Ключевые технические моменты проектирования, использования и обслуживания многоступенчатых центробежных насосов

Вал многоступенчатого центробежного насоса оснащен двумя и более каскадно расположенными рабочими колесами. По сравнению с одноступенчатым-центробежным насосом он обеспечивает более высокий напор; по сравнению с поршневыми насосами, диафрагменными насосами и другими поршневыми насосами он может перекачивать больший расход. Многоступенчатые центробежные насосы имеют более высокую эффективность и могут удовлетворить потребности в условиях высокого напора и высокой скорости потока. Они нашли широкое применение в нефтехимической, химической, энергетической, строительной и противопожарной промышленности. Из-за своей особенности, по сравнению с одноступенчатыми центробежными насосами, многоступенчатые центробежные насосы предъявляют другие, более высокие технические требования к конструкции, использованию и техническому обслуживанию. Часто из-за небрежности людей к некоторым деталям или недостаточного внимания многоступенчатые центробежные насосы часто испытывают ненормальный износ, вибрацию и заклинивание вала после ввода в эксплуатацию, что приводит к остановке.. 1. Аспекты проектирования 1.1 Базовая конструкция Общие базовые конструкции многоступенчатых центробежных насосов включают тип с горизонтальным разъемом и сегментный тип или так называемый многоступенчатый серийный тип. Конструкция типа горизонтального разъема характеризуется тем, что верхний и нижний корпуса насоса соединяются через горизонтальную разделительную поверхность центра оси. Впускная и выпускная трубы, часть улитки и проточный канал отлиты на нижнем корпусе насоса. Техническое обслуживание и ремонт относительно удобны, а во время технического обслуживания верхнюю оболочку насоса можно снять непосредственно, не демонтируя трубопровод насоса. Конструкция сегментного типа характеризуется тем, что каждая ступень состоит из рабочего колеса, расположенного в корпусе диффузора, причем диффузор соединен болтами и шатунами, а ступени соединены последовательно неподвижными тягами. Преимуществом является высокая устойчивость к давлению и меньшая утечка. Однако во время технического обслуживания впускной трубопровод необходимо разбирать, а сложность разборки и сборки относительно велика. Обычно считается, что многоступенчатый насос горизонтального разъемного типа имеет лучшую жесткость и более низкий уровень вибрации насоса, чем многоступенчатый насос сегментного типа. Структура всасывающей камеры многоступенчатого насоса горизонтального разъемного типа обычно имеет полуспиральную форму, тогда как многоступенчатый насос сегментного типа обычно имеет форму круглого кольца. Камера выпуска давления каждой ступени, благодаря удобному изготовлению улитки и высокой эффективности преобразования кинетической энергии жидкости в энергию давления, многоступенчатый насос горизонтального разъемного типа обычно имеет спиральную структуру; однако из-за асимметрии формы улитки он склонен к изгибу вала. В многоступенчатом насосе сегментного типа только первая и последняя ступени могут использовать улитку, тогда как средняя ступень использует устройство с направляющим колесом для преобразования энергии между первичным и вторичным рабочими колесами. Рабочее колесо первой-ступени многоступенчатого насоса обычно имеет конструкцию крыльчатки двойного-всасывания, тогда как рабочие колеса остальных ступеней спроектированы как рабочие колеса-одинарного всасывания. Это особенно актуально для сред с высокой температурой, большой скоростью потока и склонностью к кавитации. Для насосов с чрезвычайно высоким давлением трудно выдержать однокорпусной-сегментированный корпус насоса или двойной-корпус цилиндрической конструкции. Поэтому часто используется насос цилиндрической конструкции с двойным-корпусом, а корпус насоса выполнен цилиндрической формы. Цилиндрический корпус насоса выдерживает более высокое давление, а в цилиндре установлен ротор сегментного типа или горизонтально-разъемного типа. Согласно соответствующим стандартам и правилам Китая, питательные насосы котлов высокого-давления имеют сегментную или цилиндрическую конструкцию с двойными кожухами, а для электростанций мощностью 300 МВт и выше в насосах обычно должна использоваться цилиндрическая конструкция с двумя-корпусами. Внутренняя оболочка двойного -корпуса имеет сегментированную или горизонтально-разъемную структуру. 