ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ НАСОСОВ
В. А. Бендерович, Я.Л. Любин
Насосы – наиболее массовый вид приводной машины. Область применения насосного оборудования постоянно расширяется. Это вызвано главным образом двумя обстоятельствами. Первое – модернизация и расширение различных видов производств. Второе – совершенствуется технология производства, технология транспортирования и хранения жидкостей. Расширяется номенклатура жидкостей, напорные перемещения которых определяется технологией производства. По разным оценкам насосы потребляют от 18 до 27% вырабатываемой энергии. Такой широкий диапазон оценок можно объяснить тем, что одни специалисты берут весь парк насосов, установленных в различных системах и как самостоятельные установки. Другие, не включают насосы, встроенные без автономного привода. Например, насосы, применяемые для подачи смазки в машины. Иногда не берут в расчет насосы, установленные в автономных транспортных средствах (суда, самолеты, вагоны и т.п.).
Если насос – элемент системы, его эффективность должна рассматриваться в связи с эффективным функционированием всей системы.
Эффективность насоса складывается, по крайней мере, из трех составляющих: надежность, функциональная пригодность и экономичность.
Экономичность – это, прежде всего и больше всего минимальные расходы на эксплуатацию насоса при максимальной пользе в производственной цепи. Эти расходы составляют 90-95% от суммарных затрат, включая стоимость покупки и монтажа.
В связи с этим стоит обратить внимание на то, что повышение КПД насоса само по себе хоть и увеличивает экономичность, но она слабо влияет на сокращение расходов. Львиная доля потерь на производстве от простоев. Это по существу потери продукции, которая могла быть получена и которая является целью производства. Сюда же входят расходы, связанные с увеличением объема обслуживания, ремонт, потери продукта, оставшегося в трактах технологической системы и т.д.
Простои зависят от безотказности. Что ее обеспечивает? В основном три фактора: функциональное соответствие каждой составной части производственной линии, профилактическое обслуживание, рациональное решение жизненно важных узлов.
Функциональное соответствие насоса – это его пригодность по технологическим параметрам и характеристики перекачиваемой среды. По этим показателям подбирается насос по типу и типоразмеру. В пределах допусков насос должен работать надежно и экономично.
Информация о потребительских параметрах необходима как исходная, но она недостаточна для правильного подбора насоса. Надо знать параметры, конфигурацию присоединительной системы, ее составных частей и режим ее работы. Заказчику должен быть направлен опросный лист, в котором есть основные возможные варианты схем присоединенных к насосу систем. Заказчик должен уточнить их согласно принятой технологии производства. Тогда поставщик может дать дополнительные рекомендации по системе и, если нужно, дать консультацию по специфике применения насоса в конкурентных условиях. Так в режиме последовательного уточнения достигается согласованный оптимальный вариант. Приходит понимание, что недостаточно глубокий технико-экономический подход ведет к прямым потерям у потребителя. Это особенно важно, если между потребителем и изготовителем стоит посредник. Многолетний опыт НПП «Насосы и Уплотнения» подтверждает это очень убедительно.
Профилактическое обслуживание, его объем и сроки определяются принятой конструкцией, в частности, жизненной стойкостью составных частей и условиями работы машины. Регулярный контроль состояния позволяет выявлять и уточнять сроки и объем обслуживания.
Накопленный практический опыт дает основание утверждать, что объем контроля состояния определяется прежде всего функциональным назначением насоса, его конструктивной сложностью. Например, консольный насос для воды на объекте жилищно-коммунального комплекса не требует непрерывного контроля. Достаточно проверять раз в сутки нагрев двигателя и корпуса уплотнения вала насоса наощупь. Одновременно проверяется отсутствие нештатного шума и утечки. В последнее время в связи с усовершенствованием конструкции и, связанное с этим удорожанием, применением новых типов уплотнений и т.п. стали устанавливать датчики температуры на двигатели, которые адресно выводят параметры всех двигателей насосов на экран компьютера. Такой контроль позволяет не только получить сигнал, но и автоматически перейти на резервный насос, в случае отклонения контролируемых параметров за пределы допусков до разрушения узла. Насосы ответственного назначения, например, питательные, сетевые и циркуляционные на теплоэлектростанциях оснащаются датчиками поузлового контроля [1] с получением потребляемого приводным двигателем тока. Это дает большой экономический эффект, так как не надо останавливать производство и минимизируются потери продукта и объем ремонта. Статистическая обработка информации об отказах насосов на различных производствах дает следующие осредненные показатели, которые приводятся в [2] и к которым близки результаты, полученные в НПП «Насосы и Уплотнения»: 47% отказов приходятся на уплотнения валов насосов, 36% - на подшипники двигателя, 10% - на рабочие колеса, 4% - на валы и 2% - на корпусные детали.
