Испытания

01.04.2024

Испытание центробежного насоса на производительность проводится производителем насоса после завершения сборки для подтверждения соответствия насоса требуемым техническим характеристикам, указанным в техническом паспорте и других документах.

Эксплуатационные испытания проводятся после проверки корпуса, гидростатических испытаний, динамической балансировки рабочего колеса и ротора в сборе. После эксплуатационных испытаний проводятся испытания NPSH, механические ходовые испытания и окончательная проверка. Вибрационные испытания проводятся во время проверки производительности и механических ходовых испытаний.

Рассмотрим испытание на производительность агрегата на примере. Вы приехали в цех производителя насосов, чтобы наблюдать за испытанием производительности центробежного насоса, которое проводится в рамках ITP. Вы изучаете утвержденный паспорт насоса и находите следующую информацию:

Подача = 238,5 м³/ч

Номинальный перепад напора = 2690,28 м

Номинальная мощность = 2985 кВт

Номинальный КПД = 68 %

По завершении испытаний центробежного насоса производитель предоставляет вам следующую кривую рабочих характеристик. Чтобы убедиться в том, что насос прошел испытание, необходимо сверить эту кривую со спецификацией в техническом паспорте.

Начнем с кривой напора, проведем вертикальную линию на отметке 238,5 (по горизонтальной оси), она пересечет кривую напора, затем из точки пересечения проведем горизонтальную линию, она пересечет вертикальную ось на отметке 2640. Таким образом, измеренный напор при 238,5 м³/ч составляет 2640 м.

Каково было ожидаемое значение в техническом паспорте? Оно составляло 2690,28 м, но в результате тестирования было получено 2640 м.

Каков результат испытаний (напор почти на 50,28 м меньше требуемого значения)? Прошел ли насос проверку?

В таблице 18 стандарта API 610 указано, что напор может составлять +/- 3% от номинального значения. 3 % от номинального значения (2690,28 x 3 %) составит 80,7, что больше 50,28. Насос не развивает достаточный напор, но результаты испытаний приемлемы.

Оценим потребляемую мощность; повторим тот же процесс, но на этот раз с помощью кривой мощности. Кривая показывает, что потребляемая мощность при скорости 238,5 м³/ч составляет 2600 КВт (потребляемая мощность указана в левой части вертикальной оси). Сравним 2600 КВт с паспортным значением, равным 2985 КВт.

Очевидно, что насос более эффективный, поскольку потребляет меньше энергии. Однако диапазон допустимых значений по API 610 составляет 4%, это означает, что результат испытаний насоса будет удовлетворительным, даже если отклонение составит более 4% от указанного в техническом паспорте.

Необходимо проверить эффективность. Минимальный КПД, указанный в утвержденном техническом паспорте, составляет 68 %. Если посмотреть кривую КПД, то при производительности 238,5 м³/ч КПД составляет 70%. Таким образом, насос превосходит по производительности и дает более высокий КПД, чем требуется по техническому заданию.

Таким образом, результат испытания центробежного насоса на производительность по перепаду напора, потребляемой мощности и КПД является удовлетворительным.

Величина напора также должна проверяться в точке отключения, но поскольку данный насос является насосом высокой мощности, то проверка производительности центробежного насоса в точке отключения (отсутствие потока на нагнетательном клапане – «на закрытую задвижку») не является обязательным требованием согласно API 610.

Приведенный выше пример был упрощенным. Производители насосов обычно предоставляют табличный формат, облегчающий обзор.

Производители также моделируют результаты испытаний с учетом реальных условий эксплуатации. Насос может быть рассчитан на нефть, но испытания будут проводиться на воде. В таких случаях полученные значения переводятся в рабочие условия путем инженерных расчетов.

Затем необходимо проверить спектр вибрации корпуса подшипника и вала. В каждой точке данных от минимального до максимального расхода, чтобы убедиться, что значения вибрации находятся в пределах допустимого диапазона.

Отчет об испытании насоса NPSH (Net Positive Suction Heat Test) также должен быть сверен с утвержденными значениями, указанными в техническом паспорте.

Механические испытания насоса проводятся после успешного завершения испытаний на производительность и NPSH.

Теперь давайте углубимся в проверку производительности центробежного насоса, разобравшись в таких понятиях, как расход, полный напор, мощность и КПД.

Что такое расход и напор при испытании производительности центробежного насоса?

Объемный расход (Q), называемый также производительностью, - это объем жидкости, проходящий через насос за определенное время (измеряется в метрах кубических в час).

