Диагностика технического состояния центробежного насоса

«Диагностика технического состояния центробежного насоса»

Введение:

Центробежные насосы широко применяются в энерготехнологических установках промышленных предприятий: используются для подачи питательной воды в котельные агрегаты, для перекачки конденсата, подачи жидкого топлива и т.д.
Из-за особенностей условий эксплуатации и уникальности современных крупных насосов необходимо предъявлять повышенные требования к организации их технического обслуживания и ремонта.
В этой работе и систематизированы материалы по проведению ремонтов центробежных насосов на различных предприятиях. Приведены методы диагностирования и дефектации деталей. Изучены виды и объемы ремонтных работ. Рассмотрены испытания центробежных установок после ремонта.
Подробно изучена программа кавитационных испытаний и составлена технологическая карта ремонтных работ по восстановлению лопастного колеса центробежного насоса, частично разрушенного вследствие эрозийного износа.

Насосы судовые применяются для откачки морской или пресной воды либо другой жидкости со дна судов или затопленных помещений. Такие насосы могут быть использованы также и в наземных установках..
Насосы судовые производятся нескольких видов и отличаются жидкостью, которую они способны перекачивать. Насосы типа ЭПН способны перекачивать только пресную воду, температура которой не превышает +110° С, все остальные судовые насосы способны перекачивать как пресную, так и соленую воду (морская, рассол), если её температура не выше +85° С. К тому же каждый тип насоса способен перекачивать другие жидкости. Насосы судовые типа ЭКН, ЭЦН, НЦКГ, НЦКВ работают с конденсатом и дистиллятом. Насос 1ЭЦНУ создан специально, чтобы перекачивать пресную воду с очень высокой температурой до +190° С. Насосы НЦКВ…Б и НЦКГ…Б перекачивают конденсат до +110° С. Насосы типа ЭКН-10/I-II способны перекачивать воду, температура которой не превышает +105° С. К тому же существует особый тип судовых насосов, которые откачивают сточные воды и фекалии – насосы типа ФС.

Основные параметры судовых насосов

Основные параметры насосов — производительность, напор, высота всасывания, мощность и к.п.д. Производительностью (подачей) насоса называется способность его подавать определенное количество жидкости или газа в единицу времени.

Рис. Схема центробежного насоса

Корпус 1 насоса спиралевидной формы. Ротор состоит из рабочего колеса 2 с лопастями, жестко закрепленного на валу 3. К корпусу примыкают два патрубка: всасывающий 4 и нагнетательный 5.

Судовые центробежные насосы различают по следующим признакам: по расположению вала — горизонтальные и вертикальные; по напору (давлению) — низконапорные (до 0,5 МПа), средне-напорные (0,5—5 МПа) и высоконапорные (свыше 5 МПа), по способу привода — электрические и турбинные, по подаче — малой (до 20 м3/ч), средней (20—60 м3/ч) и большой (более 60 м3/ч) подачи.

Центробежные насосы имеют различные типы колес (рис. 2.22,а, б), обеспечивающие подвод жидкости осевой, а выход радиальный. Полуосевые насосы имеют колеса (рис. 2.22, в) с осевым подводом жидкости и выходом по диагонали. В осевых насосах подвод и отвод жидкости осуществляются по оси насоса с помощью колеса, изображенного на рис. 2.22, г.

Конструкции центробежных насосов

Центробежный насос состоит из рабочего колеса, помещенного внутри улиткообразного корпуса, подводящего и отводящего патрубков, вала, уплотнений и спускных отверстий, закрытых пробками. Некоторые центробежные насосы имеют дополнительное устройство, позволяющее приводить насос в действие без предварительного заливания жидкости.
Центробежные насосы с электрическим приводом для  перекачивания морской и пресной воды с температурой до 353 К (85 °С) применяют в общесудовых системах, в системах рефрижераторных установок и дизельного топлива; изготовляют по ГОСТ 7958—78 в двух исполнениях: горизонтальном (несамовсасывающий — НЦГ и самовсасывающий — НЦГС) и вертикальном (несамовсасывающий — НЦВ и самовсасывающий — НЦВС).
На рис. 2.26 представлен общий вид электронасоса типа НЦВ. Насосы этого типа широко применяются на судах в качестве пожарных.

