Peamised tehnilised punktid mitmeastmeliste tsentrifugaalpumpade{0}}konstrueerimise, kasutamise ja hooldamise jaoks

Mitmeastmelise tsentrifugaalpumba pumba võll on varustatud kahe või enama kaskaadiga tiivikuga. Võrreldes üheastmelise-tsentrifugaalpumbaga võib see saavutada suurema tõstejõu; võrreldes kolbpumpade, membraanpumpade ja muude kolbpumpadega suudab see pumpada suurema voolukiiruse. Mitmeastmelistel tsentrifugaalpumpadel on suurem kasutegur ja need vastavad suure tõstekõrguse ja suure voolukiiruse tingimuste vajadustele. Naftakeemia-, keemia-, energia-, ehitus- ja tulekaitsetööstuses on neid laialdaselt kasutatud. Oma eripära tõttu, võrreldes üheastmeliste-tsentrifugaalpumpadega, on mitmeastmelistel tsentrifugaalpumpadel erinevad ja kõrgemad tehnilised nõuded disaini, kasutamise ja hoolduse osas. Sageli kogevad mitmeastmelised tsentrifugaalpumbad mõne detaili hooletuse või ebapiisava tähelepanu tõttu sageli pärast kasutuselevõttu ebatavalist kulumist, vibratsiooni ja võlli kinnikiilumist, mille tulemuseks on seiskamine. 1. Konstruktsiooniaspektid 1.1 Põhistruktuur Mitmeastmeliste tsentrifugaalpumpade tavalised põhistruktuurid hõlmavad horisontaalset, mida nimetatakse mitmeastmeliseks jaotatud tüüpi või segmenteeritud seeriatüüpi. Horisontaalse split tüüpi struktuuri iseloomustab see, et pumba ülemine ja alumine korpus on juhitud läbi telje keskpunkti horisontaalse jaotuspinna. Sisse- ja väljalasketorud, osa spiraalist ja voolukanal on valatud pumba alumisele kestale. Hooldus ja remont on suhteliselt mugavad ning hoolduse käigus saab pumba ülemise kesta otse eemaldada, ilma pumba torustikku lahti võtmata. Segmenttüüpi struktuuri iseloomustab see, et iga aste koosneb hajuti kestas paiknevast tiivikust ning hajuti on ühendatud poltide ja ühendusvarrastega ning astmed on ühendatud järjestikku fikseeritud varrastega. Eeliseks on kõrge rõhukindlus ja väiksem leke. Hoolduse ajal tuleb aga sisselasketorustik lahti võtta ning lahtivõtmise ja kokkupaneku raskused on suhteliselt suured. Üldiselt arvatakse, et horisontaalse jagatud tüüpi mitmeastmelisel pumbal on parem jäikus ja madalam pumba vibratsiooni väärtus kui segmenteeritud tüüpi mitmeastmelisel pumbal. Horisontaalse jaotatud tüüpi mitmeastmelise pumba imemiskambri struktuur on tavaliselt pool{17}}spiraalikujuline, samas kui segmenteeritud tüüpi mitmeastmeline pump on enamasti ringikujuline. Tänu spiraali mugavale valmistamisele ja vedela kineetilise energia rõhuenergiaks muundamise suurele tõhususele on iga etapi rõhu väljalaskekambris horisontaalne jagatud tüüpi mitmeastmeline pump üldiselt spiraalse struktuuriga; spiraali kuju asümmeetria tõttu on see aga kalduvus võlli paindumisele. Segmenteeritud tüüpi mitmeastmelises pumbas saavad spiraali kasutada ainult esimene ja viimane aste, samas kui keskmine etapp kasutab primaarse ja sekundaarse tiiviku vahelise energia muundamiseks juhtratta seadet. Mitmeastmelise pumba esimese-astme tiivik on üldiselt konstrueeritud kahe-imemisrattana, samas kui teiste astmete tiivikud on konstrueeritud ühe-imemisrattana. See kehtib eriti kõrge temperatuuri, suure voolukiirusega ja kavitatsioonile kalduva kandja puhul. Äärmiselt kõrge rõhuga pumpade puhul on raske taluda ühe-kestaga segmenteeritud tüüpi või kahe-koorega silindrilise struktuuriga pumbakesta. Seetõttu kasutatakse sageli topelt-silindrilise struktuuriga pumpa ja pumba korpus on valmistatud silindrilise kujuga. Silindriline pumba korpus talub suuremat rõhku ja silindrisse on paigaldatud segmenteeritud või horisontaalselt jagatud tüüpi rootor. Hiinas kehtivate asjakohaste standardite ja reeglite kohaselt kasutavad kõrgsurvekatelde toitepumbad segmenteeritud tüüpi või kahekordse kestaga silindrilist struktuuri ning 300 MW ja suuremate elektritootmisseadmete puhul peaksid pumbad üldiselt kasutama kahekordset-kestaga silindrilist struktuuri. Topelt-kesta sisemine kest kasutab segmenteeritud tüüpi või horisontaalset poolitatud tüüpi struktuuri. 