Он определяет скорость, с которой насос может проталкивать жидкость через систему. Расход - это первый параметр, задаваемый разработчиком технологического процесса, который определяет требования к насосу по расходу, необходимому для функционирования процесса.

Этот "номинальный" расход обычно выражается в объемном выражении и обозначается символом Q с единицами измерения кубический метр/секунду или кубический метр/час.

Статический напор насоса - это максимальная высота (давление), которую он может обеспечить. Мощность насоса при определенном числе оборотов можно определить по его кривой Q-H.

Производители насосов заинтересованы в получении кривой производительности насоса, не зависящей от физических свойств перекачиваемой жидкости.

Поэтому вместо давления используется напор. Следующая формула переводит давление в напор; H(метр) = P/ρg.

Определив номинальный расход, проектировщик в дальнейшем задает суммарный напор (H), необходимый при данном расходе.

Этот показатель выражается в метрах или футах и представляет собой полезную механическую работу, передаваемую насосом жидкости. Вместе Q и H определяют рабочую точку.

Тест кривой Q/H;

Испытание проводится при номинально постоянной частоте вращения вала, напор (H) уменьшается по мере увеличения расхода (Q), что дает наклон кривой. (См. выше кривую H-Q)

Посмотрите на следующий рисунок; он иллюстрирует простой цикл кривой H-Q. Инженер-испытатель изменяет расход через напорный патрубок, измеряет различные величины и рассчитывает соответствующий напор.

Первая серия измерений производится в рабочей точке (100 % Q). Задвижка открывается, чтобы обеспечить расход, превышающий рабочий (обычно 120 или 130% Q), и снимаются дальнейшие показания.

Затем задвижка закрывается, постепенно уменьшая расход (обратите внимание, что мы движемся справа налево по кривой Q-H). В некоторых насосах окончательное показание можно снять при закрытой задвижке, т.е. при Q = 0.

После получения тестовых точек можно выполнить проверку на соответствие требованиям критериев приемки.

Потребляемая мощность при испытании производительности центробежного насоса

Аналогично измеряется потребляемая мощность при различных значениях подачи и строится кривая зависимости мощности от подачи. Ваттметр измеряет мощность двигателя, путем перемножения показаний ваттметра на КПД двигателя рассчитывается выходная мощность двигателя при различных подачах. По этим показаниям строится кривая "мощность-расход".

Кривая "КПД - подача" при испытании производительности центробежного насоса

Кривая КПД-подача (ƞ-Q) может быть построена на основе измеренных значений по комбинации кривых H-Q и P-Q и формулы ƞ=(P на выходе из насоса)/(P на входе в насос)=ρgHQ/(P на входе в насос) (ρ - плотность, g - гравитационное ускорение, H - напор и Q - подача).

КПД насоса (ƞ процентов): КПД - это отношение переданной механической работы жидкости к потребленной насосом мощности (P) в ваттах.

Проверка эффективности: эффективность проверяется с помощью того же набора тестовых измерений, что и при проверке Q/H. На рисунке выше эффективность насоса показана в зависимости от Q.

В качестве дополнительной информации Вы также можете просмотреть статьи, посвященные инспекции центробежного насоса третьей стороной, инспекции и плану испытаний насоса.

В данном материале приводится примерная процедура испытания производительности центробежного насоса в производственном цехе. Процедура является очень краткой и общей.

Процедура испытания производительности центробежного насоса

1.Масштабы

Настоящее описание процедуры определяет условия проведения гидравлических испытаний центробежных насосов в соответствии со стандартом API 610.

Объем испытаний, тип испытаний, класс испытаний и гарантийные значения определяются стандартными планами испытаний, согласованными между производителем и покупателем насосов.

2. Объект

Целью испытаний является непрерывный контроль эксплуатационных характеристик в качестве управления технологическим процессом, соблюдение гарантий, предоставляемых в соответствии с договором поставки, тестирование соответствующих функций насоса.

Подготовка протоколов испытаний и испытательных кривых в соответствии с договором поставки как неотъемлемой части документации по испытаниям.

3. Применяемые стандарты и другие нормативные документы

• API 610

• Стандарт производства

4. Процедура испытания производительности центробежного насоса

4.1 Персонал, проводящий испытания

Для работы с испытательными стендами привлекается только обученный персонал. Задание тестовых данных производится полуавтоматически и требует соответствующего опыта и точности проведения испытаний.

4.2 Место и время проведения испытаний

Испытания проводятся на испытательном стенде производителя. В качестве испытательной среды используется только чистая холодная вода с плотностью ρ=1 кг/дм3.

