Важность настройки зазоров рабочего колеса для полупогружных вертикальных насосов с колонной

На современном рынке полупогружные многоступенчатые насосы с вертикальной колонной довольно широко применяются в различных отраслях промышленности, например, водоотливах шахт и карьеров, речных и морских водозаборах, нефтехимии и энергетике и тд.

Конструкция современных вертикальных полупогружных многоступенчатых насосов с колонной разработана с учетом новейшие достижения в области проектирования насосов. Возможные конструктивные исполнения и широкий выбор различных материалов позволяет удовлетворять конкретные требования заказчиков, такие как низкая первоначальная стоимость, простота технического обслуживания, высокая экономичность работы и возможность эксплуатации в тяжелых условиях.

Для нефтехимической промышленности вертикальные полупогружные насосы многоступенчатые с колонной проектируются и изготавливаются в соответствии со всеми требованиям стандарта API-610. Мировыми производителями таких насосов разработаны конструкции с более жесткими требованиями чем API-610, например, по биению вала (до 0,05 мм (0,002 дюйма)) при скорости вращения до 1800 об/мин, специальной термообработке вала и подшипников, ультразвуковой дефектоскопии валов и применением различных высоколегированных сплавов.

Полупогружные вертикальные многоступенчатые насосы широко используются на нефтяных платформах в качестве пожарных. Учитывая коррозийное и эрозионное воздействие морской воды, насосы выпускаются из различных материалов выбираемых в зависимости от химического состава морской воды, географического положения платформы, режима эксплуатации и других конкретных условий.

Насосы данной конструкции имеют следующие преимущества:

• Всасывание в самой нижней точке

• Стандартный общепромышленный двигатель с воздушным охлаждением обеспечивает удобство в обслуживание

• Возможность комплектации двигателя датчиками, дает возможность контролировать температуру подшипников, обмоток статора, а так же уровень вибрации

• Нет необходимости устанавливать кожух охлаждения в отличие от скважинных насосов

• Возможность пуска методом Звезда - Треугольник

• Низкое энергопотребление - значительно меньшие затраты на электроэнергию

• Длительный срок службы

• В конструкции насоса предусмотрен канал отвода воздуха из колонны, что позволяет обходиться без дополнительных устройств выпуска воздуха

  
  

Проточная часть (ступень насоса) — это важнейший компонент вертикального многоступенчатого полупогружного насоса. Рабочее колесо и корпус с лопаточным отводом проектируются с использованием всех современных способов расчета на требуемые параметры с максимально возможным КПД. Многоступенчатая конструкция полупогружного насоса позволяет обеспечивать максимальную универсальность как при подборе насоса, так и в процессе эксплуатации при отклонении параметров в технологической системе. Погружная конструкция не требует предварительного заполнения насоса. Широкий выбор материалов конструкции позволяет подобрать насос для самых тяжелых условий эксплуатации. Различные варианты исполнения гарантируют, что вертикальный полупогружной насос с колонной будет полностью удовлетворять требования заказчика в отношении его безопасной, эффективной и надежной работы при минимальном техническом обслуживании.

Стандартными элементами конструкции являются:

• Всасывающий патрубок конусной конструкции для равномерного поступление жидкости на вход рабочего колеса с минимальным завихрением, который может комплектоваться фильтр - сеткой

• Подшипник всасывающего патрубка, обеспечивающий устойчивость вала

• Защитная манжета. Предотвращает попадание твердых частиц в подшипник заборника

• Рабочее колесо либо полуоткрытое либо закрытое в зависимости от перекачиваемой среды

• Регулировочная гайка для точной регулировки положения рабочего колеса

• Конусная втулка для фиксации рабочего колеса на валу. Для размеров до 17 дюймов (431,8 мм) включительно изготавливается из легированной стали

• Шпоночное соединение для установки рабочего колеса на вал

• Вал насоса из нержавеющая сталь 416SS (в стандартном исполнении). Однако, если требуется повышенная прочность и коррозионная стойкость, вал может быть выполнен из нержавеющих сталей 316SS или 17-4 PH, монеля или других сплавов и имеет увеличенный диаметр

• Корпус ступени с направляющим аппаратом литой из различных материалов. Стандартный материал для насосов размером до 18 дюймов (457,2 мм) — чугун с покрытием

• Ступени насосной части имеют фланцевое соединение

• Подшипники скольжения установлены в каждой ступени для обеспечения устойчивости в том числе при критической скорости вращения

• В конструкции корпусов ступеней предусмотрены направляющие элементы, обеспечивающие автоматическую центровку ступеней при сборке, что значительно упрощает обслуживания насоса

Помимо стандартного исполнения доступны другие исполнения:

• Тип рабочего колеса  полуоткрытое или закрытое из материалов, позволяющих перекачивать самые различные агрессивные и абразивные среды

• Шпоночные соединения рабочих колес с валом (как правило в стандартном исполнении для диаметров 18 дюймов (457,2 мм) и более и для насосов, предназначенных для работы с жидкостями с температурой выше 82 °С и криогенными жидкостями). Шпоночные соединения обеспечивают надежную фиксацию колеса при переменных нагрузках и температуре

• Кольца щелевого уплотнения. Используются для закрытых рабочих колес. При наличии в перекачиваемой среде твердых включений насос может быть оборудован устройствами промывки щелевого уплотнения

• Сетчатые фильтры для предотвращения попадания внутрь насоса крупных твердых частиц