1.2 Aksiaalne jõu tasakaal 1.2.1 Ühised meetmed mitmeastmeliste tsentrifugaalpumpade aksiaaljõu tasakaalustamiseks Mitmeastmeliste tsentrifugaalpumpade aksiaaljõu tasakaalu meetmed hõlmavad tavaliselt järgmist: tiivikute sümmeetriline paigutus, tasakaalustusseade jne. topelttasakaalu trumli tasakaalustusmehhanismid, nt mõned kõrgsurveboileri{40}toitepumbad. Töörataste sümmeetriline paigutus või tasakaalustustrumli kasutamine ei suuda telgjõudu täielikult tasakaalustada ja aksiaaljõudu peab siiski kandma tõukelaager. Mitmeastmelised tsentrifugaalpumbad kasutavad telgjõu tasakaalustamiseks enamasti automaatse aksiaaljõu reguleerimisega tasakaalustusketast. Mitmeastmeliste pumpade tasakaalustusketta, tasakaalutrumli ja muude seadmete projekteerimisel on vaja konfigureerida sobivad tasakaalustustorustikud tagamaks, et aksiaaljõu tasakaalustusseade vastab projekteerimisnõuetele. Mitmeastmeliste pumpade laagrite ülemäärase temperatuuritõusu ja laagrite põlemise korral on paljud põhjustatud tasakaalutoru väikesest voolupinnast, torujuhtme liigsest takistuse vähenemisest ja ebapiisavast tasakaaluvõimest. Kirjanduses [1] on näitena kasutatud ka tasakaalutrumli seadet ja pakutakse välja toru läbimõõdu arvutusmeetod. Probleemi lahendamiseks, et mitmeastmeliste tsentrifugaalpumpade tasakaaluketas ja tasakaalustusketta pesa võivad kokku puutuda, kahjustades tasakaalustusketast ja pumpa, on välja töötatud mitmeastmeline tsentrifugaalpumba võimsuskiiluga kulumisvastane -tasakaaluketas. See struktuur sarnaneb tsentrifugaalkompressorite kuiva gaasi tihendi põhimõttega: kui tasakaalustusketas läheneb tasakaalustusketta istmele, võib võimsuskiil tekitada tohutu avamisjõu, takistades seeläbi tasakaaluketta ja tasakaalustusketta pesa kokkupuudet. Läbi töökatsete töötab tasakaaluketas normaalselt ning tööpinnal pole kulumist ega kriimustusi. On näha, et see uus jõulise kiiluga kulumisvastane{54}}tasakaaluketas takistab tõhusalt tasakaaluketta ja tasakaaluketta pesa kokkupuudet. See võimsuskiiluga tasakaalustusketas mitte ainult ei pikenda tasakaalustusketta kasutusiga, vaid vähendab ka tasakaaluketta vahe leket, saavutades energiasäästu ja -tarbimise vähenemise. Mõned inimesed on väitnud, et mitmeastmeliste pumpade tekitatud aksiaaljõud on tingitud asjaolust, et tiiviku iga aste neelab vett ühelt poolt. Seetõttu soovitavad nad parandada pumba korpuse, tiiviku ja astme vahetüki struktuuri, et tiivik saaks mõlemalt poolt vett sisse võtta, saavutades aksiaalse jõu tasakaalu. Nii ei ole vaja seadistada tasakaaluketast ega tasakaalutrumli konstruktsioone ega arvestada aksiaalset nihet. 