Испытания насосных агрегатов обычно проводятся с установленным двигателем. В случае приемки заказчиком готовность к приемочному контролю своевременно доводится до сведения отделом продаж.

4.3 Испытательные стенды для насосов

Оба следующих испытательных стенда имеются в наличии и будут использоваться в соответствии со спецификацией заказа.

• Закрытая система

• Открытая система, альтернативно с бустерным насосом

4.4 Методы измерений и испытаний

Измерение и оценка значений гидравлических характеристик производится с помощью электронного регистратора данных.

Все необходимые данные регистрируются на месте с помощью электронных измерительных приборов и представляются с помощью электронной обработки данных в режиме онлайн на испытательных полигонах. По окончании измерений данные передаются в центральный компьютер контроля испытательного отсека. Если не указано иное, приемо-сдаточные испытания проводятся в соответствии с API 610, п. 7.3.3.

4.4.1 Измерения подачи Q

Подача измеряется с помощью магнитно-индуктивных расходомеров, имеющих заданные расстояния стабилизации перед и после измерительного блока. Настройка производительности осуществляется с помощью регулирующих задвижек на нагнетательном трубопроводе.

4.4.2 Измерение напора H (Hd - Hs)

Измерение давления производится с помощью калиброванных измерительных преобразователей для точки измерения Hs (диапазон измерения -10 до +40 м вод. ст.), для точки измерения Hd (диапазон измерения -10 до +180 м, 150 до 630 м вод. ст.). Для визуального сравнения параллельно подключаются калиброванные пружинные манометры для аналоговой индикации.

4.4.3 Измерение скоростного напора

Скоростной напор рассчитывается по подачи и сечению потока в точке измерения давления.

Δ v² /2g=(v² d-v² s)/2g

Vd = скорость со стороны нагнетания

Vs = скорость на стороне всасывания

Δ = разность скоростей между сторонами всасывания и нагнетания

4.4.4 Измерение потребляемой мощности (P)

Потребляемая насосом мощность определяется либо электрически с помощью калиброванного испытательного двигателя, либо путем прямого измерения скорости вращения с помощью втулки для измерения крутящего момента.

Электрические измерения проводятся по методу двух ваттметров для определения потребляемой мощности двигателя. Выходная мощность двигателя рассчитывается по кривой КПД двигателя, заложенной в тестовую систему.

Для сравнения гарантированных данных испытательная система пересчитывает потребляемую насосом мощность, необходимую для условий заказчика, т.е. для нормированной частоты вращения и плотности перекачиваемой среды.

4.4.5 Измерение скорости (n)

Измерение частоты вращения происходит с помощью светового барьера или фотодатчика. Для моноблочных насосов с двигателем, не доступным снаружи, частота вращения определяется с помощью изгибной катушки или частотного анализа.

4.4.6 Измерение коэффициента полезного действия насоса (η)

Эффективность насоса определяется для каждой точки измерения сразу после измерения испытательной системой.

В соответствии со следующей формулой:

η=(Q×H×ρ×100)/(367×P)

Расход Q [м³/ч]

Напор H [м]

Плотность ρ [кг/дм3] перекачиваемой среды

Мощность P [кВт]

4.4.7 Измерение величины NPSH насоса (NPSH required)

Обычно в замкнутом контуре измерение величины NPSH производится путем снижения давления в системе с помощью вакуумного насоса. Измерение также производится путем дросселирования с помощью дроссельного клапана на линии всасывания, в зависимости от конкретного случая.

Достижение гарантированного значения при требуемом значении NPSH может быть подтверждено с помощью следующих двух методов измерения.

a) Стандарт

Доказательство достижения требуемого значения NPSH путем задания одинаковых периферийных условий в системе, таких как расход, напор при снижении давления всасывания в зависимости от температуры воды и барометрического уровня.

Сравнение напора, полученного при измерении характеристической кривой, с напором, измеренным при фактическом отрицательном давлении на всасывании, при котором достигается или не достигается гарантированное значение NPSH.

Снижение напора не должно превышать 3 % от H, но и не обязательно достигать 3 % (для одноступенчатых насосов).

