Puncte tehnice cheie pentru proiectarea, utilizarea și întreținerea pompelor centrifuge în mai multe etape

Arborele pompei unei pompe centrifuge cu mai multe trepte este echipat cu două sau mai multe rotoare în cascadă. În comparație cu o pompă centrifugă cu o singură etapă, poate obține o înălțime mai mare; în comparație cu pompele cu piston, pompele cu diafragmă și alte pompe alternative, poate pompa un debit mai mare. Pompele centrifuge cu mai multe etape au o eficiență mai mare și pot satisface nevoile de înălțime mare și condiții de debit mare. În industria petrochimică, chimică, energetică, construcții și de protecție împotriva incendiilor, acestea au fost aplicate pe scară largă. Datorită propriei particularități, în comparație cu pompele centrifuge cu o singură etapă, pompele centrifuge cu mai multe trepte au cerințe tehnice diferite și mai ridicate în proiectare, utilizare și întreținere. Adesea, din cauza neglijenței oamenilor cu privire la unele detalii sau a unei considerații insuficiente, pompele centrifuge cu mai multe trepte se confruntă frecvent cu uzură anormală, vibrații și blocarea arborelui după ce au fost puse în funcțiune, ceea ce duce la oprire. 1. Aspecte de proiectare 1.1 Structura de bază Structurile de bază comune ale pompelor centrifuge cu mai multe trepte includ tipul orizontal divizat și tipul în serie segmentată sau numită tip multietajat. Structura tipului de divizare orizontală este caracterizată de corpurile superioare și inferioare ale pompei fiind introduse prin suprafața de separare orizontală a centrului axei. Conductele de intrare și de evacuare, o parte a volutei și pasajul de curgere sunt turnate pe carcasa inferioară a pompei. Întreținerea și reparația sunt relativ convenabile, iar în timpul întreținerii, carcasa superioară a pompei poate fi îndepărtată direct fără a demonta conducta pompei. Structura de tip segmentat se caracterizează prin fiecare treaptă constând dintr-un rotor situat în carcasa difuzorului, iar difuzorul este conectat prin șuruburi și biele, iar etapele sunt conectate în serie prin tije fixe. Avantajul este rezistența la presiune ridicată și mai puține scurgeri. Cu toate acestea, în timpul întreținerii, conducta de admisie trebuie dezasamblată, iar dificultatea de demontare și asamblare este relativ mare. În general, se crede că pompa cu mai multe trepte de tip split orizontal are o rigiditate mai bună și o valoare mai mică a vibrației pompei decât pompa cu mai multe trepte de tip segmentat. Structura camerei de aspirație a pompei cu mai multe trepte de tip split orizontal adoptă de obicei o formă semi-spirală, în timp ce pompa cu mai multe trepte de tip segmentat adoptă în cea mai mare parte o formă de inel circular. Camera de ieșire a presiunii a fiecărei etape, datorită fabricării convenabile a volutei și eficienței ridicate de conversie a energiei cinetice lichide în energie de presiune, pompa cu mai multe trepte de tip split orizontal adoptă în general o structură volute; totuși, datorită asimetriei formei volutei, este predispus la îndoirea arborelui. În pompa multietajată de tip segmentat, doar prima și ultima treaptă pot folosi voluta, în timp ce treapta de mijloc folosește un dispozitiv de roată de ghidare pentru a converti energia între rotoarele primare și secundare. Rotorul din prima treaptă a pompei cu mai multe trepte este în general proiectat ca un rotor cu aspirație dublă, în timp ce rotoarele celorlalte trepte sunt proiectate ca rotoare cu o singură aspirație. Pentru mediile cu temperatură ridicată, debit mare și predispuse la cavitație, acest lucru este valabil mai ales. Pentru pompele cu presiune extrem de ridicată, este dificil să fie suportat de o carcasă de pompă cu o singură carcasă segmentată sau cu structură cilindrică cu două carcase. Prin urmare, se folosește adesea o pompă cu structură cilindrică cu dublă carcasă, iar corpul pompei este realizat într-o formă cilindrică. Corpul pompei cilindrice poate rezista la o presiune mai mare, iar rotorul de tip segmentat sau de tip split orizontal este instalat în cilindru. În conformitate cu standardele și regulile relevante din China, pompele de alimentare cu boiler de înaltă presiune utilizează un tip segmentat sau o structură cilindrică cu carcasă dublă, iar pentru unitățile de generare a energiei de 300 MW și mai mult, pompele ar trebui să utilizeze în general o structură cilindrică cu două carcase. Carcasa interioară a carcasei duble adoptă o structură de tip segmentat sau de tip despicat orizontal. 