1.2.2 Tasakaaluketta ja tasakaalutrumli mehhanismi piirangud a) Muutlikud tingimused: pumba käivitamise ja seiskamise ajal kannab aksiaaljõudu tasakaaluketta ja tasakaalustusketta pesa vaheline otsekontakt. Hõõrdumine võib põhjustada tasakaaluketta ja pesa kinnijäämist, kuivamist põletust või isegi pumba võlli purunemist; kui koormus muutub järsult, muutub vastavalt ka aksiaaljõud ning ka rootor nihkub aksiaalselt, mille tulemuseks on tasakaaluketta ja tasakaaluketta istme vahe järsk muutus, mis võib põhjustada kavitatsiooni ja vibratsiooni nähtusi. b) Vedel{63}}tahke kahefaasiline voolukeskkond: tasakaalukettasse, tasakaalutrumlisse jne siseneva keskkonna rõhk on pumba väljundrõhk ja drosseldamisjärgne rõhk on pumba sisselaskerõhk. Kui keskkond voolab kõrgrõhualast-madala rõhuga piirkonda, moodustab see joa loputuse ja tahked osakesed vedelas-tahkes kahe-faasilises voolukeskkonnas kulutavad kiiresti tasakaalustusketta ja tasakaalustusmehhanismi pesa, mille tulemusel pump ei tööta ülemääraselt. mitmeastmelised tsentrifugaalpumbad võivad tõenäoliselt põhjustada ebatavalist vibratsiooni, võlli kinnikiilumist, mehaanilise tihendi rikkeid tihenduspinna ebaühtlase jõu tõttu ja muid vigu. Projekteerimisel on vaja juhtida radiaaljõu teket ja minimeerida pumba võlli läbipainde väärtust töötamise ajal. Projekteerimisel arvesse võetud meetmed hõlmavad üldiselt järgmist: a) Juhtimiseks ja energia muundamiseks mõeldud spiraalstruktuuriga mitmeastmeliste pumpade puhul põhjustab spiraali kuju asümmeetria tõenäoliselt võlli paindumist töötamise ajal. Radiaaljõu vähendamiseks tuleks spiraali kõrvuti asetsevad kaks etappi paigutada üksteisest 180 kraadi kaugusele. b) Pumba tiiviku astmete arv ei tohiks olla liiga palju. Vajadusel suurendage iga astme tõstekõrgust, et tagada kogukõrgus, ja vähendage pumba võlli pikkust, vähendades pumbaastmete arvu. c) Mitmeastmeliste tsentrifugaalpumpade pumbavõlli materjali valimisel kaaluge sobivust keskmise tüübi, temperatuuri jms jaoks ning eelistage materjalide valikut, millel on head terviklikud mehaanilised tugevus- ja jäikusomadused. d) Pumba võlli läbimõõdu arvutamisel võtke arvesse ülekandevõimsust, käivitusmeetodit, radiaaljõudu, võlli läbipainde ja sellega seotud inertsiaalseid koormusi. Kaaluge ka vajadust vältida pumba võlli paindedeformatsiooni -projekteerimata voolutingimustes. e) Valige mõistlikult pumba võlli tugipunktid. 1.4 Vibratsiooni-vastased ja vibratsiooni vähendamise meetmed, mida saab konstruktsioonis arvesse võtta, hõlmavad järgmist: a) pumba võlli läbipainde reguleerimine tavapärases vahemikus. b) Nõua selgelt tiiviku, pumba võlli jms dünaamilise ja staatilise tasakaalu testimist. c) Kujundage mitmeastmeliste pumpade pumbavõll jäigaks võlliks ja töökiirus peaks olema väiksem või võrdne 0,75-kordse esimese kriitilise kiirusega. d) Tööratas ja pumba võll peaksid olema üksteisest sõltumatult paigutatud ühele etapile ning tiivik ja pumba võll tuleks kokku panna interferentsi ja kuumutatud koostuga, et parandada rootorisõlme jäikust ja kriitilist kiirust. e) Pumba võlli, tiiviku jms materjalide valimisel valige materjalid, mille kvaliteet on hea, ning valige tarne olek ja töötlemisviis, mis tagavad materjali ristlõike kvaliteedi ühtluse. f) Projekteerige sobivad võlli ja radiaalsed vahed, et vältida ebanormaalsest hõõrdumisest, rootori ja staatori aksiaalsest nihkest ja muudest teguritest põhjustatud vibratsiooni. g) Mitmeastmeliste pumpade puhul, mis kasutavad telgjõudude tasakaalustamiseks tasakaalustuskettaid, projekteerige tasakaalustusketta mehhanism mõistlikult ja õigesti{101}} Vertikaalsed mitmeastmelised pumbad Vertikaalsete mitmeastmeliste tsentrifugaalpumpade projekteerimisel arvestatakse üldiselt, et kogu aksiaaljõud on normaalse töö ajal allapoole. Kuid käivitamise alguses, kuna väljalaskerõhk ei ole veel tõusnud ja tiiviku esi- ja tagaosa rõhuerinevus pole kindlaks tehtud, tekib ülespoole suunatud teljesuunaline jõud. Mõned