Főbb műszaki szempontok a többlépcsős centrifugálszivattyúk{0}}tervezéséhez, használatához és karbantartásához

A többfokozatú centrifugálszivattyú szivattyútengelye két vagy több lépcsőzetes járókerékkel van felszerelve. Egy-fokozatú centrifugálszivattyúval összehasonlítva magasabb emelőmagasságot érhet el; a dugattyús szivattyúkhoz, membránszivattyúkhoz és más dugattyús szivattyúkhoz képest nagyobb áramlási sebességet tud pumpálni. A többfokozatú centrifugálszivattyúk nagyobb hatásfokkal rendelkeznek, és megfelelnek a magas emelőmagasság és nagy áramlási sebesség követelményeinek. A petrolkémiai, vegyipari, villamosenergia-, építő- és tűzvédelmi iparban széles körben alkalmazták. Sajátosságuk miatt az egyfokozatú centrifugálszivattyúkhoz képest a többfokozatú centrifugálszivattyúk eltérő és magasabb műszaki követelményeket támasztanak a tervezés, a használat és a karbantartás terén. A többlépcsős centrifugálszivattyúknál gyakran előfordul, hogy bizonyos részleteket figyelmen kívül hagyva, vagy elégtelen megfontolásból adódóan rendellenes kopást, vibrációt és tengelyrepedést tapasztalnak az üzembe helyezést követően, ami leállást eredményez.. 1. Tervezési szempontok 1.1 Alapfelépítés A többlépcsős centrifugálszivattyúk általános alapszerkezetei közé tartozik a vízszintes, osztott típusú és a szegmentált sorozatú típus. A vízszintes osztott típus szerkezetét az jellemzi, hogy a felső és az alsó szivattyútestet a tengelyközéppont vízszintes elválasztó felületén vezetik át. A bemeneti és kimeneti csövek, a tekercs egy része és az áramlási járat az alsó szivattyúházra van öntve. A karbantartás és a javítás viszonylag kényelmes, és a karbantartás során a szivattyú felső héja közvetlenül eltávolítható anélkül, hogy szét kellene szerelni a szivattyú csővezetékét. A szegmentált típus felépítésére jellemző, hogy minden fokozat a diffúzor héjában elhelyezett járókerékből áll, és a diffúzort csavarok és hajtórudak kötik össze, a fokozatokat pedig fix rudak kötik sorba. Előnye a nagy nyomásállóság és a kisebb szivárgás. A karbantartás során azonban a bemeneti csővezetéket szét kell szerelni, és a szétszerelési és összeszerelési nehézségek viszonylag nagyok. Általában úgy gondolják, hogy a vízszintes osztott típusú többfokozatú szivattyú jobb merevséggel és alacsonyabb vibrációs értékkel rendelkezik, mint a szegmentált típusú többfokozatú szivattyú. A vízszintes osztott típusú többfokozatú szivattyú szívókamrás szerkezete általában fél{17}spirál alakú, míg a szegmentált típusú többfokozatú szivattyú többnyire körgyűrű alakú. Az egyes fokozatok nyomáskimeneti kamrája a tekercs kényelmes gyártása és a folyékony kinetikus energia nyomási energiává alakításának nagy hatékonysága miatt a vízszintes osztott típusú többfokozatú szivattyú általában csavaros szerkezetet alkalmaz; a tekercs alakjának aszimmetriája miatt azonban hajlamos a tengelyhajlításra. A szegmentált típusú többfokozatú szivattyúban csak az első és az utolsó fokozat használhatja a tekercset, míg a középső fokozat vezetőkerék-berendezéssel alakítja át az energiát a primer és a szekunder járókerék között. A többfokozatú szivattyú első-fokozatú járókerekét általában kettős-szívó járókerékként, míg a többi