1.2 Echilibrul forței axiale 1.2.1 Măsuri comune pentru echilibrul forței axiale a pompelor centrifuge cu mai multe trepte Măsurile pentru echilibrul forței axiale ale pompelor centrifuge cu mai multe trepte includ, în general: aranjarea simetrică a rotoarelor, folosind un dispozitiv de echilibrare cu tambur, echilibru cu tambur, echilibru cu tambur etc. mecanisme, cum ar fi unele pompe de alimentare de înaltă presiune a cazanelor. Dispunerea simetrică a rotoarelor sau utilizarea unui dispozitiv cu tambur de echilibrare nu poate echilibra complet forța axială, iar forța axială reziduală trebuie încă suportată de rulmentul de tracțiune. Pompele centrifuge cu mai multe etape folosesc în mare parte un disc de echilibrare cu ajustare automată a forței axiale pentru a echilibra forța axială. Când proiectați discul de echilibru, tamburul de echilibru și alte dispozitive ale pompelor cu mai multe trepte, este necesar să configurați conductele de echilibrare adecvate pentru a vă asigura că dispozitivul de echilibrare a forței axiale îndeplinește cerințele de proiectare. În cazurile de creștere excesivă a temperaturii lagărelor și arderea rulmenților în pompele cu mai multe etape, multe sunt cauzate de suprafața mică de curgere a conductei de echilibrare, pierderea excesivă a rezistenței conductei și capacitatea de echilibrare insuficientă. Literatura [1] folosește, de asemenea, dispozitivul cu tambur de echilibrare ca exemplu și propune o metodă de calcul pentru diametrul conductei. Pentru a rezolva problema că discul de echilibru și scaunul discului de echilibru al pompelor centrifuge cu mai multe trepte pot intra în contact, provocând deteriorarea discului de echilibru și a pompei, a fost proiectat un disc de echilibrare anti-uzură cu pană de putere a pompei centrifuge în mai multe etape. Această structură este similară cu principiul etanșării cu gaz uscat în compresoarele centrifugale: atunci când discul de echilibru se apropie de scaunul discului de echilibru, pana de putere poate genera o forță de deschidere uriașă, prevenind astfel contactul dintre discul de echilibru și scaunul discului de echilibru. Prin testele de funcționare, discul de echilibru funcționează normal, iar suprafața de lucru nu prezintă uzură sau zgârieturi. Se poate observa că acest nou disc de echilibru anti-uzură power wedge poate preveni în mod eficient contactul dintre discul de echilibru și scaunul discului de echilibru. Acest disc de echilibrare cu pană de putere nu numai că prelungește durata de viață a discului de echilibru, dar reduce și scurgerea decalajului discului de echilibru, realizând economisirea de energie și reducerea consumului. Unii oameni au propus că forța axială generată de pompele cu mai multe trepte se datorează faptului că fiecare treaptă a rotorului absoarbe apa dintr-o parte. Prin urmare, ei sugerează îmbunătățirea structurii corpului pompei, rotorului și distanțierului de treaptă pentru a permite rotorului să primească apă din ambele părți, realizând echilibrul forței axiale. În acest fel, nu trebuie configurate structuri de disc de echilibrare sau tambur de echilibrare și nu este nevoie să se ia în considerare deplasarea axială. 