neist juhtudest põhjustavad võlli aksiaalset liikumist ja mehaanilise tihendi, laagriosade ülekuumenemist ja mootori ülevoolu ning rasketel juhtudel pump rakendub. Konstruktsioonis tuleks kaaluda laagrihülsi ja võlli suhteliselt fikseerimist, nii et ülespoole suunatud teljesuunaline jõud oleks tõukelaagriga tasakaalustatud. Automaatse teljesuunalise jõu reguleerimisega tasakaalustusketasseade on suure konstruktsioonimõõduga ja nõuab rõhulangetamise veetoru, mida ei saa paigaldada süvakaevude läbimõõduga piiratud süvaveepumpadesse. Seetõttu on aksiaaljõu tasakaalu probleem alati olnud keeruline probleem{109}}kõrgete süvenditega sukelpumpade projekteerimisel. Kasutusele on võetud aksiaalse jõu tasakaalustamise meetod, mis laiendab süvakaevu sukelpumba tiiviku esikatte katteplaadi läbimõõtu kuni pumba korpuse siseseina servani, nii et tiivikule mõjuv teljesuunaline jõud saavutab maksimumi sama kaevu läbimõõdu tingimustes. Samal ajal vähendatakse sobivalt tiiviku tagumise katteplaadi läbimõõtu, nii et tiiviku aksiaalne jõud on täielikult tasakaalustatud. Kasutusele võetakse veel üks uut tüüpi aksiaaljõu tasakaalustusseade, mis paigaldab viimase astme tiiviku järel paari dünaamilise ja staatilise hõõrdumise paari. Liikuv rõngas pöörleb koos tiivikuga, samas kui staatiline rõngas ei pöörle. Esikülje tihenduspaar täidetakse viimase astme tiiviku väljalaskeavast kõrgsurvevedelikuga ja tagumine tihenduspaar on ühendatud pumba sisselaskeava atmosfäärirõhu või madala rõhu alaga. Tihend moodustab aksiaaljõu tasakaalustamiseks kõrge ja madala rõhu erinevuse. See uut tüüpi tasakaalustustihendi seade ei suuda mitte ainult tasakaalustada aksiaalset jõudu, vaid sellel puudub ka leke. See sobib peamiselt süvakaevude sukelpumpade ja segmenteeritud mitmeastmeliste{120}pumpade jaoks. Pärast selle seadme kasutuselevõttu saab pumba koguefektiivsust 3% võrra suurendada - 6%. 1.6 Mitmeastmelised tsentrifugaalpumbad vedeliku transportimiseks-tahke kahefaasiline vool 1.6.1 Aksiaalne jõu tasakaal Segmenteeritud mitme{129}astmega tsemendipumpamiseks, näiteks tsentrifugaalpumpamiseks. läga ja maagi läga, läga erosioon ja hõõrdumine põhjustavad kõigi rõngakujuliste tihendusvahede suurenemist pumba rootori ja staatori vahel. Tasakaalustusketas ja tasakaalustusketta iste surutakse kokku telgjõu toimel, mille tulemuseks on kiire kulumine. Kogu rootori komponent liigub aksiaalselt ning tiivik põrkub ja hõõrub suurel kiirusel keskmise sektsiooni deflektori ja tihendusrõngaga, põhjustades killustumist. See on kaasa toonud mitmeid tõsiseid õnnetusi. Seda tüüpi pumba kapitaalremondi tööea pikendamiseks ja tihenduspilu kulumise aeglustamiseks võeti projekteerimisel järgmised meetmed: ① Täiustada pumba tasakaalustusmehhanismi ja valmistada tasakaalustusketta pesa (tasakaaluplaat), kaks tasakaalustusketast, nagu näidatud joonisel 1. See võib vähendada tasakaalustusmehhanismi lekkekadusid pumba töö varases staadiumis ja pumba töökindluse hilisemas staadiumis. Samuti pikeneb pumba kapitaalremondi eluiga. ② Tööratast, tihendusrõngast, võlli hülsi, juhtratta muhvi, tasakaalustusketast ja tasakaalustusketta istet töödeldakse pihustuskeevitusega. Huilu Hengshengi kodustatud suure lämmastikväetise projekti esimeses etapis kasutas kõrgsurve lägapump segmenteeritud mitmeastmelisi tsentrifugaalpumpasid ja aksiaaljõu tasakaalustamise seade kasutas meetodit "tasakaalutrummel + tõukelaager". Halva teljesuunalise jõu tasakaalu ja pumba võlli ebapiisava tugevuskonstruktsiooni tõttu juhtus kasutamise ajal mitu korda õnnetusi, nagu tasakaalutrumli kahjustus, laagri põlemine, võlli kinnikiilumine ja võlli purunemine. Võeti kasutusele horisontaalne keskel{143}}avatud mitmeastmeline{144}}tsentrifugaalpump ja tiivik paigutati sümmeetriliselt nii, et see tasakaalustaks automaatselt suurema osa aksiaaljõust. Jääktelgjõudu kandis tõukelaager ning tasakaalustusketast, tasakaalutrumlit ega muud tasakaalustusmehhanismi ei olnud. Kohapealne tööolukord oli hea ja kõik jõudlusnäitajad vastasid täielikult kasutusnõuetele. 