В настоящее время использование насоса и насосного оборудования установленного на нефтяных промыслах правильно и эффективно невозможно без применения новых методов и средств контроля и прогнозирования их технического состояния и технологических параметров.
Разработка современных методов диагностики позволяет решать ряд проблем связанные с повышением качества оборудования, сокращением затрат на эксплуатацию и сроков его освоения. Внедрение методов и средств диагностирования, включающая техническое обслуживание и ремонт по результатам диагностирования, позволяет:
сократить время поиска неисправностей и причин отказов
перейти от традиционной системы планово-предупредительных ремонтов к ремонту с учетом фактического технического состояния оборудования
перейти к оптимальному управлению технологическим процессом на объектах нефтедобычи с учетом фактического состояния оборудования
повысить коэффициент использования оборудования;
уменьшить вероятность внезапных отказов и тем самым повысить безопасность труда и исключить значительный ущерб.

Диагностирование - одна из важных мер обеспечения и поддержания надёжности технических объектов.

Вибродиагностика

Вибрационная диагностика - метод диагностирования технических систем и оборудования, основанный на анализе параметров вибрации, либо создаваемой работающим оборудованием, либо являющейся вторичной вибрацией.
Вибрация представляет собой вид механического движения, при котором каждая из точек тела совершает периодически повторяющееся перемещение вблизи некоторого относительно неподвижного положения.
Методы вибродиагностики направлены на обнаружение и идентификацию таких неисправностей агрегата, которые оказывают влияние на его вибрацию: дефектов роторов, опорной системы и узлов статора, испытывающих либо генерирующих динамические нагрузки.
Целями вибродиагностики являются:
предупреждение развития дефектов агрегата и сокращение затрат на его восстановление,
- определение оптимальной технологии восстановления работоспособности агрегата, если возникший дефект исключает возможность его нормальной эксплуатации.
Преимущества вибродиагностики:
* метод позволяет находить скрытые дефекты;
* метод, как правило, не требует сборки-разборки оборудования;
* малое время диагностирования;
* возможность обнаружения неисправностей на этапе их зарождения.
К наиболее известным фирмам, занимающимся вибродиагностикой и центровкой, можно отнести фирмы ДиаМех 2000, Виброцентр, ВАСТ и ТСТ.

МЕТОДЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
Физические методы диагностики

Физические методы базируются на фиксации изменений характеристик объекта или материала, которые являются следствием его эксплуатации. К этим характеристикам можно отнести нагрев, напряженно-деформированное состояние, можно отнести и электрически поля, шумы и др. Физические методы принято называть методами неразрушающего контроля. Эти методы, в свою очередь, подразделяют на активные и пассивные; а также на методы контроля в нерабочем и рабочем состояниях.
К активным методам неразрушающего контроля относят методы, в которых измеряется изменение физического поля, а к пассивным методам относятся те, в которых используются свойства физического поля, возбуждаемого самим контролируемым объектом. Активные (или локальные) методы позволяют обнаружить дефект лишь на ограниченной площади, а пассивные (или интегральные) могут оценить состояние всего крупногабаритного агрегата в целом. К ним относятся: ультразвуковая дефектоскопия, магнитный контроль, радиографический, капиллярный методы, метод вихревых токов, визуально-оптический метод.
К пассивным относятся: тепловизионный, виброакустический методы, метод акустической эмиссии.
Физические методы контроля объектов в их рабочих состояниях обеспечивают выявление недопустимых износов и повреждений в сопряженных подвижных деталях механизмов (подшипниках, кривошипных узлах).

Использование методов неразрушающего контроля в нерабочем состоянии диагностируемого объекта позволяет определить скрытые механические повреждения и дефекты в отдельных деталях.
Надежная эксплуатация оборудования насосных и компрессорных станций предусматривает широкое применение методов и средств неразрушающего контроля для своевременного выявления опасных дефектов и неисправностей, которые могут стать причиной разрушения элементов оборудования и аварийных ситуаций на объекте.
Для контроля технического состояния объектов транспорта и хранения нефти и нефтепродуктов используются, в основном, следующие методы: магнитный, ультразвуковой, радиационный, вихретоковый, капиллярный, визуально-оптический, тепловизионный, виброакустический.

Валы насосных агрегатов при эксплуатации подвергаются основной нагрузке, возникающей при передаче крутящего момента от привода насоса к его рабочему колесу, а также испытывают воздействие изгибающего момента, осевой нагрузки и вибрации.
Разрушение вала в процессе работы машины приводит, в первую очередь, к выходу из строя подшипниковых узлов, торцовых уплотнений, соединительной муфты, и, как результат, к поломке насосного агрегата в целом. Более того, разрушение вала является причиной возникновения возгораний и пожаров в помещении насосного цеха.
Исследования, выполненные в ИПТЭР, показали, что причинами разрушения валов являются:
разрушения валов являются:
наличие дефектов металлургического характера;
растягивающие остаточные напряжения;
высокие локальные напряжения в отдельных участках вала;
неоптимальность радиусного перехода между стенками и дном шпоночной канавки; дефекты, возникающие при ремонте валов и пр.

