Klíčové technické body pro návrh, použití a údržbu více{0}}stupňových odstředivých čerpadel

Hřídel vícestupňového odstředivého čerpadla je vybavena dvěma nebo více kaskádovými oběžnými koly. Ve srovnání s jednostupňovým odstředivým čerpadlem- může dosáhnout vyšší dopravní výšky; ve srovnání s pístovými čerpadly, membránovými čerpadly a jinými pístovými čerpadly může čerpat větší průtok. Vícestupňová odstředivá čerpadla mají vyšší účinnost a mohou vyhovět potřebám podmínek s vysokou dopravní výškou a vysokým průtokem. V petrochemickém, chemickém, energetickém, stavebním a protipožárním průmyslu našly široké uplatnění. Vícestupňová odstředivá čerpadla mají vzhledem ke své vlastní zvláštnosti ve srovnání s jednostupňovými odstředivými čerpadly jiné a vyšší technické požadavky na konstrukci, použití a údržbu. Často, kvůli nedbalosti lidí v některých detailech nebo nedostatečnému zohlednění, vícestupňová odstředivá čerpadla po uvedení do provozu často trpí abnormálním opotřebením, vibracemi a zadřením hřídele, což má za následek vypnutí. 1. Aspekty návrhu 1.1 Základní konstrukce Mezi běžné základní konstrukce vícestupňových odstředivých čerpadel patří horizontální dělený typ a segmentovaný typ nebo nazývaný vícestupňový sériový typ. Konstrukce horizontálního děleného typu se vyznačuje tím, že horní a spodní těleso čerpadla jsou protaženy přes vodorovnou dělicí plochu středu osy. Vstupní a výstupní potrubí, část spirály a průtokový kanál jsou odlity na spodním plášti čerpadla. Údržba a opravy jsou poměrně pohodlné a při údržbě lze horní plášť čerpadla sejmout přímo bez demontáže potrubí čerpadla. Konstrukce segmentového typu se vyznačuje tím, že každý stupeň se skládá z oběžného kola umístěného v plášti difuzoru a difuzor je spojen šrouby a spojovacími tyčemi a stupně jsou spojeny v sérii pevnými tyčemi. Výhodou je vysoká tlaková odolnost a menší úniky. Při údržbě je však nutné demontovat přívodní potrubí a obtížnost demontáže a montáže je poměrně velká. Obecně se má za to, že vícestupňové čerpadlo horizontálního děleného typu má lepší tuhost a nižší hodnotu vibrací čerpadla než vícestupňové čerpadlo segmentového typu. Struktura sací komory horizontálního děleného vícestupňového čerpadla má obvykle polo-spirálový tvar, zatímco segmentové vícestupňové čerpadlo má většinou kruhový prstencový tvar. Tlaková výstupní komora každého stupně, díky pohodlné výrobě spirály a vysoké účinnosti přeměny kinetické energie kapaliny na tlakovou energii, horizontální dělené vícestupňové čerpadlo obecně přijímá spirální strukturu; vzhledem k asymetrii volutového tvaru je však náchylný k ohybu hřídele. U vícestupňového čerpadla segmentového typu mohou pouze první a poslední stupeň využívat spirálu, zatímco střední stupeň využívá zařízení vodícího kola k přeměně energie mezi primárním a sekundárním oběžným kolem. První-oběžné kolo vícestupňového čerpadla je obecně navrženo jako dvojité-sací oběžné kolo, zatímco oběžná kola ostatních stupňů jsou navržena jako jedno-sací oběžná kola. To platí zejména pro média s vysokou teplotou, velkým průtokem a náchylným ke kavitaci. U čerpadel s extrémně vysokým tlakem je obtížné unést jedno-plášť segmentového typu nebo dvou{27}}plášť válcového pláště čerpadla. Proto se často používá dvouplášťové čerpadlo s válcovou konstrukcí a tělo čerpadla je vyrobeno ve válcovém tvaru. Válcové těleso čerpadla snese vyšší tlak a ve válci je instalován rotor segmentového typu nebo horizontálně děleného typu. Podle příslušných norem a pravidel v Číně používají vysokotlaká napájecí čerpadla do kotlů segmentový typ nebo válcovou konstrukci s dvojitým pláštěm a pro jednotky na výrobu energie 300 MW a vyšší by čerpadla obecně měla používat dvouplášťovou válcovou konstrukci. Vnitřní plášť dvou-plášťů má segmentovaný typ nebo horizontální dělenou strukturu. 