1.2 Баланс осевых сил 1.2.1 Общие меры по балансировке осевых сил многоступенчатых центробежных насосов Меры по балансировке осевых сил многоступенчатых центробежных насосов обычно включают в себя: симметричное расположение рабочих колес, использование устройства балансировочного барабана, устройства балансировочного диска, комбинированного устройства балансирного барабана и балансировочного диска и т. д. Существуют также механизмы балансировки с двойным балансировочным барабаном, такие как несколько питательных насосов котла-высокого давления. Симметричное расположение рабочих колес или использование устройства балансировочного барабана не могут полностью уравновесить осевую силу, и остаточная осевая сила все равно должна восприниматься упорным подшипником. В многоступенчатых центробежных насосах чаще всего используется балансировочный диск с автоматической регулировкой осевого усилия для балансировки осевого усилия. При проектировании уравновешивающего диска, уравновешивающего барабана и других устройств многоступенчатых насосов необходимо сконфигурировать соответствующие уравновешивающие трубопроводы, чтобы обеспечить соответствие устройства балансировки осевых сил проектным требованиям. Чрезмерное повышение температуры подшипников и прогорание подшипников в многоступенчатых насосах во многих случаях вызвано малым проходным сечением уравнительной трубы, чрезмерными потерями сопротивления трубопровода и недостаточной уравновешивающей способностью. В литературе [1] также на примере устройства балансировочного барабана предложена методика расчета диаметра трубы. Для решения проблемы, связанной с тем, что уравновешивающий диск и седло уравновешивающего диска много-ступенчатых центробежных насосов могут вступить в контакт, вызывая повреждение уравновешивающего диска и насоса, был разработан противоизносный балансировочный диск много-силового клина многоступенчатого центробежного насоса. Эта конструкция аналогична принципу сухого газового уплотнения в центробежных компрессорах: когда уравновешивающий диск приближается к седлу уравновешивающего диска, силовой клин может создавать огромную открывающую силу, тем самым предотвращая контакт между уравновешивающим диском и седлом уравновешивающего диска. По результатам эксплуатационных испытаний балансовый диск работает нормально, а его рабочая поверхность не имеет следов износа и царапин. Видно, что этот новый противоизносный балансировочный диск с силовым клином эффективно предотвращает контакт между балансировочным диском и седлом балансировочного диска. Этот балансировочный диск с силовым клином не только продлевает срок службы балансировочного диска, но также уменьшает утечку в зазоре балансировочного диска, обеспечивая экономию энергии и снижение потребления. Некоторые полагают, что осевая сила, создаваемая многоступенчатыми насосами, возникает из-за того, что каждая ступень рабочего колеса поглощает воду с одной стороны. Поэтому они предлагают улучшить конструкцию корпуса насоса, рабочего колеса и проставки ступени, чтобы позволить рабочему колесу всасывать воду с обеих сторон, достигая баланса осевых сил. Таким образом, не требуется устанавливать конструкции уравновешивающего диска или уравновешивающего барабана, и нет необходимости учитывать осевое смещение.. 1.2.2 Ограничения механизма уравновешивающего диска и уравновешивающего барабана a) Переменные условия: во время запуска и остановки насоса осевая сила воспринимается прямым контактом между уравновешивающим диском и седлом уравновешивающего диска. Трение может привести к заклиниванию уравновешивающего диска и седла, сухому ожогу или даже поломке вала насоса; когда нагрузка внезапно меняется, осевая сила соответственно изменяется, и ротор также смещается в осевом направлении, что приводит к внезапному изменению зазора между уравновешивающим диском и седлом уравновешивающего диска, что может вызвать явления кавитации и вибрации. б) Жидкая-твердая двухфазная текучая среда: Давление среды, поступающей в балансировочный диск, балансировочный барабан и т. д., является выходным давлением насоса, а давление после дросселирования — входным давлением насоса. Когда среда течет из области высокого-давления в область низкого-давления, образуется струйная промывка, и твердые частицы в жидкой-твердой двухфазной текучей среде быстро изнашивают уравновешивающий диск и седло уравновешивающего механизма, что в конечном итоге приводит к сбою в нормальной работе насоса. Осевое отклонение Чрезмерное отклонение вала много-ступенчатого насоса Центробежные насосы могут вызвать аномальную вибрацию, заклинивание вала, выход из строя механического уплотнения из-за неравномерного воздействия на уплотнительную поверхность и другие неисправности. Необходимо контролировать возникновение радиальной силы в конструкции и минимизировать величину прогиба вала насоса в процессе эксплуатации. Меры, рассматриваемые при проектировании, обычно включают в себя: a) Для многоступенчатых насосов со спиральной конструкцией для направления и преобразования энергии асимметрия формы улитки может привести к изгибу вала во время работы. Соседние две ступени улитки должны быть расположены под углом 180 градусов друг от друга, чтобы уменьшить радиальную силу. б) Число ступеней рабочего колеса насоса не должно быть слишком большим. При необходимости увеличьте напор каждой ступени, чтобы обеспечить общий напор, и уменьшите длину вала насоса за счет уменьшения количества ступеней насоса. в) При выборе материала вала насоса много-ступенчатых центробежных насосов учитывайте пригодность для типа среды, температуры и т. д. и отдавайте приоритет выбору материалов с хорошими комплексными механическими свойствами прочности и жесткости. г) При расчете диаметра вала насоса учитывайте мощность передачи, метод запуска, радиальную силу, прогиб вала и соответствующие инерционные нагрузки. Кроме того, учтите необходимость противодействия изгибной деформации вала насоса в условиях не-расчетного расхода. e) Разумно выберите точки опоры вала насоса.. 