1.6.2 Sektsioonide ja võlli otste tihendus Vedela -tahke kahefaasilise voolukeskkonna kõvade osakeste abrasiivse mõju ületamiseks ja vältimiseks pöörlevatel ja statsionaarsetel osadel, kogu pumba korpuse tihendil, rõngastel ja tihenditel mitmeastmelise pumba hülsid kasutasid ümberpööratud spiraalset soonega tihendusstruktuuri, mis vähendab osakeste hõõrdumist. Võlli otsas võeti kasutusele mittekontaktne labürindi spiraaltihendi ja mehaanilise tihendi kombinatsioon, mis sobib eriti hästi vedelale-tahkele{155}}kahefaasilisele voolukeskkonnale. 1.6.3 Voolukiirust tuleks vähendada erinevatest aspektidest, nagu pumba pöörlemiskiirus ja struktuur ning ka kõvade osakeste voolukiiruse alandamine. vedelas -tahkes kahefaasilises{158}}voolukeskkonnas mitmeastmelise pumba erinevatel voolukomponentidel. Pumba pöörlemiskiirus peaks olema võimalikult väike ja mitte üle 1450 p/min. 2 Kasutamine ja hooldus 2.1 Enne pumba käivitamist Kui transporditav kõrge{164}}temperatuuriline vedelik satub ootamatult külma pumba korpusesse, muutub pumba korpuse temperatuur oluliselt. Ebaühtlase kuumenemise ja ebaühtlase termilise deformatsiooni tõttu deformeeruvad pumba korpus ja rootori komponendid ning kulumiskindlate komponentide vahel on väga väike vahe, mille tulemuseks on ebanormaalne kontakt. Kui seade käivitatakse sellistes tingimustes, põhjustab see vibratsiooni, kinnikiilumist ja võlli kinnikiilumist. Seetõttu tuleks pumpa enne käivitamist täielikult soojendada, kui seda kasutatakse kõrge temperatuuriga vedelike transportimiseks. Pumpa saab käivitada ainult siis, kui pumba kehatemperatuur on ühtlane. Mitmeastmelist{172}pumpa ei ole lubatud hädaolukorras külmas olekus käivitada. Kõrgsurve{174}}mitmeastmeline tsentrifugaalpump, mida kasutatakse söe-vee gaasistamistehases läga pumpamiseks, on pärast kasutuselevõttu saanud võlli ja mehaanilise tihendi kahjustusi. Selle põhjuseks on ebapiisavad ettevalmistustööd enne pumba käivitamist ning pumba pööramise ja õhu väljalaskmise ebaõiged meetodid. [Hiljem, pärast pöörleva pumba parandamist ja õhu väljalaskmist, neid probleeme enam ei esinenud.] 2.2 Töötamise ajal voolab mitmeastmelistel tsentrifugaalpumpadel, mis tasakaalustavad aksiaalseid jõude sisemiste tasakaalustusmehhanismide, nagu tasakaalustuskettad ja tasakaalutrumlid, kaudu tasakaaluseadmest välja. Tasakaaluvedelik ühendatakse pumba sisselaskeotsaga läbi tasakaalustustoru, et tagada pumba normaalne töö: a) Tasakaalutoru ei tohi olla ummistunud. b) Kui tasakaalutorus tekib katlakivi, tuleb see viivitamatult puhastada. c) Balansitoru kõrge rõhu{185}}poolsele küljele tuleks paigaldada manomeeter, et jälgida rõhku tasakaalutoru väljalaskeavas. Mitmeastmeliste tsentrifugaalpumpade puhul, mis pumpavad läga, tuleks tasakaaluketta kasutamise korral süstida töötamise ajal kõrgsurvekindlat puhast vett, et tasakaaluketas ja tasakaalustusketta pesa töötaksid puhtas vees, et vältida tasakaaluketta pesa ja tasakaaluketta kulumist läga ja kõvade osakeste poolt.