1.2 Axiální silové vyvážení 1.2.1 Běžná opatření pro axiální silové vyvážení vícestupňových odstředivých čerpadel Mezi opatření pro axiální silové vyvážení vícestupňových odstředivých čerpadel obecně patří: symetrické uspořádání oběžných kol, používající vyvažovací a bubnové vyvažovací zařízení, vyvažovací zařízení pro vyvážení bubnu atd. mechanismy, jako jsou některá-vysokotlaká napájecí čerpadla kotlů. Symetrické uspořádání oběžných kol nebo použití vyvažovacího bubnového zařízení nemůže zcela vyrovnat axiální sílu a zbytkovou axiální sílu musí stále nést axiální ložisko. Vícestupňová odstředivá čerpadla většinou používají vyvažovací kotouč s automatickým nastavením axiální síly k vyrovnání axiální síly. Při návrhu vyvažovacího kotouče, vyvažovacího bubnu a dalších zařízení vícestupňových čerpadel je nutné nakonfigurovat vhodná vyvažovací potrubí, aby bylo zajištěno, že zařízení pro vyvažování axiální síly splňuje konstrukční požadavky. V případech nadměrného nárůstu teploty ložisek a vypalování ložisek u vícestupňových čerpadel jsou mnohé způsobeny malou průtokovou plochou vyvažovacího potrubí, nadměrnou ztrátou odporu potrubí a nedostatečnou vyvažovací kapacitou. V literatuře [1] je také jako příklad použito zařízení vyvažovacího bubnu a navržena metoda výpočtu průměru trubky. Aby se vyřešil problém, že se vyvažovací kotouč a sedlo vyvažovacího kotouče vícestupňových odstředivých čerpadel mohou dostat do kontaktu a způsobit poškození vyvažovacího kotouče a čerpadla, byl navržen vícestupňový vyrovnávací kotouč odstředivého čerpadla proti opotřebení-. Tato struktura je podobná principu suchého plynového těsnění u odstředivých kompresorů: když se vyvažovací kotouč přiblíží k sedlu vyvažovacího kotouče, silový klín může vyvinout obrovskou otevírací sílu, čímž zabrání kontaktu mezi vyvažovacím kotoučem a sedlem vyvažovacího kotouče. Při provozních testech funguje vyvažovací kotouč normálně a pracovní plocha nevykazuje žádné opotřebení ani škrábance. Je vidět, že tento nový power wedge anti{54}}balanční kotouč může účinně zabránit kontaktu mezi balančním kotoučem a sedlem balančního kotouče. Tento power klínový vyvažovací kotouč nejen prodlužuje životnost vyvažovacího kotouče, ale také snižuje netěsnost mezery vyvažovacího kotouče, čímž je dosaženo úspory energie a snížení spotřeby. Někteří lidé navrhli, že axiální síla generovaná vícestupňovými čerpadly je způsobena tím, že každý stupeň oběžného kola absorbuje vodu z jedné strany. Navrhují proto zlepšit strukturu tělesa čerpadla, oběžného kola a rozpěrky stupně, aby oběžné kolo mohlo nasávat vodu z obou stran a dosáhnout tak vyvážení axiálních sil. Tímto způsobem není třeba nastavovat žádné struktury vyvažovacího kotouče nebo vyvažovacího bubnu a není třeba uvažovat o axiálním posuvu. 