1.4 Меры по борьбе с-вибрацией и снижением вибрации, которые можно учесть при проектировании, включают: a) Контроль отклонения вала насоса в пределах регулярного диапазона. б) Обязательно требуйте, чтобы рабочее колесо, вал насоса и т. д. прошли испытания на динамическую и статическую балансировку. в) Вал много-ступенчатых насосов проектируется как жесткий вал, а рабочая скорость должна быть меньше или равна 0,75 первой критической скорости. d) Рабочее колесо и вал насоса должны быть расположены независимо на одной ступени, а рабочее колесо и вал насоса должны быть собраны с натягом и нагретым узлом, чтобы улучшить жесткость и критическую скорость узла ротора. д) При выборе материалов вала насоса, рабочего колеса и т. д. выбирайте материалы с хорошей однородностью качества, а также выбирайте состояние поставки и метод обработки, которые могут обеспечить однородность качества поперечного сечения материала. f) Спроектируйте соответствующие валовые и радиальные зазоры, чтобы избежать вибрации, вызванной ненормальным трением, осевым смещением ротора и статора и другими факторами. ж) Для многоступенчатых насосов, в которых используются балансировочные диски для балансировки осевых сил, разумно и правильно спроектируйте механизм балансировочного диска.. 1.5 Вертикальные многоступенчатые насосы. Для вертикальных многоступенчатых центробежных насосов при проектировании обычно считается, что общая осевая сила направлена ​​вниз во время нормальной работы. Однако в начале запуска из-за того, что давление на выходе еще не поднялось и разница давлений между передней и задней частью рабочего колеса не установлена, возникает направленная вверх осевая сила. В некоторых из этих случаев происходит осевое перемещение вала, перегрев механического уплотнения, деталей подшипников и перегрузка по току двигателя, а в тяжелых случаях насос отключается. В конструкции следует предусмотреть фиксацию втулки подшипника и вала относительно друг друга, чтобы направленная вверх осевая сила уравновешивалась упорным подшипником. Балансировочное дисковое устройство с автоматической регулировкой осевого усилия имеет большие конструктивные размеры и требует наличия предохранительного водопровода, который не может быть установлен в глубинных погружных насосах, ограниченных диаметром скважины. Поэтому проблема баланса осевых сил всегда была сложной задачей при проектировании погружных насосов для глубоких скважин с высоким напором. Был введен метод баланса осевых сил, который расширяет диаметр передней крышки рабочего колеса погружного насоса для глубоких скважин до края внутренней стенки корпуса насоса, так что осевая сила на рабочем колесе достигает максимума при одном и том же диаметре скважины. В то же время диаметр задней крышки рабочего колеса соответствующим образом уменьшается, так что осевая сила, действующая на рабочее колесо, полностью сбалансирована. Представлен еще один новый тип устройства балансировки осевых сил, в котором после рабочего колеса последней ступени устанавливается пара динамических и статических пар трения. Подвижное кольцо вращается вместе с крыльчаткой, а статическое кольцо не вращается. Пара уплотнений передней поверхности заполняется жидкостью высокого-давления из выхода рабочего колеса последней ступени, а пара уплотнений задней поверхности соединяется с областью атмосферного давления или области низкого-давления на входе насоса. Уплотнение создает разницу высокого и низкого давления для балансировки осевой силы. Этот новый тип устройства балансировочного уплотнения не только уравновешивает осевую силу, но и не имеет утечек. В основном он подходит для погружных насосов для глубоких скважин и сегментных многоступенчатых насосов. После внедрения этого устройства общий КПД насоса может быть увеличен на 3 % - 6%. 1.6 Много-ступенчатые центробежные насосы для транспортировки жидкого-твердого двухфазного потока-1.6.1 Баланс осевых сил Для сегментированных-шламовых центробежных насосов, транспортирующих суспензию, такую как цемент пульпы и рудной пульпы, эрозия и истирание пульпы приводят к увеличению всех кольцевых уплотнительных зазоров между ротором и статором насоса. Балансировочный диск и седло балансировочного диска прижимаются друг к другу под действием осевой силы, что приводит к быстрому износу. Весь компонент ротора перемещается в осевом направлении, а рабочее колесо на высокой скорости сталкивается и трется о перегородку средней секции и уплотнительное кольцо, вызывая фрагментацию. Это привело к множеству серьезных аварий. Для продления межремонтного срока насоса данного типа и замедления скорости износа уплотнительного зазора в конструкции были приняты следующие меры: ① Усовершенствовать