1.2.2 Limitările discului de echilibru și mecanismului tamburului de echilibrare a) Condiții variabile: în timpul pornirii și opririi pompei, forța axială este suportată de contactul direct dintre discul de echilibru și scaunul discului de echilibru. Frecarea poate face ca discul de echilibru și scaunul să se blocheze, să se usuce sau chiar să spargă arborele pompei; când sarcina se schimbă brusc, forța axială se modifică în consecință, iar rotorul se deplasează, de asemenea, axial, rezultând o schimbare bruscă a spațiului dintre discul de echilibru și scaunul discului de echilibru, ceea ce poate provoca fenomene de cavitație și vibrații. b) Mediu de curgere lichid-solid în două faze: Presiunea mediului care intră în discul de echilibru, tamburul de echilibru etc. este presiunea de ieșire a pompei, iar presiunea după clasificare este presiunea de intrare a pompei. Când fluidul curge din zona de înaltă presiune în zona de joasă presiune, formează o spălare cu jet, iar particulele solide din mediul de curgere în două faze lichid-solid vor uza rapid discul de echilibru și scaunul mecanismului de echilibrare, provocând în cele din urmă pompa să nu funcționeze normal. 1.3 Deflexie axială Deviația excesivă a pompei multifuncționale este probabil să provoace vibrații anormale ale pompei centrifuge, griparea arborelui, defecțiunea etanșării mecanice din cauza forței neuniforme pe suprafața de etanșare și alte defecte. Este necesar să se controleze generarea de forță radială în proiectare și să se minimizeze valoarea de deformare a arborelui pompei în timpul funcționării. Măsurile luate în considerare în proiect includ în general: a) Pentru pompele cu mai multe trepte cu o structură volute pentru ghidare și conversie a energiei, asimetria formei volutei este susceptibilă să determine îndoirea arborelui în timpul funcționării. Cele două trepte adiacente ale volutei ar trebui să fie dispuse la 180 de grade una de alta pentru a reduce forța radială. b) Numărul de trepte ale rotorului pompei nu trebuie să fie prea mare. Când este necesar, măriți înălțimea fiecărei etape pentru a asigura înălțimea totală și reduceți lungimea arborelui pompei prin reducerea numărului de trepte de pompă. c) Atunci când selectați materialul arborelui pompei pompelor centrifuge cu mai multe etape, luați în considerare adecvarea pentru tipul de mediu, temperatură etc. și acordați prioritate selecției materialelor cu proprietăți mecanice cuprinzătoare bune de rezistență și rigiditate. d) Când se calculează diametrul arborelui pompei, luați în considerare puterea de transmisie, metoda de pornire, forța radială, deformarea arborelui și sarcinile inerțiale aferente. De asemenea, luați în considerare necesitatea de a rezista la deformarea prin încovoiere a arborelui pompei în condiții de curgere neproiectate. e) Selectați în mod rezonabil punctele de sprijin ale arborelui pompei. 1.4 Măsurile antivibrații și de reducere a vibrațiilor care pot fi luate în considerare în proiectare includ: a) Controlați deformarea arborelui pompei într-un interval regulat. b) Cereți în mod clar ca rotorul, arborele pompei etc. să fie supuse unor teste de echilibrare dinamică și statică. c) Proiectați arborele pompei pompelor cu mai multe trepte ca un arbore rigid, iar viteza de funcționare trebuie să fie mai mică sau egală cu 0,75 ori prima turație critică. d) Rotorul și arborele pompei trebuie poziționate independent pe o singură treaptă, iar rotorul și arborele pompei trebuie asamblate cu o potrivire prin interferență și un ansamblu încălzit pentru a îmbunătăți rigiditatea și viteza critică a ansamblului rotorului. e) La selectarea materialelor arborelui pompei, rotorului etc., alegeți materiale cu o bună uniformitate în calitate și selectați starea de alimentare și metoda de prelucrare care pot asigura uniformitatea calității secțiunii transversale a materialului. f) Proiectați distanțe adecvate pentru arbore și pentru a evita vibrațiile cauzate de frecarea anormală, deplasarea axială a rotorului și statorului și alți factori. g) Pentru pompele cu mai multe trepte care utilizează discuri de echilibrare pentru a echilibra forțele axiale, proiectați mecanismul discului de echilibrare în mod rezonabil și corect. 