Модернизация уплотнения вала магистрального центробежного насоса НМ 7000-210

Основным элементом насоса является рабочее колесо 5, насаженное на шпонке на вал 2. Вал с рабочим колесом размещен в корпусе 3, где осуществляется подвод 7 и отвод 6 перекачиваемой жидкости. Для разделения области всасывания от области нагнетания используют щелевые уплотнения 4. Для предотвращения утечек в месте выхода вала из корпуса насоса применяют торцевые уплотнения 9. Основным подшипником является подшипник скольжения 10. Разгрузку ротора от осевых усилий обеспечивает рабочее колесо с двусторонним входом. Остаточные осевые нагрузки воспринимаются радиально-упорным подшипником 7. Разгрузка торцевых уплотнений осуществляется с помощью труб 8, соединенных с камерами уплотнений, отделенными от входной полости насоса разделительными втулками 13. При помощи труб 12 осуществляют отвод утечек из камер сбора утечек. Насос соединяют с двигателем при помощи зубчатой муфты 11. Приемный и напорный патрубки расположены в нижней части корпуса и направлены горизонтально в противоположные стороны. Конструкция насосов обеспечивает падежную работу при их последовательном соединении. Система смазки насосов централизованная с принудительной подачей масла. Системы сбора утечек и разгрузки торцевых уплотнений герметизированы, закрытого типа.


1.4 Дефекты магистрального центробежного насоса НМ 7000-210

Причины выхода из строя магистрального центробежного насоса НМ 7000-210 можно разделить на несколько групп.
1. Механические неисправности:
- дефекты изготовления, сборки и монтажа насосного агрегата;
- вызванные износом насосного агрегата.
2. Неисправности системы управления:
- работа в недопустимых режимах (вне рабочей зоны);
- неисправности системы электропитания;
- неисправности электродвигателя.
3. Неисправности гидравлической системы:
- неправильный подбор насоса;
- изменение параметров сети.
Дефекты изготовления или сборки определяются во время предпусковой подготовки и во время пробного пуска. Часть заводских дефектов проявляется лишь через некоторое время работы.
В процессе работы происходит износ подшипников, рабочих колес или роторов, уплотнений, резиновых деталей муфт. У рассматриваемого насоса, кроме этого – коррозия проточной части.
Износ подшипников приводит к повышенной вибрации агрегата. При длительной работе на изношенных подшипниках возможен перекос ротора. Последствия – рост потребляемой мощности, повышенный нагрев подшипников и стойки, задевание за корпус рабочего колеса, перекос и задевание за корпус сальникового уплотнения.
Износ рабочих колес приводит к падению подачи и напора при практически неизменной потребляемой мощности. При сильном износе колеса и щелевого уплотнения на входе нарушается балансировка: возникает неуравновешенная осевая сила. Последствия – нагрузка на подшипники и их износ, смещение рабочего колеса в полости насоса, трение его о корпус (всасывающий патрубок) и износ колеса и корпуса.
Износ торцовых уплотнений опасен для насосов, так как нефть попадает в полость электродвигателя и вызывает повреждение обмотки.
Основными дефектами валов центробежных насосов являются прогиб вала, износ посадочного места и резьб. Основными дефектами подшипниковых узлов являются: износ – 86,6%, выкрашивания – 1,9%, поломки сепараторов – 10%, трещины на кольцах – 1,5% и коррозии – 0,3%.
Вследствие фреттинг-коррозии износ приводит к увеличению нагрузки на центральное тело качения и снижению долговечности подшипника, что в свою очередь оказывает большое влияние на износ и ремонтопригодность вала насоса.
Существует множество способов восстановления посадочных мест вала насоса с использованием металлов. Общие недостатки: сложность технологического процесса восстановления, потребность в дорогостоящем технологическом оборудовании, высокие трудоемкость, энергоемкость и себестоимость. При этом не обеспечивается фреттингостойкость восстановленных валов.
Проявления неисправностей магистрального центробежного насоса НМ 7000-210 и их причины возникновения приведены в табл. 1.2. 
Таблица 1.2 – Проявления неисправностей магистрального центробежного насоса НМ 7000-210 и их причины возникновения
Проявления неисправностей Причины неисправностей
Дефекты изготовления, сборки Износ оборудования, нарушение правил эксплуатации
Насос не выдает заявленных подачи и напора Не выдержаны размеры рабочего колеса или допуски при его установке Износ рабочего колеса,
смещение рабочего колеса
Объемный насос не выдает заявленных подачи и напора Засорение клапанов Износ уплотнений и клапанов
Повышенная потребляемая мощность Нарушение центровки агрегата Перетяжка сальника,
износ рабочего колеса
Перегрев подшипников Нарушение центровки агрегата, неправильная установка подшипников Неправильная смазка подшипников, износ подшипников
Течь по валу насоса Не выдержаны допуски изготовления сальникового уплотнения
Низкое качество манжет Износ сальникового уплотнения,
износ торцового уплотнения
Повышенная вибрация Нарушение центровки агрегата, недостаточная жесткость рамы или фундамента
Неотбалансированный ротор или муфта Износ подшипников кавитация, нарушение затяжки резьбовых соединений крепления насоса или двигателя
Заклинивание ротора Не обеспечен требуемый «разбег» ротора в многоступенчатых насосах
Превышение допустимой температуры перекачиваемой жидкости
Попадание твердых частиц