fokozat járókerekét egy-szívó járókerékként tervezték. Ez különösen igaz a magas hőmérsékletű, nagy áramlási sebességű és kavitációra hajlamos közegekre. A rendkívül nagy nyomású szivattyúk esetében nehéz elviselni az egy-héjú szegmentált típusú vagy kettős-héjú, hengeres szerkezetű szivattyúházat. Ezért gyakran használnak kettős-héjú, hengeres szerkezetű szivattyút, és a szivattyútestet hengeres formában készítik. A hengeres szivattyútest nagyobb nyomásnak is ellenáll, a hengerbe szegmentált vagy vízszintes osztott típusú rotor kerül beépítésre. A vonatkozó kínai szabványok és szabályok szerint a nagynyomású kazán-tápszivattyúk szegmentált típusú vagy hengeres szerkezetet használnak kettős héjjal, a 300 MW-os és nagyobb teljesítményű áramtermelő egységek esetében pedig a szivattyúknak általában kettős-héjú hengeres szerkezetet kell használniuk. A kettős-héj belső héja szegmentált típusú vagy vízszintes osztott típusú szerkezetet alkalmaz. 1.2 Axiális erőkiegyenlítés 1.2.1 A többfokozatú centrifugálszivattyúk axiális erőkiegyenlítésének általános intézkedései A többfokozatú centrifugálszivattyúk axiális erőkiegyenlítésére vonatkozó intézkedések általában a következők: járókerekek szimmetrikus elrendezése, tárcsás kiegyensúlyozó eszköz, stb. kettős kiegyenlítődobos kiegyenlítő mechanizmusok, mint például néhány nagynyomású kazántápszivattyú{40}. A járókerekek szimmetrikus elrendezése vagy a kiegyenlítő dobszerkezet nem tudja teljesen kiegyenlíteni az axiális erőt, és a maradék axiális erőt továbbra is a nyomócsapágynak kell viselnie. A többfokozatú centrifugálszivattyúk többnyire automatikus axiális erőbeállítással rendelkező kiegyensúlyozó tárcsát használnak az axiális erő kiegyenlítésére. A többfokozatú szivattyúk mérlegtárcsájának, kiegyensúlyozó dobjának és egyéb berendezéseinek tervezésekor megfelelő kiegyensúlyozó csővezetékeket kell konfigurálni, hogy az axiális erőkiegyenlítő berendezés megfeleljen a tervezési követelményeknek. A többfokozatú szivattyúk csapágyainak túlzott hőmérséklet-emelkedése és a csapágyak égése esetén sok oka a kiegyenlítőcső kis áramlási területe, a csővezeték túlzott ellenállás-vesztesége és az elégtelen kiegyenlítő kapacitás. Az [1] irodalom példaként a kiegyenlítődobos eszközt is használja, és a csőátmérő számítási módszerét javasolja. Annak a problémának a megoldására, hogy a többfokozatú centrifugálszivattyúk egyensúlytárcsája és egyensúlyi tárcsája érintkezésbe kerülhet, ami károsíthatja a mérlegtárcsát és a szivattyút, egy többfokozatú centrifugális szivattyú erős ékkel rendelkező, kopásgátló kiegyensúlyozó tárcsát terveztünk. Ez a felépítés hasonló a centrifugális kompresszorok szárazgáz-tömítésének elvéhez: amikor a kiegyenlítőtárcsa közeledik a kiegyenlítőtárcsa-ülékhez, az erőék hatalmas nyitóerőt tud generálni, ezáltal megakadályozza a mérlegtárcsa és a mérlegtárcsa-fészek érintkezését. Az üzemi tesztek eredményeként a mérlegtárcsa normálisan működik, a munkafelületen nincs kopás vagy karc. Látható, hogy ez az új kopásgátló{54}}kiegyensúlyozó ékkeltő tárcsa hatékonyan megakadályozza az egyensúlyi tárcsa és az egyensúlyi tárcsa ülése közötti érintkezést. Ez a nagy teljesítményű kiegyensúlyozó tárcsa nemcsak