НОВЕ ПОКОЛІННЯ ЦИРКУЛЯЦІЙНИХ НАСОСІВ

У цьому матеріалі розглядається порівняно дві конструктивні схеми відцентрових насосів – з консольно розташованим колесом та з колесом між опорами (двох опорна).

Навіщо? Щоб переконатися, що заміна консольних насосів на двох опорні, очевидно складніші і дорожчі, все ж таки має технічну основу.

Чому існують обидві конструктивні схеми? Є ще одна - з вертикально підвісним консольно розташованим ротором, але все визначає насамперед призначення насоса та умови експлуатації.

До розгляду приймаються такі умови експлуатації та основні параметри: Призначення та умови експлуатації: ? Насоси (агрегати) призначені для примусової циркуляції перегрітої води по замкнутому контуру у парових котлах-утилізаторах ? Температура на вході в насос,?С, не більше – 260?С ? Тиск на вході в насос, кгс/см?, не більше – 51 ? Максимальна об'ємна концентрація твердих частинок, мг/л – 5 Переважна більшість споживачів насосного обладнання: Металургійні комбінати Не варто приховувати очевидні факти, які відразу впадають у вічі, після перегляду картинок вгорі. Перший - це чим простіше машина, тим вона надійніша. Другий – ущільнень валу вдвічі більше – значить у будь-якому випадку для обслуговування їх рівно вдвічі більше часу та витратних матеріалів. І це справедливо записуємо до порівняльної таблиці для заключного аналізу зі знаком «+»? на користь консольних насосів. І це лише початок. Потім виникає багато запитань: ? Навіщо взагалі потрібна заміна одного обладнання на зовсім інше ? Які навантаження, з технічного погляду, будуть випробовувати деталі насосів вищезгаданих конструктивних схем ? Який насос зручніше обслуговувати ? Який мінімальний ремонтний інтервал для відновлення працездатності в аварійних ситуаціях . На ці та інші питання, послідовно, з погляду розробника насосного обладнання, викладено нижче ілюстровані відповіді. ? Навіщо взагалі потрібна заміна одного обладнання на зовсім інше Відповідь на це питання приймається керівником підприємства, індивідуально та колективно фахівцями з експлуатації, ремонту та постачання, розглянувши цей матеріал. ? Які навантаження, з технічної точки зору, випробовуватимуть деталі насосів вищезгаданих конструктивних схем 1. Корпусні деталі (корпус та кришка) за своєю суттю сприймають однакову напругу від внутрішнього тиску, однакові навантаження на патрубки з боку трубопроводів і розраховуються за однаковою методикою. 2. Ротори обох насосів мають важливе відмінність, особливо у плані радіальних і осьових зусиль. Конструктивні прийоми зниження залишкових зусиль на підшипникові опори насоса з боку ротора так само..

Основною конструктивною особливістю консольних роторів є так званий поршневий ефект у зоні ущільнення валу, що виникає внаслідок того, що один кінець валу знаходиться під тиском, а інший в атмосфері. Виникаюче осьове Fo2 зусилля на підшипники компенсують на робочому колесі на площі від переднього ущільнення до маточини тиском, що розвивається тим же колесом Fo1

Основною конструктивною особливістю двох опорних роторів є відсутність поршневого ефекту в зоні однакових діаметром ущільнення валу. Тому осьове зусилля на колесі врівноважують на задньому ущільненні того ж діаметру, що і переднє.

Здавалося б, що все гаразд і все вирішено, на перший погляд. Але є одна точна наука - математика , яка говорить про те, що все-таки не завжди вдається повністю розвантажити ротор консольного насоса. Та не тільки розвантажити, хоч би знизити до прийнятної величини. А якщо так, то вся різниця дістанеться підшипниковій опорі В . Подивимося прості формули та цифри: Діаметр ущільнення валу – 100мм Діаметр переднього ущільнення колеса – 270мм Діаметр маточини колеса – 120мм Тиск на вході P – 51 кгс/см? або 5003100 Н/ м2 Тиск, що розвивається колесом P н - 8кгс/см? або 80 м або 784800 Н/м 2 Зусилля F на поверхню площею S при тиску P за формулою F = S ? P , де S = D 2 /4 Fo 2 =0,007854м 2 ? (5003100 Н/м 2 + 784800 Н/м 2 ) = 45458,1 Н або це приблизно 4,5 тонни Fo 1 =(0,05725м 2 - 0,04594м 2 )? 784800 Н/м 2 = 36058,3 Н або це приблизно 3,6 тонни Що дістанеться підшипниковій опорі ? 4,5-3,6 = 0,9 тонни для консольного насоса. А для двох опорних роторів цього зусилля просто не виникає. Цікавий аспект поточного питання - а якщо насос експлуатується в інших умовах, скажімо тиск на вході не 51 кгс/см2, а, наприклад, близько 2 кгс/см2. Готуйте гроші на підшипники, панове, оскільки складова Fo 2 наближається до нуля, а Fo 1 (3,6 тонни) залишається. Не експлуатуйте так консольні насоси не без консультації з розробником обладнання, якщо у Вас, звичайно, не двоопорний…! Питання вирішується доопрацюванням робочого колеса шляхом встановленням заднього ущільнення, як і в двоопорних, але це безпосередньо під кожен випадок, і звичайно не простий серійний консольний насос. А двох опорних насосів це не стосується, тому пропоную записати перший плюс у порівняльну таблицю на їх користь. Йдемо далі і розглянемо радіальні зусилля на ротори, це – Fr (зусилля від несиметричності епюри тиску в спіральному відведенні) і Fm зусилля від маси робочого колеса, деталей ротора та прилеглих ділянок валу, що становить спрощено для обох типів роторів близько 70 кгс . На початку матеріалу стверджувалося «Перший факт – це чим простіше машина, тим вона надійніша». Виявляється не завжди. Беремо одну зайву деталь, таку як напрямний апарат (багатолопатковий відвід) і додаємо в конструкцію насоса. Що дає? Вважаємо: Fr (максимальне зусилля від несиметричності епюри тиску в спіральному відводі) розраховане за методикою великих гідравліків Степанова абоБогницької, становить при зовнішньому діаметрі колеса 518мм і ширині 50мм на виході з урахуванням товщини дисків не багато не мало - Fr = 4048,6 Н кгс , тоді як у пропонованому двох опорному насосі з направляючим апаратом це зусилля Fr наближається знову ж таки до нуля. Чому? Та тому що це ті самі спіральні відводи, тільки короткі, і розташовані по колу, що дозволяє повністю компенсувати зусилля, що виникають. Отримані результати обчислень дозволяють визначити реакції в підшипникових опорах, якими обчислюється еквівалентна динамічна навантаження і довговічність підшипників. Давайте оцінимо вхідні дані для вибору підшипників, прийнявши відстань між колесом та опорою А 0,588м – для консольного, 0,620м – для двох опорного та відстань між колесом та опорою В 0,535м – для консольного, та 0,625м – для двох опорного:

	консольных	двух опорных
Залишкове осьове посилення опору В, тонн	Від +0,9 до -3,6	≈0*
Сумарне радіальне навантаження на опору В, тонн	0,495	0,035
Сумарне радіальне навантаження на опору А, тонн	0,970	0,035

*Мінімальне навантаження для нормальної роботи підшипників забезпечується пружинним блоком.

Звичайно ж, підшипники двох опорного ротора будуть не тільки більш легкими серіями діаметрів і ширин, але і при цьому з величезним запасом по розрахунковій довговічності. Наприклад, у пропонованого двох опорного насоса вона становить 118000 годин, тобто більше 13 років . Пропоную записати другий плюс у порівняльну таблицю на користь двох опорних +

? ? Який насос зручніше обслуговувати

Цілком реальна ситуація: зношені сальникові гільзи та вийшли з ладу підшипники. Деталі пролягають заміні. Насос виведений у ремонт.

А тепер вигадана ситуація. Перша бригада ремонтників прямує до двох опорного насоса, а друга бригада до консольного.

Поки перша бригада шестигранним ключем знімає проставку пластинчастої муфти, друга змушена демонтувати приводний двигун, щоб звільнити місце для зняття кронштейна з ротором.…

Поки перша бригада шестигранним ключем знімає проставку пластинчастої муфти, друга змушена демонтувати приводний двигун, щоб звільнити місце для зняття кронштейна з ротором.…

Невеликий коментар, який пояснює ситуацію. 1. Кількість гайок або болтів, які потрібно згвинтити бригадам до цього моменту приблизно однакова. 2. Маса проставки муфти пластинчастої 9 кг, підшипника у зборі не перевищує 26 кг. Маса двигуна близько 760...990 кг, маса кронштейна з ротором 352 кг.

На цьому етапі обидві бригади отримали доступ до деталей сальникового защільнювача та готові їх замінити.…

Знову коментар, який пояснює ситуацію. Звісно, ??першій бригаді доведеться замінити деталі двох, а не одного сальникового ущільнення. І це мінус... Натомість вона може вже замінити підшипники, на відміну від другої бригади, якої ще для цього розбирати і розбирати. Крім того, з огляду на згаданий мінус для двох опорних насосів, розробниками було запропоновано наступне:

1. П 1. Застосувати сальникове ущільнення патронного типу: 2. Укомплектувати ЗІП додатковим ущільненням у збиранні. Таким чином, перша бригада, перед тим як виконувати ремонт, підготує нові ущільнення ще в майстерні, у зібраному вигляді (навіть із набиванням) та завчасно. Та й бригада може складатися із одного слюсаря, якби техніка безпеки це дозволяла. А ось Вам і відповідь на питання про мінімальний ремонтний інтервал, для відновлення працездатності в аварійних ситуаціях . …

ВИСНОВОК

Згадану порівняльну таблицю для заключного аналізу з плюсами та мінусами заміни типів насосів автор цього матеріалу вирішив не складати, адже вона відображатиме лише його думку, причому зацікавлену. Остаточний вибір за Вами, панове! Можу лише з упевненістю запевнити Вас у високій надійності нового обладнання, перевірене у жорстких умовах експлуатації такого обладнання на нафтопереробних підприємствах. Там терміни на усунення несправностей з вини виробника не більше двох діб, а штраф за добу простою установки - порівняти з вартістю нашого підприємства.

Матеріал підготував

Шевченко Сергій Михайлович

Заст.головного конструктора

ТОВ «Сумський машинобудівний завод»

www.cmz.sumy.ua