В соответствии со спецификацией в заказе используется 1 или от 3 до 5 точек измерения. Для двухступенчатых насосов максимальное снижение напора не должно составлять ΔH≤1,5 %

Поэтому проверка NPSH для многоступенчатого насоса невозможна.

b) Опция в виде постоения кривой падения напора

Доказательство минимально достижимого значения NPSH при определенном постоянном расходе. Уменьшая напор всасывания, начиная с NPSH = 40 м, регистрируется ряд точек измерения (8-12) до тех пор, пока не произойдет срыв потока. Точка при снижении напора на 3 % с начала измерений приводит к кавитационному состоянию насоса в этой точке и определяется в действующих стандартах как требуемый NPSH (для двухступенчатых насосов 1,5 % ΔH)

Опорный уровень для расчета NPSH

a) Горизонтальные насосы

Горизонтальный уровень через ось вала

б) Вертикальные насосы

Плоская поверхность, вертикальная относительно оси вала на входе в рабочее колесо

Расчет NPSH по измеренным или известным параметрам:

Расчет значения NPSH происходит одновременно с измерением.

Для этого необходимы следующие параметры:

Напор на входе

H_S [м]

Температура воды

t_w [°C]

Давление пара (абсолютное давление парообразования)

H_t [м]=P_D/(ρ×g)

Атмосферное давление (абсолютное)

Абсолютное давление

b_0 [м]=P_O/(ρ×g)

Уровень отсчета расстояния/уровень измерения

Y[m]

Скорость со стороны всасывания

(V_S² )/2g[m]

Плотность воды для испытаний

ρ[кг/(дм³ )]

Ускорение свободного падения

g [м/с²]

Расчет NPSH производится по следующей формуле:

NPSH=P_O/(ρ×g)-H_S-P_D/(ρ×g)+(V_S² )/2g∓Y

NPSH=b_0-H_S-H_t+(V_S² )/2g

Пересчет значения NPSH с измеренной частоты вращения на номинальную производится по следующей формуле (справедливо только для диапазона частоты вращения ±3%):

n^* /n>0,97<1,03

〖NPSH〗^* =NPSH×〖[n^* /n]〗² [m]

Q^* =Q×n^* /n [m³ /h]

4.4.8 Дополнительные измерения

По желанию заказчика могут быть измерены также электрический ток I [A] и напряжение U [В].

4.5 Количество точек измерения

Количество точек измерения для построения характеристической кривой насоса или измерения NPSH должны согласовываться в договоре поставки.

Характеристическая кривая при 0, Qmin, Qпроизв., Qnom, Q120%, стандартное измерение по 5 точкам (9 макс.)

Измерение NPSH 0, Qmin, Qпроизв., Qnom, Q120% 4 точки (7 макс.)

5 Испытание производительности центробежного насоса - гарантии

Номинальные значения насоса гарантируются в соответствии с API 610 при отсутствии других требований заказчика. Измерение допусков производится автоматически измерительной системой.

Для вязких сред гарантируются только указанные данные для холодной воды. Результаты с учетом вязкости будут приведены для справки в виде кривых пересчета по данным Гидравлического института.

6 Испытание производительности центробежного насоса - измерение вибрации

Для оценки механических и гидравлических характеристик испытуемого насоса одновременно с гидравлической датой регистрируются вибрации (мин. 5 точек).

Измерения производятся в трех плоскостях - горизонтальной, вертикальной и осевой - с помощью виброприемников, установленных на кронштейне подшипника. Критерием измерения является среднеквадратичная скорость всех определяемых колебаний (среднеквадратичная виброскорость в мм/с).

Предел, установленный API 610, составляет для горизонтальных насосов 3 мм/с в предпочтительном рабочем диапазоне насоса. В допустимом рабочем диапазоне допускается виброскорость до 3,9 мм/с (макс.). Для вертикальных насосов действует ограничение 5 мм/с в предпочтительном диапазоне и 6,5 мм/с в допустимом диапазоне.

В качестве альтернативы можно также измерять максимальную амплитуду вибрации (от пика до пика).

Горизонтальный

Предел в предпочтительном диапазоне: 50 мкм

Предел в допустимом диапазоне: 65 мкм

Вертикальный

100 мкм

130 мкм

По желанию заказчика может быть измерен частотный спектр (БПФ-анализ).

7 Испытание производительности центробежного насоса - измерение температуры подшипников

При необходимости измерение температуры подшипника производится в течение заданного времени работы. Измерение производится на кронштейне подшипника с наружной стороны на уровне и в положении подшипника со стороны насоса или двигателя в горизонтальном направлении.

8 Протокол испытаний производительности центробежного насоса

Результаты испытаний хранятся в центральном компьютере контроля испытательного отсека и на других электронных носителях информации. По запросу заказчика составляются протоколы испытаний и кривые испытаний.