1.5 Pompe verticale cu mai multe trepte Pentru pompele centrifuge verticale cu mai multe trepte, atunci când proiectați, se consideră, în general, că forța axială totală este descendentă în timpul funcționării normale. Cu toate acestea, la începutul pornirii, datorită faptului că presiunea de ieșire nu a crescut încă și diferența de presiune între partea din față și spatele rotorului nu a fost stabilită, există o forță axială ascendentă. Unele dintre aceste cazuri duc la mișcarea axială a arborelui și supraîncălzirea etanșării mecanice, a pieselor lagărelor și a supracurentului motorului, iar în cazuri severe, pompa se va declanșa. Proiectarea ar trebui să ia în considerare fixarea relativă a manșonului lagărului și a arborelui, astfel încât forța axială ascendentă să fie echilibrată de rulmentul de tracțiune. Dispozitivul cu disc de echilibrare cu reglare automată a forței axiale are o dimensiune structurală mare și necesită o conductă de apă de descărcare a presiunii, care nu poate fi instalată în pompe submersibile de puț adânc limitate de diametrul puțului. Prin urmare, problema echilibrului forțelor axiale a fost întotdeauna o problemă dificilă în proiectarea pompelor submersibile pentru puțuri adânci cu cap înalt. A fost introdusă o metodă de echilibrare a forțelor axiale, care extinde diametrul plăcii de acoperire frontală a rotorului pompei submersibile de puț adânc până la marginea peretelui interior al corpului pompei, astfel încât forța axială asupra rotorului să atingă maximul în aceeași condiție de diametru al sondei. În același timp, diametrul plăcii de acoperire din spate a rotorului este redus în mod corespunzător, astfel încât forța axială asupra rotorului să fie complet echilibrată. Este introdus un alt tip nou de dispozitiv de echilibrare a forței axiale, care instalează o pereche de perechi de frecare dinamice și statice după rotorul din ultima etapă. Inelul mobil se rotește cu rotorul, în timp ce inelul static nu se rotește. Perechea de etanșare a feței din față este umplută cu lichid de înaltă presiune de la ieșirea rotorului din ultima treaptă, iar perechea de etanșare a feței din spate este conectată la presiunea atmosferică sau la zona de joasă presiune a admisiei pompei. Etanșarea formează o diferență de presiune mare și scăzută pentru a echilibra forța axială. Acest nou tip de dispozitiv de etanșare de echilibrare nu numai că poate echilibra forța axială, dar și nu are scurgeri. Este potrivit în principal pentru pompe submersibile cu puțuri adânci și pompe segmentate în mai multe etape. După adoptarea acestui dispozitiv, eficiența totală a pompei poate fi crescută cu 3% - 6%{{. 1.6 Pompe centrifuge în mai multe etape pentru transportul debitului lichid-solid în două faze 1.6.1 Echilibrul forțelor axiale Pentru pompe centrifuge pentru șlam multietajate, segmentate, care transportă șlam, cum ar fi șlam de ciment și abraziune, provoacă eroziunea și eroziunea șlamului. golurile de etanșare inelare dintre rotorul și statorul pompei să crească. Discul de echilibrare și scaunul discului de echilibrare sunt presate împreună sub acțiunea forței axiale, rezultând o uzură rapidă. Întreaga componentă a rotorului se mișcă axial, iar rotorul se ciocnește și se freacă cu deflectorul secțiunii din mijloc și cu inelul de etanșare la viteză mare, provocând fragmentare. Acest lucru a dus la mai multe accidente grave. Pentru a prelungi durata de viață de revizie majoră a acestui tip de pompă și a încetini rata de uzură a golului de etanșare, au fost luate următoarele măsuri în proiectare: ① Îmbunătățirea mecanismului de echilibrare al pompei și fabricarea unui scaun de disc de echilibrare (placă de echilibrare), două discuri de echilibrare, așa cum se arată în Figura 1. Acest lucru poate reduce pierderea de scurgere a mecanismului de echilibrare a pompei și poate asigura siguranța funcționării pompei și siguranța timpurie a pompei. stadiul de operare. Durata de viață a pompei la revizie majoră este, de asemenea, prelungită. ② Rotorul, inelul de etanșare, manșonul arborelui, manșonul roții de ghidare, discul de echilibrare și scaunul discului de echilibrare sunt tratate prin sudare prin pulverizare. În prima fază a proiectului de îngrășăminte mari cu azot domesticizat al lui Huilu Hengsheng, pompa de îngrășăminte de înaltă presiune a folosit pompe centrifuge cu mai multe etape segmentate, iar dispozitivul de echilibrare a