К ВОПРОСУ ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ НЕФТЯНЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ НАСОСОВ
Коваленко А.М. (БГИТА , г.Брянск, РФ)
To question of increasing to capacity for work of oil main pumps. The main purpose of this work is to increase the overhaul interval of the service main pumps for the increasing the capacity for work anal its refused elements anal details.
Магистральные центробежные насосы - мощные энергоемкие машины, поэтому эффективная их эксплуатация является важнейшей задачей современного трубопроводного транспорта. Для решения этой задачи необходимо обеспечивать высокую надежность рассматриваемых машин и повышение коэффициента полезного действия, что позволяет достигнуть существенного снижения расходов на их ремонт и эксплуатацию.
Основными причинами снижения значения КПД и показателей надежности являются:
· нарушения технологических режимов перекачки;
· эксплуатация насосов с высокими динамическими нагрузками вследствие возникновения значительных вибраций, обусловленных недостаточным качеством ремонтно-восстановительных работ.
Показатели надежности работы оборудования НПС имеют большой разброс вследствие различия в загрузке нефтепроводов, частой смены технологических режимов перекачки, отличия в номенклатуре применяемого оборудования и т.д. При этом межремонтный ресурс оборудования колеблется в значительном диапазоне и для насосов он составляет 4000-8000 ч.
Применительно к основным насосам около 30 % всех отказов вызывает отказы торцовых уплотнений валов, 15 % - приходится на подшипники, 9 % - на маслосистему. По вине обслуживающего персонала происходит до 12 % всех отказов, повышенная вибрация вызывает от 4 до 10 % от общего числа отказов.
Основной причиной снижения КПД насосных агрегатов, используемых для трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов в межремонтный период является износ щелевого уплотнения и рост потока утечек из полости нагнетания во всасывающий патрубок.
Износ щелевого уплотнения определяется индивидуальными свойствами насоса, такими как качество сборки, балансировки, центровки, общим временем эксплуатации и т.д., а также способностью насоса воспринимать динамические нагрузки.
Поток утечек через щелевое уплотнение не только уменьшает производительность насоса, но и изменяет условия всасывания, что приводит к дополнительным потерям напора, появлению рециркуляционных зон, а в некоторых режимах и к росту кавитационнных зон и вибрации и снижению КПД, Кроме того, и при отсутствии кавитации рост потока утечек приводит к увеличению осевой вибрации агрегата за счет изменения давления всасывания.
Таким образом, поток утечек через щелевое уплотнение приводит к снижению надежности и эффективности работы насосной установки. Для повышения показателей работы насосной установки необходима диагностика зазора щелевого уплотнения и КПД насоса для обеспечения вывода его в ремонт после того, как рассматриваемые величины достигнут предельных значений.
Предельно допустимые зазоры могут образоваться гораздо раньше установленных сроков замены уплотнительных колец. Так как непосредственное измерение потока утечек через щелевое уплотнение связано со значительными трудностями в связи с его малостью и нестационарным характером, в качестве диагностического параметра обычно используются параметры колебаний (пульсации) давления транспортируемой среды. В результате проведенных исследований установлено, что амплитуда оборотной составляющей пульсации (или ее относительное значение) позволяет оценить изменение зазора щели уплотнения и прогнозировать время вывода НА в ремонт. При оценке изменения КПД, вызванного потоком утечек через щелевое уплотнение, установлено, что рост зазора уплотнения приводит к снижению КПД на 3,0-3,5 %.
Надежность работы насосного агрегата зависит от вибрации, которая пагубно сказывается на его техническом состоянии. При вибрации отдельные детали и узлы испытывают воздействие знакопеременных нагрузок. В результате этого понижается прочность деталей и в конечном итоге может наступить разрушение.
В первую очередь разрушаются опорно-упорные подшипники, зубчатые передачи редукторов, соединительные муфты, детали регулирования и др.
Таким образом, устранение вибраций работающих механизмов приобретает первостепенную важность, но является порой очень сложной задачей.
Основные виды причин вибрации, в зависимости от типа воздействия вибрации можно разделить на механические, электромагнитные, аэродинамические и гидромеханические.
При проектировании насоса стараются обеспечить безударное вхождение потока в колесо, однако реальные режимы работы часто отклоняются от оптимальных и поэтому лопатки встречаются с завихренным потоком. Вихревые процессы возникают при движении потока жидкости по геометрически сложной проточной части насоса. Поток часто изменяет направление и скорость, при этом возникают вихри, которые заставляют поток пульсировать. Вихревые процессы дают сплошной спектр вибрации 800-1000 Гц, независящего от частоты вращения. Кавитационные процессы возникают при неблагоприятных режимах работы насоса, - когда в суженных местах проточной части давление понижается до давления насыщенных паров и возникают газовые пузырьки, которые затем, схлопываясь, вызывают местные гидродинамические микроудары. Кавитационные процессы дают сплошной спектр вибрации на частотах от 20 до 25 000 Гц, Так как все гидродинамические процессы, происходящие в насосе, не получили еще своего теоретического описания, то невозможно стопроцентно ликвидировать причины, вызывающие вибрации насосов.