meghosszabbítja a mérlegtárcsa élettartamát, hanem csökkenti a kiegyensúlyozó tárcsa hézagának szivárgását is, ezáltal energiamegtakarítást és fogyasztáscsökkentést ér el. Egyesek azt javasolták, hogy a többfokozatú szivattyúk által keltett axiális erő annak a ténynek köszönhető, hogy a járókerék mindegyik fokozata az egyik oldalról nyeli el a vizet. Ezért javasolják a szivattyútest, a járókerék és a fokozattávtartó szerkezetének javítását annak érdekében, hogy a járókerék mindkét oldalról beszívhassa a vizet, és így létrejöjjön az axiális erőegyensúly. Így nem kell kiegyensúlyozó tárcsát vagy kiegyensúlyozó dob szerkezeteket felállítani, és nem kell figyelembe venni az axiális elmozdulást. 1.2.2 A kiegyenlítőtárcsa és a kiegyensúlyozó dob mechanizmusának korlátai a) Változó feltételek: A szivattyú indításakor és leállítása során az axiális erőt a mérlegtárcsa és a kiegyensúlyozó tárcsa üléke közötti közvetlen érintkezés viseli. A súrlódás következtében a kiegyenlítőtárcsa és az ülés beszorulhat, kiszáradhat, vagy akár eltörheti a szivattyú tengelyét; a terhelés hirtelen megváltozásakor ennek megfelelően változik az axiális erő, és a forgórész is tengelyirányban elmozdul, aminek következtében a mérlegtárcsa és az egyensúlyi tárcsa üléke közötti rés hirtelen megváltozik, ami kavitációs és vibrációs jelenségeket okozhat. b) Folyékony-szilárd két-fázisú áramlási közeg: A kiegyenlítőtárcsába, kiegyenlítődobba stb. belépő közeg nyomása a szivattyú kimeneti nyomása, a fojtás utáni nyomás pedig a szivattyú bemeneti nyomása. Amikor a közeg a nagy-nyomású területről az alacsony-nyomású területre áramlik, sugáröblítést hoz létre, és a folyékony-szilárd két-fázisú áramlási közegben lévő szilárd részecskék gyorsan elhasználják a kiegyenlítő tárcsát és a kiegyenlítő mechanizmus ülékét, ami végül a szivattyú túlzott mértékű eltérítését} a szivattyú nem működik megfelelően. A többfokozatú centrifugálszivattyúk esetében valószínűleg rendellenes vibrációt, tengelybeszorulást, a mechanikus tömítés meghibásodását a tömítőfelületre ható egyenetlen erő miatt, és egyéb hibákat okozhatnak. A tervezésben szabályozni kell a radiális erő keletkezését, és minimálisra kell csökkenteni a szivattyú tengelyének működés közbeni elhajlási értékét. A tervezés során figyelembe vett intézkedések általában a következőket foglalják magukban: a) A többfokozatú szivattyúknál, amelyek spirálszerkezettel rendelkeznek a megvezetésre és az energiaátalakításra, a tekercs alakjának aszimmetriája valószínűleg a tengely meghajlását okozza működés közben. A tekercs két szomszédos szakaszát egymástól 180 fokos távolságban kell elhelyezni a radiális erő csökkentése érdekében. b) A szivattyú járókerék fokozatainak száma ne legyen túl sok. Ha szükséges, növelje meg az egyes fokozatok emelőmagasságát, hogy biztosítsa a teljes emelőmagasságot, és csökkentse a szivattyú tengelyének hosszát a szivattyúfokozatok számának csökkentésével. c) A többfokozatú centrifugálszivattyúk szivattyútengelyének anyagának kiválasztásakor vegye figyelembe a közegtípushoz, hőmérséklethez stb. való alkalmasságot, és előnyben részesítse a jó átfogó mechanikai szilárdsági és merevségi tulajdonságokkal rendelkező anyagok kiválasztását. d) A szivattyú tengelyének átmérőjének kiszámításakor vegye figyelembe az erőátviteli teljesítményt, az indítási módot, a radiális erőt, a tengely elhajlását és a kapcsolódó tehetetlenségi terheléseket. Vegye fontolóra azt is, hogy a szivattyú tengelyének hajlítási deformációját nem -tervezett áramlási körülmények között kell ellenállni. e) Ésszerűen válassza ki a szivattyú tengelyének alátámasztási pontjait. 