Для повышения надежности уплотнений разработчики постоянно совершенствуют технологии химической обработки пар трения, повышают их химическую и физическую стойкость. Применяются более высокие технологии обработки поверхностей трения, улучшаются антифрикционные качества. Много внимания уделяется совершенствованию упаковки, чтобы исключить повреждение уплотнений при транспортировке. И, если при этом пользователь выполняет все рекомендации по применению, уплотнения работают 25-30 тысяч часов и больше.
Основная причина отказов насосов из-за выхода из строя уплотнения – пуск насоса с незаполненной проточной частью. Тогда уплотнения работают в режиме сухого трения. Происходит повреждение трущихся поверхностей. Образуются риски, царапины и матовые пятна. Растет мощность, потребляемая уплотнением. И большая ее часть уходит в нагрев трущихся пар. Происходит интенсивный местный нагрев, в результате которого может произойти растрескивание материала, его выкрошение, местное обугливание эластомерных деталей с полной потерей механических свойств.
Все это может произойти из-за небрежности обслуживающего персонала или недостаточной его квалификации.
Это можно исключить, если применить блокатор пуска насоса с незаполненной проточной частью. Стоимость изделия возрастает незначительно и эффект очевиден.
Второй путь, тоже очень эффективный – применение двойного торцового уплотнения с автономной системой замкнутой циркуляции затворной жидкости. Этим исключается работа уплотнения в условиях сухого трения независимо от заполнения проточной части (рис.1).
Рис.1 1-корпус; 2-колесо рабочее; 3-удлинитель; 4-гайка; 5-фонарь; 6-двигатель; 7-бачок;
Намного уменьшаются простои, объем ремонтных работ. И небольшое удорожание насоса быстро окупается.
Большая доля отказов насосных агрегатов из-за износа подшипников объясняется прежде всего разрушающим воздействием на валы втулочно-пальцевых, зубчатых и им подобных механических муфт с дискретным числом связей.
Погрешности изготовления этих муфт и монтажа являются источниками колебаний с оборотными частотами [3]. От этих неточностей происходят ошибки положения по шагу и по радиусу. К этому надо добавить дисбаланс полумуфт, который ведет к возникновению дополнительной центробежной силы.
К числу источников паразитных сил относится ошибка положения делительной окружности для соединительных элементов. Все эти ошибки положения неизбежны. Они регламентированы, но их трудно контролировать. Их происхождение носит объективный технологический характер и субъективные факторы: квалификация исполнителя, его чувство ответственности. Поэтому все некомпенсируемые ошибки положения дают вероятность точности элементов муфт не более 0,75.
Теория точности механизмов доказывает, что звенья действительного механизма занимают положения и имеют скорости и ускорения, отличные этих параметров идеального механизма. Добавочные ускорения действительного механизма вызывают в кинематических пазах добавочные силы реакции, а в звеньях - добавочные напряжения [4].
Таким образом, создается система радиальных, тангенциальных и коаксиальных сил паразитного характера.
Вследствие ошибок положения все соединительные элементы неодинаково нагружены. В переделе вся нагрузка может восприниматься одним (!) соединительным элементом. Все изложенное приводит к тому, что эта нагрузка не только неравномерна, но и знакопеременна. Это - режим далеко за пределами расчетного.
Каждая полумуфта своим торцем вращается не в плоскости. Каждая точка окружности описывает лемнискату. Отсюда – вибрация с частотами до 20 000 Гц.