1.2.2 Omezení vyvažovacího kotouče a mechanismu vyvažovacího bubnu a) Proměnné podmínky: Při spouštění a vypínání čerpadla je axiální síla přenášena přímým kontaktem mezi vyvažovacím kotoučem a sedlem vyvažovacího kotouče. Tření může způsobit zadření vyvažovacího kotouče a sedla, suché popálení nebo dokonce zlomení hřídele čerpadla; při náhlé změně zatížení se odpovídajícím způsobem změní axiální síla a rotor se také axiálně posune, což má za následek náhlou změnu mezery mezi vyvažovacím kotoučem a sedlem vyvažovacího kotouče, což může způsobit jevy kavitace a vibrací. b) Kapalné-tuhé dvou-fázové médium: Tlak média vstupujícího do vyvažovacího kotouče, vyvažovacího bubnu atd. je výstupní tlak čerpadla a tlak po škrcení je vstupní tlak čerpadla. Když médium proudí z oblasti vysokého-tlaku do oblasti nízkého-tlaku, vytváří proudový výplach a pevné částice v kapalném-pevném dvou{70}}médiu proudícího do dvoufázového proudu rychle opotřebují vyvažovací kotouč a sedlo vyvažovacího mechanismu, což nakonec způsobí, že čerpadlo nebude fungovat normálně, nadměrná výchylka čerpadla{71}} Axiální výchylka vícestupňová odstředivá čerpadla pravděpodobně způsobí abnormální vibrace, zadření hřídele, selhání mechanické ucpávky v důsledku nerovnoměrné síly na těsnící povrch a další závady. V návrhu je nutné řídit vytváření radiální síly a minimalizovat hodnotu průhybu hřídele čerpadla během provozu. Opatření uvažovaná v návrhu obecně zahrnují: a) U vícestupňových čerpadel se spirální strukturou pro vedení a přeměnu energie pravděpodobně asymetrie tvaru spirály způsobí ohnutí hřídele během provozu. Přilehlé dva stupně spirály by měly být uspořádány 180 stupňů od sebe, aby se snížila radiální síla. b) Počet stupňů oběžného kola čerpadla by neměl být příliš velký. V případě potřeby zvyšte dopravní výšku každého stupně, abyste zajistili celkovou dopravní výšku, a zkraťte délku hřídele čerpadla snížením počtu stupňů čerpadla. c) Při výběru materiálu hřídele vícestupňových odstředivých čerpadel zvažte vhodnost pro typ média, teplotu atd. a upřednostněte výběr materiálů s dobrými komplexními mechanickými vlastnostmi pevnosti a tuhosti. d) Při výpočtu průměru hřídele čerpadla zvažte přenosový výkon, způsob spouštění, radiální sílu, průhyb hřídele a související setrvačné zatížení. Zvažte také potřebu odolat ohybové deformaci hřídele čerpadla za ne-projektových podmínek průtoku. e) Rozumně vyberte opěrné body hřídele čerpadla. 1.4 Antivibrační opatření a opatření na snížení vibrací, která lze vzít v úvahu při návrhu, zahrnují: a) Ovládejte průhyb hřídele čerpadla v pravidelném rozsahu. b) Jednoznačně požadujte, aby oběžné kolo, hřídel čerpadla atd. podstoupily dynamické a statické testy vyvážení. c) Navrhněte hřídel čerpadla vícestupňových čerpadel jako tuhou hřídel a provozní rychlost by měla být menší nebo rovna 0,75násobku první kritické rychlosti. d) Oběžné kolo a hřídel čerpadla by měly být umístěny nezávisle na jednom stupni a oběžné kolo a hřídel čerpadla by měly být sestaveny s přesahem a vyhřívanou sestavou, aby se zlepšila tuhost a kritická rychlost sestavy rotoru. e) Při výběru materiálů hřídele čerpadla, oběžného kola atd. vybírejte materiály s dobrou jednotnou kvalitou a zvolte stav dodávky a způsob zpracování, které mohou zajistit jednotnou kvalitu průřezu materiálu. f) Navrhněte vhodné hřídele a radiální vůle, aby se zabránilo vibracím způsobeným abnormálním třením, axiálním posunutím rotoru a statoru a dalšími faktory. g) U vícestupňových čerpadel, která používají vyvažovací kotouče k vyrovnávání axiálních sil, navrhněte mechanismus vyvažovacího kotouče rozumně a správně{101}} Vertikální vícestupňová čerpadla U vertikálních vícestupňových odstředivých čerpadel se při navrhování obecně uvažuje, že celková axiální síla během normálního provozu směřuje dolů. Avšak na začátku spouštění, vzhledem k tomu, že výstupní tlak ještě nestoupl a tlakový rozdíl mezi přední a zadní částí oběžného kola nebyl stanoven, dochází k axiální síle směrem nahoru. Některé z těchto případů