балансировочный механизм насоса и изготовить седло балансировочного диска (балансирную пластину), два балансировочных диска, как показано на рисунке 1. Это позволяет снизить потери на утечки балансировочного механизма на ранней стадии работы насоса и обеспечить безопасность и надежность насоса на более позднем этапе эксплуатации. Также увеличивается межремонтный срок насоса. ② Рабочее колесо, уплотнительное кольцо, втулка вала, втулка направляющего колеса, балансировочный диск и седло балансировочного диска обработаны распылительной сваркой. На первом этапе крупного отечественного проекта по производству азотных удобрений в Хуйлу Хэншэн в шламовом насосе высокого-давления использовались сегментированные многоступенчатые центробежные насосы, а в устройстве балансировки осевых сил применялся метод «балансировочный барабан + упорный подшипник». Из-за плохого баланса осевых сил и недостаточно прочной конструкции вала насоса во время использования неоднократно происходили такие несчастные случаи, как повреждение уравновешивающего барабана, возгорание подшипника, заклинивание вала и поломка вала. Был принят горизонтальный средне-открытый много-центробежный насос, а рабочее колесо было расположено симметрично, чтобы автоматически уравновешивать большую часть осевой силы. Остаточная осевая сила воспринималась упорным подшипником, при этом не было балансировочного диска, балансировочного барабана или другого балансировочного механизма. Условия эксплуатации на-площадке были хорошими, и все эксплуатационные показатели полностью соответствовали требованиям использования.. 1.6.2 Секционное уплотнение и торцевое уплотнение вала. Чтобы преодолеть и избежать абразивного воздействия твердых частиц в жидкой-твердой двухфазной текучей среде на вращающиеся и неподвижные части, все уплотнительные кольца корпуса насоса и дросселирующие втулки, уплотнительные втулки много-ступенчатого насоса приняли уплотнение с обратной спиральной канавкой. структура, уменьшающая истирание частиц. На конце вала была использована комбинированная уплотнительная конструкция, состоящая из бес-контактного лабиринтного спирального уплотнения и механического уплотнения, которая особенно подходит для жидких-твёрдых-двухфазных текучих сред. 1.6.3 Скорость потока должна быть уменьшена с учетом различных аспектов, таких как скорость вращения насоса и конструкция, чтобы снизить скорость потока среды, а также уменьшить размыв и эрозию твердых частиц в жидкая-твердая-двухфазная текучая среда на различных компонентах потока много-ступенчатого насоса. Скорость вращения насоса должна быть как можно более низкой и не превышать 1450 об/мин.. 2 Использование и обслуживание 2.1 Перед запуском насоса. Когда высокотемпературная жидкость, транспортируемая, внезапно попадает в холодный корпус насоса, температура корпуса насоса значительно изменится. Из-за неравномерного нагрева и неравномерной термической деформации корпус насоса и компоненты ротора деформируются, и между износостойкими компонентами остается очень небольшой зазор, что приводит к ненормальному контакту. Если оборудование запустится в таких обстоятельствах, это вызовет вибрацию, заедание и заклинивание вала. Поэтому насос следует полностью прогреть перед запуском, если он используется для транспортировки жидкостей с высокой-температурой. Только когда температура корпуса насоса станет постоянной, насос можно запустить. Запрещается запускать многоступенчатый насос в холодном состоянии в аварийных ситуациях. Многоступенчатый центробежный насос высокого-давления-, используемый для перекачивания шлама на заводе по газификации угля-воды, после ввода в эксплуатацию столкнулся с многочисленными повреждениями вала и механического уплотнения. Это вызвано недостаточными подготовительными работами перед запуском насоса и неправильными способами включения насоса и стравливания воздуха. [Позже, после улучшения работы вращающегося насоса и откачки воздуха, эти проблемы больше не возникали.] 2.2 Во время работы Многоступенчатые центробежные насосы, которые уравновешивают осевые силы посредством внутренних балансировочных механизмов, таких как балансировочные диски и балансировочные барабаны, имеют уравновешивающую жидкость, вытекающую из балансировочного устройства. Уравнительная жидкость подводится к впускному концу насоса через уравнительную трубку, чтобы обеспечить нормальную работу насоса: а) Уравнительная трубка не должна быть заблокирована. б) Если в уравнительной трубе образовался накипь, ее следует немедленно очистить. в) Манометр должен быть установлен на стороне высокого-давления уравнительной трубы для контроля давления на выходе уравнительной трубы. Для многоступенчатых центробежных насосов, перекачивающих суспензию, если используется уравновешивающий диск, во время работы необходимо впрыскивать чистую воду для уплотнения под высоким-давлением, чтобы уравновешивающий диск и седло уравновешивающего диска работали в чистой воде, чтобы предотвратить износ седла уравновешивающего диска и уравновешивающего диска суспензией и твердыми частицами.