Неравномерные нагрузки и вибрации передаются через валы на подшипники двигателя и опорной стойки насоса, которые не рассчитаны на эти воздействия. Вследствие этого происходит преждевременный износ, а затем разрушение. Происходит микросмещения составных частей агрегата относительно друг друга по плите и раме. И чем больше рассогласование, тем больше нагрузка. Это можно рассматривать как эксплутационную ошибку положения. Вследствие этого происходит преждевременный износ, а затем разрушение звена или узла.
Боясь повышать цены на насосы и терять Заказчиков, насосостроительные предприятия стойко воздерживаются от применения новых муфт пластинчатого типа (рис.2). Они имеют один охватывающий элемент связи – многослойную мембрану, состоящую из тонколистных пластин. Такая мембрана работает как рессора. Поглощающая способность муфты очень велика. Это обеспечивает равномерную нагрузку на валы и подшипники. Муфты имеют меньшую массу и меньшие габариты. Уменьшаются механические потери. Долговечность подшипников возрастает в 1,7÷1,9 раза.
В таблице приведены сравнительные данные по втулочно-пальцевым и пластинчатым муфтам типа L фирмы «Джон Крейн» (Великобритания).
Преимущества пластинчатых муфт очевидны.
Рис.2 Пластинчатые муфты
К этому надо добавить большое конструктивное разнообразие этих муфт, что приспосабливает их к различным условиям: расстояние между торцами валов компенсируются проставками, неискрящие конструкции – за счет подбора пар трения, для вертикальных валов, для пульсирующих и знакопеременных нагрузок и т.д.
В последнее время уделяется большое внимание защите подшипников от вредных воздействий окружающей среды. Пыль, песчинки, другие мелкие твердые частицы, попадая в смазку подшипников, образуют с ней смеси, которые истирают и кольца, и шарики или ролики. Появились и нашли широкое применение защитные устройства, встраиваемые непосредственно в подшипники. Но, необходимые зазоры неприкрыты. Условия проникновения твердых включений сохранились, хотя и в значительно меньшей мере.
Поэтому разработаны лабиринтные уплотнения подшипников. Уплотнения имеют вращающуюся с валом часть и неподвижную часть, которая фиксируется в корпусе (рис.3). Обе части уплотняются эластичными уплотнительными кольцами. Они весьма разнообразны по конструкции и поэтому могут успешно применяться в различных сложных условиях. Например, на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности, в угольных и рудных разработках и других предприятиях, где на подшипники воздействуют различные факторы из окружающей среды. Эти уплотнения с одной стороны исключают засорение подшипников, а с другой – удерживают жидкую смазку от вытекания наружу.
Уплотнения изготавливаются из графитозаполненного тефлона PTFE, фторкаучука, силикона и других стойких антифракционных материалов на диаметры от 40 до 500мм.
Рис. 3 1 – Вал, 2 – вращающаяся с валом часть уплотнения, 3 – неподвижная часть, 4 - корпус
Высококачественные торцовые уплотнения, пластинчатые муфты и уплотнения Протек для подшипников изготавливают предприятия мирового лидера производства такой продукции фирма Джон Крейн.
Предприятие НПП «Насосы и Уплотнения» обеспечивает достаточно оперативно поставки уплотнений и муфт этой фирмы, предоставляя бесплатные консультации, и оказывает необходимую технологическую помощь.
Литература
1. Th.Wollmann, A. Zirkelbach, Schutz und Erhöhung der Produktivität von Prozesspumpen durch externe Leisfungnber Karlsruhe 1996;
2. Волков А.В., Панкратов С.Н. Анализ повреждений насосного оборудования на тепловых энергетических объектах «Тяжелое машиностроение» 2005г., №10
3. Апалхов В.В., Глушкова М.В. Снижение вибрации роторных механизмов. «Проблемы машиностроения и надежности машин» 2006г., №1;
4. Бруевич Н.Г. Точность механизмов. Гостехиздат, 1946 г.
Загляните в каталог, там вы найдете нужное оборудование