vedou k axiálnímu pohybu hřídele a přehřátí mechanické ucpávky, částí ložisek a nadproudu motoru a ve vážných případech dojde k vypnutí čerpadla. Konstrukce by měla zvážit vzájemné upevnění pouzdra ložiska a hřídele tak, aby axiální síla směrem nahoru byla vyvážena axiálním ložiskem. Zařízení s vyvažovacím kotoučem s automatickým nastavením axiální síly má velkou konstrukční velikost a vyžaduje přetlakovou vodovodní trubku, kterou nelze instalovat do ponorných čerpadel do hlubinných vrtů omezených průměrem vrtu. Proto byl problém vyvážení axiálních sil vždy obtížným problémem při navrhování ponorných čerpadel s vysokým spádem. Byla zavedena metoda pro vyrovnávání axiálních sil, která rozšiřuje průměr přední krycí desky oběžného kola ponorného čerpadla hlubinného vrtu až k okraji vnitřní stěny tělesa čerpadla, takže axiální síla na oběžné kolo dosahuje svého maxima při stejném průměru vrtu. Zároveň je patřičně zmenšen průměr zadní krycí desky oběžného kola, takže axiální síla na oběžné kolo je zcela vyvážena. Je představen další nový typ zařízení pro vyvažování axiální síly, které instaluje dvojici dynamických a statických třecích párů za oběžné kolo posledního stupně. Pohyblivý kroužek se otáčí s oběžným kolem, zatímco statický kroužek se neotáčí. Dvojice těsnění na přední straně je naplněna vysokotlakou kapalinou z výstupu oběžného kola posledního stupně a dvojice těsnění na zadní straně je připojena k oblasti s atmosférickým tlakem nebo nízkým tlakem na vstupu čerpadla. Těsnění vytváří vysoký a nízký tlakový rozdíl pro vyrovnání axiální síly. Tento nový typ vyvažovacího těsnicího zařízení dokáže nejen vyrovnat axiální sílu, ale také nedochází k úniku. Hodí se hlavně pro ponorná čerpadla do hlubokých vrtů a segmentová vícestupňová čerpadla. Po nasazení tohoto zařízení lze celkovou účinnost čerpadla zvýšit o 3 % - 6%. 1.6 Vícestupňová odstředivá čerpadla pro dopravu kapaliny-pevné látky dvoufázový průtok 1.6.1 Rovnováha axiální síly Pro segmentované více{129} čerpadlo pro dopravu cementových kalů a kalů rudný kal, eroze a abraze kalu způsobí zvětšení všech prstencových těsnicích mezer mezi rotorem a statorem čerpadla. Vyvažovací kotouč a sedlo vyvažovacího kotouče jsou k sobě přitlačeny působením axiální síly, což má za následek rychlé opotřebení. Celá součást rotoru se axiálně pohybuje a oběžné kolo naráží a dře o střední část přepážky a těsnicí kroužek vysokou rychlostí, což způsobuje fragmentaci. To vedlo k mnoha vážným nehodám. Aby se prodloužila životnost tohoto typu čerpadla a zpomalila rychlost opotřebení těsnicí mezery, byla při návrhu přijata následující opatření: ① Zlepšit vyvažovací mechanismus čerpadla a vyrobit sedlo vyvažovacího kotouče (vyvažovací talíř), dva vyvažovací kotouče, jak je znázorněno na obrázku 1. To může snížit ztrátu netěsností vyvažovacího mechanismu v rané fázi provozu a spolehlivosti čerpadla v rané fázi provozu a spolehlivosti čerpadla. Prodlužuje se také životnost čerpadla po generální opravě. ② Oběžné kolo, těsnicí kroužek, pouzdro hřídele, pouzdro vodícího kola, vyvažovací kotouč a sedlo vyvažovacího kotouče jsou ošetřeny svařováním stříkáním. V první fázi domestikovaného projektu velkých dusíkatých hnojiv Huilu Hengsheng používalo vysokotlaké kalové čerpadlo segmentovaná vícestupňová odstředivá čerpadla a zařízení pro vyvažování axiální síly přijalo metodu „vyvažovací buben + axiální ložisko“. Kvůli špatnému vyvážení axiálních sil a nedostatečné pevnostní konstrukci hřídele čerpadla došlo během používání několikrát k nehodám, jako je poškození