1.4} Rezgéscsillapító és rezgéscsökkentő intézkedések, amelyek a tervezés során figyelembe vehetők: a) Szabályos tartományon belül szabályozza a szivattyú tengelyének elhajlását. b) Egyértelműen meg kell követelni a járókerék, a szivattyú tengelye stb. dinamikus és statikus egyensúlyi vizsgálatát. c) Tervezze meg a többfokozatú szivattyúk szivattyútengelyét merev tengelyként, és a működési sebességnek az első kritikus fordulatszám 0,75-szörösénél kisebbnek kell lennie. d) A járókereket és a szivattyú tengelyét egymástól függetlenül kell elhelyezni egy fokozatban, és a járókereket és a szivattyú tengelyét interferencia illesztéssel és fűtött szerelvénnyel kell összeszerelni, hogy javítsa a forgórészegység merevségét és kritikus sebességét. e) A szivattyú tengelyének, járókerékének stb. anyagainak kiválasztásakor olyan anyagokat válasszon, amelyek minősége jó egyenletes, és válassza ki azt a szállítási állapotot és feldolgozási módot, amely biztosítja az anyag keresztmetszeti minőségének egyenletességét. f) Tervezze meg a megfelelő tengely- és radiális hézagokat, hogy elkerülje a rendellenes súrlódás, a forgórész és az állórész tengelyirányú elmozdulása és egyéb tényezők által okozott vibrációt. g) Azon többfokozatú szivattyúknál, amelyek kiegyensúlyozó tárcsákat használnak az axiális erők kiegyenlítésére, a kiegyensúlyozó tárcsás mechanizmust ésszerűen és helyesen kell megtervezni{101}} Függőleges többfokozatú szivattyúk Függőleges többfokozatú centrifugálszivattyúk tervezésénél általában úgy tekintik, hogy normál működés közben a teljes axiális erő lefelé irányul. Az indítás kezdetén azonban, mivel a kimeneti nyomás még nem emelkedett, és a járókerék eleje és hátulja között nem állapították meg a nyomáskülönbséget, felfelé irányuló axiális erő hat. Néhány ilyen eset a tengely tengelyirányú elmozdulását és a mechanikus tömítésnél, a csapágyalkatrészeknél túlmelegedést és a motor túláramát eredményezi, súlyos esetekben pedig a szivattyú leold. A tervezés során figyelembe kell venni a csapágypersely és a tengely viszonylagos rögzítését, hogy a felfelé irányuló axiális erőt a nyomócsapágy egyensúlyozza ki. Az automatikus axiális erőszabályozású kiegyenlítőtárcsás szerkezet nagy szerkezeti méretű, nyomáscsökkentő vízvezetéket igényel, amely nem szerelhető be a kútátmérő által korlátozott mélykút-búvárszivattyúkba. Ezért az axiális erőkiegyenlítés problémája mindig is nehéz kérdés volt a magas{109}magas mélykút-búvárszivattyúk tervezésénél. Az axiális erőkiegyenlítésre olyan módszert vezettek be, amely a mélykút-búvárszivattyú járókerekének elülső fedőlemezének átmérőjét a szivattyútest belső falának széléig tágítja úgy, hogy a járókerékre ható axiális erő azonos kútátmérő mellett éri el a maximumát. Ezzel egyidejűleg a járókerék hátsó fedőlemezének