Практика эксплуатации магистрального центробежного насоса НМ 7000-210 показывает, что их большая часть теряет работоспособность не вследствие поломок, а в результате износа отдельных деталей. Проведенный анализ дефектов и выявления причины повышенной вибрации магистрального центробежного насоса НМ 7000-210 и износа подшипниковых узлов, показал, что основными факторами являются: несоосность и дисбаланс, что в свою очередь влияет на износ валов, а также дефекты вала и уплотнения магистрального центробежного насоса НМ 7000-210.


1.5 Обоснование целесообразности разработки темы ВКР

Поскольку практика эксплуатации магистрального центробежного насоса НМ 7000-210 показывает, что их большая часть теряет работоспособность не вследствие поломок, а в результате износа отдельных деталей, основными из которых является вал насоса, а также уплотнения вала, которые являются наиболее ремонтопригодными без вложения больших финансовых затрат, то тема ВКР, связанная с модернизацией уплотнения вала магистрального центробежного насоса НМ 7000-210 является актуальной на сегодняшний день для нефтяного сектора экономики РФ.

 
Раздел 2. Описание предлагаемой конструкции уплотнения вала магистрального центробежного насоса НМ 7000-210

2.1 Дефекты вала магистрального центробежного насоса НМ 7000-210

Дефекты вала магистрального центробежного насоса НМ 7000-210 приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1 – Дефекты вала магистрального центробежного насоса НМ 7000-210
Наименование детали, фото Материал и твердость металла Дефекты
Вал

Сталь 35, 40Х, 30ХМА; Нержавеющая сталь 10Х10Н9Т; HB 10 -1 = 179 МПа - искривление оси;
- износ шеек резьбы и шпоночных канавок;
- появление трещин;
- дефекты поверхностей (кольцевые выработки, наволакивание и вырывы металла), сопрягаемых с направляющим подшипником скольжения;
- дефекты изменения формы и взаимного расположения поверхностей (отклонение от круглой, цилиндрической форм и нарушение соосности, прогиб);
- дефекты поверхностей, сопрягаемых с контактными уплотнениями вала (сальниковым, манжетным);
- дефекты в сопряжениях фланцев валов (износ торцов и центрирующих поверхностей).
Основная часть дефектов вала припадает на поверхности, сопряженные с уплотнениями, поэтому далее рассмотрим конструкцию уплотнений вала насоса.


2.2 Конструкция уплотнения вала магистрального центробежного насоса НМ 7000-210

Одним из основных узлов центробежного насоса, от которого во многом зависит безотказная работа насоса, является узел уплотнения вращающегося вала [22]. Для герметизации вращающего вала центробежного насоса применяются сальниковые, манжетные, лабиринтные, динамические, магнитножидкостные и торцевые уплотнения. Эти уплотнения не в равной степени отвечают требованиям, предъявляемым к уплотнениям вращающего вала центробежных насосов, применяемых в нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производствах. В наибольшей степени этим требованиям отвечают торцевые уплотнения вращающихся валов [33,34]. В последнее время к уплотнениям вращающихся валов центробежных насосов предъявляются всё более жёсткие требования по герметичности, способности нормально работать при высокой и очень низкой температуре перекачиваемой среды, при высоких давлениях, по автоматичности их действия и др.
Для уплотнения вала насоса в местах выхода его из корпуса предусматриваются концевые уплотнения, которые:
- предотвращают утечки перекачиваемой жидкости из насоса;
- не допускают попадания воздуха в насос при работе последнего с разряжением на входе;
- обеспечивают охлаждение вала при перекачивании горячих жидкостей для предупреждения нагрева шеек вала в подшипниках;
- обеспечивают полную герметизацию вала при перекачивании токсичных или взрывоопасных жидкостей.
Концевые уплотнения являются одним из важнейших узлов насоса, характеризующих надежность его работы. При всем многообразии конструктивных исполнений концевые уплотнения могут быть разделены на три группы: контактные; бесконтактные; комбинированные.
Контактные уплотнения разделяют на сальниковые, торцовые и уплотнения с плавающими кольцами.
Наибольшее распространение в настоящее время получили торцовые уплотнения, так обеспечивают практически полную герметичность.
Торцовые уплотнения имеют многочисленные конструктивные разновидности. Торцовые уплотнения бывают одинарными (рис.2.1), двойными (рис. 2.2), одноступенчатыми, двухступенчатыми и т.д.