• Рабочие колеса первой ступени специальной конструкции для работы в условиях низкого уровня с увеличенным диаметром входа или двустороннего входа
  

• Специальные технологии упрочнения поверхности подшипников и вала для снижения абразивного износа

• Подача промывочной жидкости в подшипники ступени от внешней системы через отверстия вала насоса для снижения абразивного износа при перекачивании жидкостей с высокой концентрацией твердого

  

• Разгрузочные отверстия рабочих колес с целью уменьшения осевой силы и продления срока службы упорных подшипников

• Специальные покрытие внутренних поверхностей ступеней для повышения эффективности работы и защиты от износа

• Динамическая балансировка рабочих колес

Однако, после правильного выбора конструкции полупогружных насосов с вертикальной колонной для конкретного объекта следует иметь ввиду, что чрезвычайно важное значение для этих насосов имеет правильный монтаж, пуск, и требуемые регулировки, в том числе и зазоров в проточной части насоса. Неправильная установка или регулировка может привести к серьезным отказам насосного агрегата за короткий срок эксплуатации. Поэтому необходимо соблюдать все рекомендации по правильному монтажу, эксплуатации и требованиям к сборке, содержащиеся в Руководстве по эксплуатации для конкретного насоса.

Одним из основных факторов, влияющих на параметры насосного агрегата, его эффективность и долговечность, является регулировка зазоров рабочего колеса. Неправильная установка зазора может привести не только к повреждению отдельных деталей насоса, но и к его полному выходу из строя. Поэтому важно как на этапе монтажа так и при эксплуатации насоса контролировать значение зазора рабочего колеса.

Для примера, на одном из объектов был установлен насос с закрытым рабочим колесом, а зазор установлен в соответствии с рекомендациями для полуоткрытого рабочего колеса (для полуоткрытого рабочего колеса зазор должен быть 0,015 дюйма (0,38 мм), для закрытого рабочего колеса значение зазора должно составлять 0,130 дюйма (3,3 мм)).

В результате неправильной установки зазора насос заклинило. Корпуса ступеней, подшипники, валы и уплотнения получили серьезные повреждения, что привело к дорогостоящему ремонту.

На рисунках а и б ниже видно, что подшипник всасывающего патрубка заклинило, что привело к повреждению и корпусных деталей.

На рисунках а и б ниже показан выход из строя подшипника средней ступени насоса. Втулку подшипника заклинило на валу и для демонтажа подшипника втулку пришлось разрезать, что привело к повреждению поверхности вала и его замене.

Подшипник напорной ступени насоса вышел из строя, что привело к провороту неподвижной детали, и повреждению самого корпуса ступени и направляющего аппарата. Лопасти отвода имели трещины и потребовалась его замена.

Вследствие выхода из строя подшипника напорной ступени, было повреждено и рабочее колесо (Рисунки а и б ниже). Проворот направляющего аппарата привел к трению рабочего колеса о корпус ступени,  что создало условия к появлению затиров и других дефектов рабочего колеса, корпуса и колец щелевого уплотнения. Повреждения оказались достаточно серьезными и обе детали нуждались в замене.

Дополнительную разгрузку и центровку вала в колонне обеспечивают промежуточные подшипники колонны. В результате повреждения подшипников насоса вышли из строя и  промежуточные подшипники колонны. На рисунках ниже показан износ не только вала, но и промежуточного подшипника колонны.

Кроме повреждений в насосной части и колонне агрегата, из строя был выведен узел сальникового уплотнения. В связи с чем в замене нуждался не только сам сальник (Рисунок а), но и вал, который имел видимый износ (Рисунок б).

Как видно из проведенного в статье примера, повреждение одних деталей насоса влечет за собой выход из строя деталей во всех элементах конструкции. Из-за неправильно установленного зазора рабочего колеса, в результате его трения о корпус подшипники начинают вышли из строя, что привело к их смещению и перекосу. В результате, ряд деталей и узлов были серьезно повреждены. Рабочие колеса и сальник имеют трещины и следы затиров. Был поврежден и вал.

Чтобы учесть все нюансы настройки зазоров рабочего колеса, необходимо знать, как уже говорилось в начале, является ли рабочее колесо открытым или закрытым. Важно знать конструкцию приводного вала - полый или целый, поскольку это так же имеет влияние на способ настройки зазоров.

Закрытые конструкции рабочего колеса более распространены. Открытое рабочее колесо требует гораздо меньшего зазора, обычно 0,015 дюйма (0,38 мм) для первых десяти футов длины колонны (57,3 мм) и 0,010 дюйма (0,25 мм) для каждых дополнительных 10 футов длины колонны. Для закрытого рабочего колеса требуется больший зазор: от 0,130 (3,3 мм) до 0,188 дюйма (4,78 мм) или больше.

В конструкции с полым валом регулировка производится при помощи гайки в верхней его части. Для настройки необходимо повернуть ее против часовой стрелки. При этом вал поднимается до тех пор, пока рабочие колеса не выйдут из посадочного места, и вал будет свободно вращаться вручную. Конструкция с цельным валом регулируют с помощью пластины, расположенной в месте соединения вала насоса и вала двигателя.

Если насос оснащен упорным подшипником, то регулировка рабочего колеса производится с помощью гайки на упорном подшипнике. Знание о том, какой вид вала используется в применяемой конструкции насоса, будет иметь решающее значение при регулировке рабочего колеса при обеспечении его правильного зазора.