увеличен до двадцати.
В турбинных насосах обтачиваются лопатки, а в спиральных – еще и диски колеса. Данные производительности, напора, мощности и коэффициента быстроходности при процедуре определяются так:
где индексами обозначены данные до (1) и после (2) обточки.
При этом происходят такие изменения в зависимости от изменения коэффициента быстроходности колеса: 60-120; 120-200; 200-300:
Расчет колеса центробежного насоса позволяет определить коэффициент быстроходности по формуле:
где j – число ступеней; i – коэффициент, зависящий от вида рабочего колеса (с двухсторонним входом жидкости – 2, с односторонним входом жидкости - 1); H 0 – оптимальный напор, м; Q 0 – оптимальная подача, м 3 /с; n – частота вращения вала, об/мин.
Расчет рабочего колеса центробежного насоса выполнять самостоятельно не рекомендуется - работа это ответственная и требует внимания специалистов.
При некачественно изготовленном элементе создается неравномерная нагрузка, что провоцирует нарушение равновесия проточных частей. А это, в свою очередь, приводит к дисбалансу ротора. Если возникла подобная проблема, необходима замена рабочего колеса.
Эта процедура включает такие действия:
Процедура ремонта элемента может стоить от 2000 рублей. Купить рабочее колесо центробежного насоса можно от 500 рублей - само собой, за самый небольшой вариант.