Этому способствуют дополнительные нагрузки на вал при расцентровках, от гидравлических сил в проточной части насоса (особенно при изменении режима работы) от неравномерности теплового расширения и пр.

Надежность торцовых уплотнений насоса оказывает большое влияние на надежность работы всего насоса. В связи с этим вопрос своевременного контроля их технического является очень важным. Исследования, проводившиеся в Уфимском нефтяном институте и во ВНИИСПТнефть ( ныне ИПТЭР), позволяют проанализировать возможные методы диагностирования состояния торцовых уплотнений магистральных насосов [6]. Одним из методов диагностики является температурный метод с одновременным контролем утечек.
Исследования показали, что от 80 до 92 % торцовых уплотнений теряют герметичность до износа рабочих поверхностей уплотнительных колец и большинство случаев нарушения их работы вызвано следующими причинами:
раскрытием пары трения;
нагревом уплотнения;
дефектами в изготовлении и сборке деталей и узлов торцового уплотнения;
нарушением правил эксплуатации насоса.

Раскрытие пары трения происходит вследствие движения вала под влиянием биения, осевого люфта, вибрации, кавитации, несоосности с приводом, дебаланса, заклинивания аксиально-подвижного кольца из-за его перекоса, засорения зазора между аксиально-подвижным кольцом и неподвижными деталями твердыми частицами, кристаллизации растворов (запарафинивание пружин), неплотным прилеганием элементов уплотнения в местах трения.
Нагрев уплотнения приводит к локальным разрушениям в зоне контакта колец пары трения, к потере эластичности вторичными резиновыми уплотнениями, к испарению перекачиваемой жидкости. Причинами нагрева уплотнений является увеличение сил трения в зоне контакта, касание подвижного кольца о неподвижные элементы, ухудшение теплоотвода системой охлаждения уплотнений из-за износа винтовой поверхности импеллерной втулки, засорения или запарафинивания отверстий подвода или отвода жидкости из зоны пар трения.

К основным дефектам изготовления и сборки относятся некачественная притирка поверхностей пар трения и наличие на них трещин, скручивание резиновых уплотнительных колец при монтаже, дефекты пружин, попадание механических частиц в зону контакта пары уплотнения.
Этот метод диагностирования позволяет выявить и другие неисправности узлов и деталей насоса:
радиально-упорного подшипника – разрушение;
импеллерной (винтовой) втулки – износ, засорение;
вторичного уплотнительного контактного кольца (резинового кольца) – разрушение;
контактного кольца торцового уплотнения – разрушение;
контактной пары торцового уплотнения – схватывание, увеличение зазора в паре из-за износа или плохой притирки;
аксиально-подвижной втулки – заклинивание.

Температурное диагностирование торцовых уплотнений можно реализовать как автоматическую защиту насоса по предельной температуре и как собственно диагностирование насоса по указанным деталям. Предельная температура в торцовом уплотнении должна быть выбрана как наименьшая из следующих значений: предельная температура материала пар трения, предельная температура материала вторичных уплотнений, предельная температура нефти в зазоре.
При разработке метода диагностирования исследовалось температурное поле в торцовом уплотнении установкой термопар в различных точках. Термопары фиксировали изменение температуры во времени при различных значениях расхода охлаждающей жидкости (циркуляция создается импеллерным устройством) и давления охлаждающей нефти.

Заключение.
Из вышеизложенного следует, что именно «вибродиагностика» играет значительную роль в сфере диагностики насосных агрегатов.
Внедрение средств технического диагностирования позволяет обеспечить:
1 Безаварийную работу;
2 Увеличение надёжности и ресурса;
3 Повышение безотказности и долговечности;
4 Прогнозирование остаточного ресурса;
5 Сокращение эксплуатационных затрат;
6 Уменьшение количества обслуживающего персонала;
7 Снижение затрат времени на ремонтные работы;
8 Оптимизацию количества запасных частей;
Потенциальные возможности диагностических систем определяются выбором диагностического сигнала и информационной технологии. Сигнал вибрации содержит достаточную диагностическую информацию для того, чтобы с помощью современных информационных технологий обнаружить дефектный узел машины, определить вид и глубину дефекта и дать долгосрочный прогноз его развития. Вибродиагностика позволяет не только обнаружить неисправности, но и проанализировать глубину их развития, выявить причины, прогнозировать ресурс или время работы агрегата до ремонта.