átmérője megfelelően lecsökken, így a járókerékre ható axiális erő teljesen kiegyenlítődik. Egy másik új típusú axiális erőkiegyenlítő berendezés kerül bevezetésre, amely az utolsó fokozatú járókerék után dinamikus és statikus súrlódási párokat szerel fel. A mozgó gyűrű a járókerékkel együtt forog, míg a statikus gyűrű nem forog. Az elülső oldali tömítőpárt megtöltik a nagynyomású folyadékkal az utolsó fokozat járókerék kimenetéből, a hátsó oldali tömítőpárt pedig a szivattyú bemenetének atmoszférikus nyomásához vagy alacsony nyomású területéhez kell csatlakoztatni. A tömítés nagy és alacsony nyomáskülönbséget képez az axiális erő kiegyenlítésére. Ez az új típusú kiegyenlítő tömítés nemcsak az axiális erőt képes kiegyenlíteni, hanem szivárgás nélkül is. Főleg mélykút-búvárszivattyúkhoz és szegmentált többfokozatú{120}szivattyúkhoz alkalmas. Az eszköz alkalmazása után a szivattyú teljes hatásfoka 3%-kal növelhető - 6%. 1.6 Többfokozatú centrifugálszivattyúk folyadékszállításra zagy és érces zagy, az iszap eróziója és kopása a szivattyú forgórésze és állórésze közötti összes gyűrű alakú tömítőrés növekedését okozza. A kiegyensúlyozó tárcsa és a kiegyensúlyozó tárcsa üléke axiális erő hatására összenyomódik, ami gyors kopást eredményez. A teljes forgórész axiálisan mozog, és a járókerék nagy sebességgel ütközik és súrlódik a középső rész terelőlemezével és a tömítőgyűrűvel, ami töredezettséget okoz. Ez több súlyos balesethez is vezetett. Az ilyen típusú szivattyúk nagyjavítási élettartamának meghosszabbítása és a tömítőrés kopásának lassítása érdekében a tervezés során a következő intézkedéseket tettük: ① A szivattyú kiegyensúlyozó mechanizmusának fejlesztése és kiegyensúlyozó tárcsafészek (kiegyensúlyozó lemez), két kiegyensúlyozó tárcsa gyártása az 1. ábrán látható módon. Ez csökkentheti a kiegyensúlyozó szerkezet szivárgási veszteségét a korai szakaszban, valamint a szivattyú üzembiztonságának és a szivattyú működésének későbbi szakaszában. A szivattyú nagyjavítási élettartama is meghosszabbodik. ② A járókereket, a tömítőgyűrűt, a tengelyhüvelyt, a vezetőkerék hüvelyt, a kiegyensúlyozó tárcsát és a kiegyensúlyozó tárcsa ülékét porlasztóhegesztéssel kezelik. Huilu Hengsheng háziasított nagy nitrogénműtrágya-projektjének első fázisában a nagynyomású hígtrágyaszivattyú szegmentált többfokozatú centrifugálszivattyúkat, az axiális erőkiegyenlítő berendezés pedig az „egyensúlydob + nyomócsapágy” módszert alkalmazta. A rossz axiális erőkiegyenlítés és a szivattyú tengelyének nem megfelelő szilárdsági kialakítása miatt a használat során többször előfordultak olyan balesetek, mint a kiegyenlítő dob sérülése, a csapágy megégése, tengely beszorulása és tengelytörése. Vízszintes, középen{143}}nyitott, többfokozatú centrifugálszivattyút alkalmaztak, és a járókerék szimmetrikusan lett elhelyezve, hogy automatikusan kiegyenlítse az axiális erő nagy részét. A maradék axiális erőt a nyomócsapágy viselte, és nem volt kiegyensúlyozó tárcsa, kiegyensúlyozó dob vagy egyéb kiegyensúlyozó mechanizmus. A helyszíni működési állapot jó volt, és minden teljesítménymutató teljes mértékben megfelelt a használati követelményeknek. 