vyvažovacího bubnu, spálení ložiska, zadření hřídele a zlomení hřídele. Bylo použito horizontální střed{143}}otevřené vícestupňové{144}}odstředivé čerpadlo a oběžné kolo bylo symetricky uspořádáno tak, aby automaticky vyvažovalo většinu axiální síly. Zbytkovou axiální sílu neslo axiální ložisko a nebyl zde žádný vyvažovací kotouč, vyvažovací buben nebo jiný vyvažovací mechanismus. Provozní-stav na místě byl dobrý a všechny ukazatele výkonu plně splňovaly požadavky na použití{148}} Těsnění konců sekce a hřídele K překonání a zamezení abrazivního účinku tvrdých částic v kapalném-tuhém dvoufázovém průtokovém médiu na rotující a stacionární části, všechna tělesa čerpadla 5 těsnících kroužků a škrticí drážka na čerpadle 1 těsnicí manžety{1} těsnicí manžety{149} těsnící struktura, snižující otěr částic. Na konci hřídele byla přijata kombinovaná těsnící struktura z bez{153}}kontaktního labyrintového spirálového těsnění a mechanické ucpávky, která je vhodná zejména pro kapalná-pevná dvou{155}}média s proudem{156}} Rychlost proudění by měla být snížena z různých hledisek, jako je rychlost otáčení a struktura čerpadla, a také snížení rychlosti proudění všech tvrdých částic. v kapalném-pevném dvou{158}}médiu průtoku na různých součástech průtoku vícestupňového{159}}čerpadla. Rychlost otáčení čerpadla by měla být co nejnižší a ne vyšší než 1450 ot./min.. 2 Použití a údržba 2.1 Před spuštěním čerpadla Když přepravovaná kapalina o vysoké teplotě náhle vstoupí do studeného tělesa čerpadla, teplota tělesa čerpadla se výrazně změní. V důsledku nerovnoměrného zahřívání a nerovnoměrné tepelné deformace se těleso čerpadla a součásti rotoru deformují a mezi součástmi odolnými proti opotřebení je pouze velmi malá mezera, což vede k abnormálnímu kontaktu. Pokud se zařízení za takových okolností spustí, způsobí vibrace, zadření a zadření hřídele. Proto by mělo být čerpadlo před spuštěním plně zahřáté, když se používá k přepravě kapalin o vysoké teplotě. Čerpadlo lze spustit pouze tehdy, když je tělesná teplota čerpadla konzistentní. Není povoleno spouštět vícestupňové{172}}čerpadlo ve studeném stavu v případě nouze. Vysokotlaké{174}}vícestupňové{175}}odstředivé čerpadlo používané k čerpání kalu ve zplyňovacím zařízení{176}}uhelné vody zaznamenalo po uvedení do provozu několik poškození hřídele a mechanického těsnění. Je to způsobeno nedostatečnými přípravnými pracemi před spuštěním čerpadla a nesprávným způsobem otáčení čerpadla a odsávání vzduchu. [Později, po zlepšení otáčení čerpadla a odsávání vzduchu, se tyto problémy již neobjevily.] 2.2 Během provozu Vícestupňová odstředivá čerpadla, která vyrovnávají axiální síly prostřednictvím vnitřních vyvažovacích mechanismů, jako jsou vyvažovací kotouče a vyvažovací bubny, mají vyrovnávací kapalinu vytékající z vyvažovacího zařízení. Vyvažovací kapalina je připojena ke vstupnímu konci čerpadla vyvažovacím potrubím, aby byl zajištěn normální provoz čerpadla: a) Vyrovnávací potrubí nesmí být ucpané. b) Pokud se ve vyvažovací trubce objeví vodní kámen, měl by být okamžitě odstraněn. c) Na vysokotlakou stranu vyvažovací trubky by měl být nainstalován manometr, aby bylo možné sledovat tlak na výstupu vyvažovací trubky. U vícestupňových odstředivých čerpadel, která čerpají kal, pokud je použit vyvažovací kotouč, by měla být během provozu vstřikována vysokotlaká těsnící čistá voda, aby vyvažovací kotouč a sedlo vyvažovacího kotouče fungovaly v čisté vodě, aby se zabránilo opotřebení sedla vyvažovacího kotouče a vyvažovacího kotouče kalem a tvrdými částicemi.