Одной из распространенных причин вибраций ротора машины является его неуравновешенность. Различают статическую, моментную и динамическую неуравновешенность.
К дефектам механической обработки относят нецилиндричность шейки вала, возникающей из-за неправильной обточки или шлифовки вала. Центр цилиндрической шейки, вращающейся с угловой скоростью со, совершает в радиальном направлении периодические колебания.
Колеблющаяся вместе с шейкой масса ротора вызывает инерционную силу, периодически изменяющуюся с той же частотой и воздействующую на подшипник.
Ослабленная посадка вращающихся деталей наблюдается в случае неверно заданных размеров или неправильной механической обработки поверхности деталей, сопрягаемых с применением «посадки с натягом». Нагрев и воздействие центробежных сил могут ослаблять дефектную посадку, в результате чего возможно смещение последних относительно вала в радиальном направлении, что приводит к неуравновешенности и повышенным виброперемещениям. При смещении деталей ротора возможны серьезные аварии. Со снижением частоты вращения и температуры эксплуатации ротора восстанавливается плотное соединение с валом смещенной детали, но ее новое положение может отличаться от исходного.
Такая картина повторяется при каждом пуске и останове машины; возникающие виброперемещения при этом могут отличаться от предыдущих по величине и по фазе. Ослабление плотности посадки узлов ротора в спектре вибрации машин обычно проявляются на гармониках кратности 0,5; 2; 3; 4 и т.д.
Причины повышенных виброперемещений подшипников можно разделить на внешние и внутренние по отношению к самим подшипникам.
К первой группе относятся такие причины, как, например, неуравновешенность или двойная жесткость ротора, которые вызывают изменяющиеся во времени дополнительные нагрузки на подшипники и, следовательно, виброперемещения последних.
Причины второй группы связаны непосредственно с подшипниками, как, например, самовозбуждающиеся колебания шейки вала на смазочном слое подшипника скольжения.
Имеются и такие виброперемещения подшипников, которые существенна проявляются из-за конструктивных недостатков последних, хотя вызывающие эти виброперемещения силы возникают вне подшипников. Основными из таких недостатков в горизонтальных машинах являются:
· недостаточная жесткость корпуса подшипника в продольном или поперечном направлении;
· совпадение частоты собственных колебаний корпуса подшипника в продольном или поперечном направлениях с частотой вращения ротора при рабочих режимах или при пуске машины;
· внецентренная нагрузка на корпус подшипника, т.е. такая, которая приводится к вертикальной силе, равномерно нагружающей корпус, и к изгибающему моменту, действующему в осевой вертикальной плоскости.
Серьезным преимуществом подшипников скольжения в вибрационном отношении по сравнению с подшипниками качения является их практически бесшумная работа и большая вибростойкость, т.е. большая способность сохранять работоспособность при повышенных виброперемещениях.
Износ подшипников скольжения связан с изменением величины и формы зазора между валом и вкладышем подшипника.
Подшипник качения, несмотря на кажущуюся простоту устройства, представляет собой весьма сложную колебательную систему. Основными внутренними причинами виброперемещения подшипника качения являются отступления при изготовлении и монтаже от установленных допусков для различных параметров подшипника.
Частоты колебаний из-за волнистости дорожек и отклонений тел качения от круговой формы находятся в пределах 500- 3000 Гц. Волны на беговых дорожках высотой 0,5 мкм уже могут вызвать существенную шумность подшипника.
Даже идеально изготовленный подшипник качения является источником виброперемещений и шума из-за упругих деформаций деталей, неизбежного проскальзывания (с полужидкостным трением) тел качения в местах контактов с кольцами, а также из-за завихрений воздуха, увлекаемого системой качения. Частота упругих виброперемещений шариков достигает десятков тысяч герц, при этом тела качения вибрируют в один и тот же момент с различной частотой. Каждая из возмущающих сил имеет также высшие гармонические составляющие.
Заключение
Цель работы заключается в увеличение межремонтного интервала обслуживания магистральных насосов (МН) за счет увеличения работоспособности их наиболее часто отказываемых элементов и деталей.
Задачи будущей работы состоят в:
· анализе отказов деталей МН связанных с износом рабочих поверхностей;
· разработки методов повышения износостойкости рабочих поверхностей за счет применения новых конструкционных материалов, использования новых технологий обработки сопряженных поверхностей, разработка перспективных способов упрочнения контактирующих поверхностей;
· применение материалов более стойких к знакопеременным и вибрационным нагрузкам и кавитационному разрушению.