forței axiale a adoptat metoda „tambur de echilibru + rulment de tracțiune”. Din cauza echilibrului slab al forței axiale și a designului de rezistență insuficientă a arborelui pompei, accidentele cum ar fi deteriorarea tamburului de echilibrare, arderea rulmentului, griparea arborelui și ruperea arborelui au avut loc de mai multe ori în timpul utilizării. A fost adoptată o pompă centrifugă cu mai multe trepte orizontală, deschisă la mijloc, iar rotorul a fost aranjat simetric pentru a echilibra automat cea mai mare parte a forței axiale. Forța axială reziduală a fost suportată de rulmentul axial și nu a existat niciun disc de echilibrare, tambur de echilibrare sau alt mecanism de echilibrare. Starea de funcționare la fața locului a fost bună, iar toți indicatorii de performanță au îndeplinit pe deplin cerințele de utilizare. 1.6.2 Etanșarea la capătul secțiunilor și a arborelui Pentru a depăși și a evita efectul abraziv al particulelor dure din mediile de curgere bifazice lichid-solid asupra pieselor rotative și staționare, toate inelele de etanșare ale corpului pompei și manșoanele de reglare, etanșarea canelurilor inverse ale pompei cu caneluri multiple structura de etanșare, reducând abraziunea particulelor. La capătul arborelui, a fost adoptată o structură de etanșare combinată de etanșare în spirală labirint fără contact și etanșare mecanică, care este deosebit de potrivită pentru mediile de curgere în două faze lichid-solid. componentele de debit ale pompei cu mai multe trepte. Viteza de rotație a pompei trebuie să fie cât mai mică posibil și să nu depășească 1450 rpm. 2 Utilizare și întreținere 2.1 Înainte de a porni pompa Când lichidul la temperatură ridicată transportat intră brusc în corpul rece al pompei, temperatura corpului pompei se va schimba semnificativ. Din cauza încălzirii neuniforme și a deformării termice inconsecvente, corpul pompei și componentele rotorului se vor deforma și există doar un spațiu foarte mic între componentele rezistente la uzură, rezultând un contact anormal. Dacă echipamentul este pornit în astfel de circumstanțe, va provoca vibrații, gripare și blocarea arborelui. Prin urmare, pompa trebuie să fie complet încălzită înainte de pornire când este utilizată pentru transportul lichidelor la temperatură ridicată. Pompa poate fi pornită numai atunci când temperatura corpului pompei este constantă. Nu este permisă pornirea pompei cu mai multe trepte în stare rece în caz de urgență. Pompa centrifugă cu mai multe etape de înaltă presiune utilizată pentru pomparea nămolului în instalația de gazeificare cărbune-apă a suferit defecțiuni multiple ale arborelui și etanșării mecanice după ce a fost pusă în funcțiune. Acest lucru este cauzat de lucrările pregătitoare insuficiente înainte de pornirea pompei și de metodele incorecte de rotire a pompei și de evacuare a aerului. [Mai târziu, după îmbunătățirea pompei de întoarcere și a lucrărilor de evacuare a aerului, aceste probleme nu au mai apărut.] 2.2 În timpul funcționării Pompele centrifuge cu mai multe trepte care echilibrează forțele axiale prin mecanisme interne de echilibrare, cum ar fi discurile de echilibrare și tamburele de echilibrare, au lichid de echilibru care curge din dispozitivul de echilibrare. Lichidul de echilibrare este conectat la capătul de admisie al pompei prin conducta de echilibrare pentru a asigura funcționarea normală a pompei: a) Conducta de echilibrare nu trebuie blocată. b) Dacă se produce detartrare în conducta de echilibrare, aceasta trebuie curățată imediat. c) Un manometru trebuie instalat pe partea de înaltă presiune a conductei de echilibrare pentru a monitoriza presiunea la ieșirea conductei de echilibrare. Pentru pompele centrifuge cu mai multe etape care pompează nămol, dacă se folosește un disc de echilibru, în timpul funcționării trebuie injectată apă curată de etanșare la presiune înaltă pentru ca discul de echilibru și scaunul discului de echilibru să funcționeze în apă curată pentru a preveni uzura scaunului discului de echilibru și a discului de echilibru de către nămol și particule dure.