начальник конструкторского отдела динамического оборудования.
Конкурентоспособность производства зависит от надежности работы технологического и насосного оборудования. К насосному оборудованию предъявляются повышенные требования по надежности и безопасности. Перед механиками ставится вопрос об увеличении межремонтного пробега насосов до 5 лет.
Опыт работы НПЦ «АНОД» на рынке торцовых уплотнений для насосов показал, что наиболее слабыми узлами существующих центробежных насосов являются их опорно-уплотнительные системы.
Анализ работающего насосного оборудования показал, что выходят из строя торцовые уплотнения и подшипниковые узлы на насосах, которые основную часть времени эксплуатируются с подачами отличными от рекомендуемого рабочего диапазона. При работе насоса на низких подачах в его проточной части образуется рециркуляция потока жидкости, обратные токи, которые вызывают мощную гидродинамическую вибрацию. Кроме того, при работе на малых подачах возникающие радиальная и осевая силы, действующие на ротор, достигают максимальных значений, способствуют изгибу вала и перегружают подшипниковые узлы. Подшипниковые узлы подвергаются интенсивному износу. Торцовое уплотнение, установленное на деформированном участке вала, в условиях вибрации, высокой температуры и давления надежно работать не может независимо от его производителя (рис.1). Неточность изготовления ротора и корпуса насоса, изношенные щелевые уплотнения рабочего колеса, отсутствие динамической балансировки ротора усугубляют ситуацию.
Рисунок 1.
Торцовое уплотнение на деформированном участке вала
Можно сделать вывод, что причинами выхода опорно-уплотнительной системы насоса из строя является его работа на нерасчетных режимах по подаче при повышенных уровнях вибрации.
Учитывая реальную модель эксплуатации насосов, НПЦ «АНОД» производит их модернизацию путем замены штатных опорно-уплотнительных систем на специально разработанные блоки подшипниковые уплотнительные.
Модернизация насосов решает задачу создания опорно-уплотнительных систем, в которых ресурсы работы уплотнительных и подшипниковых узлов уравновешены с ресурсом проточных частей и достигают максимально возможных значений при самых неблагоприятных режимах работы насосов - работы в условиях повышенных гидродинамических вибраций в проточных частях.
Рисунок 2
Насос НКВ 600/320 с подшипниковым уплотнительным блоком
В качестве примера рассмотрим модернизацию насоса НКВ 600/320 производства «Волгограднефтемаш» (рис. 2). О работе этой модели насоса отрицательно отзываются многие механики. Межремонтные пробеги исчисляются несколькими месяцами. Суть модернизации заключается в том, что вместо штатного силового узла насоса с подшипниками качения установлен блок подшипниковый уплотнительный (БПУ), разработанный в НПЦ «АНОД». БПУ объединяет в едином корпусе два одинарных торцовых уплотнения - контурное и атмосферное, между которыми установлены радиальные и осевой подшипники скольжения. Смазка и охлаждение БПУ осуществляется чистой затворной жидкостью. На данный момент идет стабильная непрерывная работа насоса НКВ 600/320 с блоком БПУ с января 2007 года.
В отличие от подшипников качения, подшипники скольжения обладают более высокой несущей способностью. Подшипники скольжения способны демпфировать колебания ротора в широком спектре частот и обеспечивают лучшие вибрационные характеристики. За счет замены штатного опорного узла консольного насоса на БПУ снижается уровень вибрации.
В БПУ торцовое уплотнение стоит в непосредственной близости к радиальному подшипнику скольжения, поэтому деформация вала в районе его установки практически исключена.
В качестве пар трения подшипников скольжения, производства НПЦ «АНОД», используются самые износостойкие материалы - карбид кремния по карбиду кремния. Карбидокремниевые подшипники скольжения работоспособны в любой жидкости, включая воду и при удельных нагрузках 5…10 кг/см2 практически не имеют износа. Подшипники скольжения невосприимчивы к наличию механических примесей в жидкости, в которой они работают.
Необходимо отметить, что при проектировании карбидокремниевые радиальных подшипников, работающих при высоких температурах перекачиваемой среды, учитываются физические свойства материалов:
В НПЦ «АНОД» созданы радиальные карбидокремниевые подшипники (рис.3) , работающие при температуре окружающей среды до 200˚С, причём керамические элементы испытывают только нагрузки на сжатие при сохранении стабильного радиального зазора в паре трения на всех режимах.
Рисунок 3
Радиальные карбидокремниевые подшипники
В результате модернизации:
Разработан ряд блоков, которые могут устанавливаться на всю линейку насосов НК, НКВ, ТКА Волгоградского завода «Нефтехиммаш» (рис.4). Изготовлены и успешно эксплуатируются блоки БПУ с проточными частями насосов фирм Klaus Union, HMD, Worthington, Молдовагидромаш, Южгидромаш и др.
Рисунок 4
Подшипниковые уплотнительные блоки к насосам типа НК, НКВ, ТКА.
НПЦ «АНОД» также модернизирует вертикальные и двухопорные горизонтальные конденсатные, питательные, бустерные многоступенчатые насосы (рис. 5, 6). Проблемы насосов те же - короткий межремонтный период из-за выхода из строя подшипниковых узлов и торцовых уплотнений.
Рисунок 5
Конденсатный насос КсВ
а) до модернизации
б) после модернизации,
где Н - расстояние между подшипниками,
L - консольный участок вала
Рисунок 6
Насос Кс 125-140 до и после модернизации
В этих насосах штатные подшипниковые узлы, крепящиеся к корпусу на консолях, заменяются на блоки, каждый из которых состоит из осевого подшипника одностороннего действия, радиального подшипника и торцового уплотнения. Осевые гидродинамические подшипники одностороннего действия БПУ фиксируют ротор относительно корпуса в осевом направлении и воспринимают неуравновешенную осевую силу ротора. За счет снижения расстояния между опорными подшипниками увеличивается жесткость вала в 1,6- 2 раза. Трущиеся пары смазываются и охлаждаются перекачиваемой средой, которая циркулирует через вынесенный холодильник. Циркуляция осуществляется встроенным импеллером БПУ, когда насос находится в рабочем режиме, либо под действием естественной циркуляции, когда насос находится в «горячем резерве». Доступ к торцовым уплотнениям для обслуживания значительно упрощен, благодаря тому, что они находятся на периферии насоса.
В результате проведения мероприятий по улучшению потребительских качеств двухопорных насосов, модернизированным насосам не требуется система масляной смазки, улучшаются их ресурсные, эксплуатационные и виброакустические характеристики, уменьшаются затраты на техническое обслуживание (рис. 7).
Рисунок 7
Насос ХБ 160-210. До и после модернизации (сверху-вниз)
Необходимо отметить, что НПЦ «АНОД» не только модернизирует старые насосы, но и выпускает новые насосные агрегаты с использованием проточных частей как отечественного, так и зарубежного производства на базе блоков подшипниковых уплотнительных (рис. 8).
Насосные агрегаты удовлетворяют современным требованиям, предъявляемым к насосному оборудованию:
НПЦ «АНОД» отмечает, что проектантам насосного оборудования и эксплуатирующим организациям необходимо принять решительные шаги, направленные на скорейшее внедрение передовых технических решений.
Рисунок 8
Насосы 5-АНГК с применением блоков подшипниковых уплотнительных
Данный материал опубликован в журнале " Техническое обслуживание и Ремонт" №1` 2010