1.6.2 Metszet- és tengelyvég tömítése A folyékony-szilárd kétfázisú áramlási közegben lévő kemény részecskék a forgó és álló részeken, a gyűrűgyűrűk és a szivattyúház tömítései, valamint a tömítőgyűrűk tömítéseinek koptató hatásának elkerülése és elkerülése érdekében a többfokozatú szivattyú hüvelyei fordított spirális hornyos tömítést alkalmaztak, csökkentve a részecskék kopását. A tengely végén egy érintésmentes labirintus spirális tömítés és mechanikus tömítés kombinált tömítési szerkezetét alkalmazták, amely különösen alkalmas folyékony-szilárd, kétfázisú áramlási közegekhez. 1.6.3 Az áramlási sebességet különböző szempontok szerint csökkenteni kell, például a szivattyú forgási sebessége és szerkezete, valamint a kemény részecskék áramlási sebességének csökkentése érdekében. a folyékony-szilárd kétfázisú áramlási közegben a többlépcsős szivattyú különböző áramlási összetevőinél. A szivattyú fordulatszámának a lehető legkisebbnek kell lennie, és nem haladhatja meg az 1450 ford./perc értéket. 2 Használat és karbantartás 2.1 A szivattyú indítása előtt Amikor a szállított magas hőmérsékletű folyadék hirtelen belép a hideg szivattyútestbe, a szivattyútest hőmérséklete jelentősen megváltozik. Az egyenetlen melegítés és az inkonzisztens termikus deformáció miatt a szivattyúház és a rotor alkatrészei deformálódnak, és csak nagyon kis rés van a kopásálló alkatrészek között, ami abnormális érintkezést eredményez. Ha a berendezést ilyen körülmények között indítják el, az vibrációt, beékelődést és tengelyrepedést okozhat. Ezért a szivattyút teljesen fel kell melegíteni az indítás előtt, ha magas hőmérsékletű folyadékok szállítására használják. A szivattyú csak akkor indítható be, ha a szivattyú testhőmérséklete állandó. A többfokozatú szivattyút vészhelyzetben hideg állapotban nem szabad elindítani. A szénvízelgázosító üzemben hígtrágya szivattyúzására használt nagynyomású, többfokozatú centrifugálszivattyú üzembe helyezése után több tengely- és mechanikus tömítési sérülést szenvedett. Ennek oka a szivattyú indítása előtti elégtelen előkészítő munka, valamint a szivattyú elforgatásának és a levegő elszívásának helytelen módjai. [Később, a forgó szivattyú javítása és a levegőelszívás után ezek a problémák nem jelentkeztek újra.] 2.2 Működés közben a többfokozatú centrifugálszivattyúknál, amelyek belső kiegyensúlyozó mechanizmusokon, például kiegyensúlyozó tárcsákon és kiegyensúlyozó dobokon keresztül kiegyenlítik az axiális erőket, kiegyenlítő folyadék folyik ki a mérlegből. A kiegyenlítő folyadék a kiegyenlítő csövön keresztül csatlakozik a szivattyú bemeneti végéhez, hogy biztosítsa a szivattyú normál működését: a) A kiegyenlítő csövet nem szabad eltömíteni. b) Ha vízkő lép fel a mérlegcsőben, azt azonnal törölni kell. c) Egy nyomásmérőt kell felszerelni a kiegyensúlyozó cső nagynyomású{185}}oldalára, hogy figyelje a nyomást a kiegyenlítőcső kimeneténél. Zagyot szivattyúzó többfokozatú centrifugálszivattyúknál, ha kiegyensúlyozó tárcsát használnak, nagynyomású, tiszta vizet kell befecskendezni működés közben, hogy a mérlegtárcsa és a kiegyensúlyozótárcsa-ülék tiszta vízben működjön, és megakadályozza a kiegyensúlyozótárcsa-fészek és a kiegyensúlyozótárcsa kopását a hígtrágya és a kemény részecskék miatt.