Правильная помпа: избегайте слишком больших помп
Правильный выбор насоса важен как никогда, что имеет серьезные последствия для технического обслуживания, надежности и эффективности. Процесс выбора остается сложным для обычных пользователей, и даже заключение контракта с уважаемой инженерной фирмой не гарантирует успеха. В этой колонке мы расскажем о конструкции центробежного насоса, распространенных ошибках в процессе выбора и последствиях неправильного выбора.
Технология центробежных насосов существует уже несколько столетий без каких-либо революционных изменений. Появились новые сплавы и покрытия для изготовления корпусов и рабочих колес, а эффективность возросла. Но основная конструкция остается практически неизменной. В отличие от других технологий 21 века, центробежный насос 100-летней давности почти идентичен современным конструкциям. Во всяком случае, старые конструкции более надежны, а нынешний конкурентный рынок вынуждает производителей сокращать расходы за счет отказа от лишнего материала.
Насос известного производителя может плохо работать в системе независимо от насоса.'s специфическое качество. Насос, изготовленный из титана и рассчитанный на 30-летний жизненный цикл, хотя и дорог, может работать неадекватно для другого промышленного применения. Поэтому крайне важно подобрать правильный насос для правильного применения. Чтобы понять, почему может произойти сбой, давайте's изучить основные рабочие точки центробежных насосов.
Конструкция насоса
Когда вал насоса вращается, он вращает рабочее колесо внутри корпуса, добавляя энергию технологической жидкости. Это позволяет рабочему колесу действовать как консоль с компенсационным кольцом, уплотнениями и подшипниками, которые удерживают все на месте и предотвращают утечку жидкости. Вращающаяся крыльчатка изменяет поступающую жидкость's, что может вызвать интенсивные радиальные нагрузки на насос. Подшипники не только уменьшают трение качения, но также поддерживают вал насоса и поглощают эти радиальные нагрузки. Это можно увидеть на детальном изображении центробежного насоса на Рисунке 1.
Изображение 1. Детальный вид центробежного насоса (Изображения предоставлены автором)
У всех насосов есть расчетная точка, в которой КПД максимальна, называемая точкой наилучшего КПД (BEP). Именно здесь насос работает наиболее плавно, а радиальные силы сведены к минимуму. Чем дальше от BEP, тем выше радиальные нагрузки на насос. Насос обычно имеет критическую скорость примерно на 25 процентов выше BEP, когда достигается его собственная частота и может возникнуть чрезмерная вибрация. Насос, по сути, развалится на части, сначала пройдя через компенсационное кольцо, затем уплотнения и, наконец, подшипники. Обычно это легко заметить, так как насос будет вибрировать и может начать вытекать жидкость задолго до планового обслуживания.
Надежность насоса
Кривые насосов демонстрируют сильную взаимосвязь между сроком службы насоса, надежностью насоса и тем, где насос работает на своей кривой.
Производительность отдельных насосов зависит от конструкции насоса и условий эксплуатации. Насос'Данные производительности предоставляются пользователю в виде характеристик насоса, основная функция которых состоит в том, чтобы сообщать или определять взаимосвязь между расходом и полным напором для конкретного насоса. Они предоставляются производителем и показывают рабочие характеристики насоса определенного типа, размера и скорости на основе результатов стандартизированных испытаний и условий испытаний. Исправный насос постоянно поддерживает заданное соотношение между напором и расходом.
Кривая насоса необходима для:
· Правильный выбор насоса. Использование кривой насоса гарантирует, что выбранный насос соответствует системным требованиям.
· Контроль исправности насоса. Если насос не работает по опубликованной кривой, что-то не так.
· Устранение неполадок в работе всей системы трубопроводов. Насос подает энергию в систему, и знание поступающей энергии является важным ключом к выявлению проблем. Без кривой насоса крайне сложно определить, что вызывает проблему в системе и что следует сделать для ее устранения.
Для точности очень важно иметь кривую насоса для каждого насоса.
На Рисунке 2 стилизованная кривая насоса показана черным цветом, а КПД – зеленым. Для работы на BEP система должна либо контролировать давление на выходе из насоса, либо поток через систему, чтобы поддерживать рабочую точку насоса (указано красной стрелкой).
Изображение 2. Характеристики насоса и надежность
Например, если система заставляет давление на выходе превышать давление на BEP, рабочая точка сдвинется влево вверх по кривой, и расход уменьшится. Если система вызывает давление на насосе'Если разряд упадет, рабочая точка переместится вниз и вправо. Перемещение влево или вправо от BEP вызывает увеличение сил на рабочее колесо, а эти силы вызывают напряжения, оказывающие существенное негативное влияние на срок службы и надежность насоса.
Если мы наложим ожидаемый срок службы насоса на зависимость от того, где насос работает, мы получим"кривая Барринджера,"который показывает среднее время наработки на отказ (MTBF) в зависимости от скорости потока BEP. Эта кривая была построена компанией Barringer & Associates при исследовании отказов уплотнений в центробежных насосах.
Согласно рисунку 2, чем ближе насос работает к своему BEP, тем больше среднее время безотказной работы. По мере того, как рабочий расход насоса перемещается дальше влево или вправо от BEP, отказы происходят чаще.
Среднее время безотказной работы сокращается вдвое, когда насос работает на 20 процентов ниже BEP или на 10 процентов выше его, как показано на рисунке. При эксплуатации слева от BEP такие проблемы, как повышение температуры, кавитация при низком расходе, проблемы с подшипниками, сокращение срока службы рабочего колеса, рециркуляция всасывания и нагнетания приводят к выходу из строя уплотнения и простою насоса. Справа от BEP влияет срок службы подшипников и уплотнений и возникают проблемы с кавитацией.
Ключевыми выводами являются понимание того, как система влияет на насос на его кривой, а надежность и срок службы насоса увеличиваются, когда насос работает вблизи BEP.
Кавитация насоса
Кавитация является серьезной проблемой; он может очень быстро снести насосы. Если давление на входе низкое или насос работает на дальнем конце своей кривой, он прокачивает жидкость так быстро, что давление жидкости падает ниже давления пара и может вызвать ее закипание.
Например, на уровне моря вода кипит при 212 градусах по Фаренгейту (F). На вершине Эвереста, где давление намного ниже, вода кипит при 160 F. В насосе давление может упасть настолько низко, что вода"фурункулы"при 60 F или какой бы ни была температура окружающей среды.
Воздуху может показаться трудным удалять сталь в насосе. На самом деле, ущерб могут нанести миллионы пузырьков пара и их взрывы. Этот эффект очевиден, когда насос работает, и может звучать как перекачиваемый гравий независимо от базовой жидкости. По этой причине трата дополнительных денег на негабаритный насос может привести к увеличению затрат на техническое обслуживание и ремонт.
Процесс проектирования
Поскольку процесс прокладки отдельных трубопроводов, как правило, неизвестен, инженеры склонны увеличивать размеры насосов. Они не знают точно, как подрядчик проложит трубы, и поэтому включают в расчеты запас прочности. Этот коэффициент безопасности обычно превышает сценарий наихудшего случая.
Инжиниринговые фирмы мотивированы тем фактом, что они не хотят, чтобы их обвиняли в недостаточном размере насоса, если он не соответствует технологическим требованиям. Представьте возмущение и ущерб фирме'репутации, если их клиенты не получают надлежащего давления воды из душа, охлаждения из системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) или потока из канализации.
Общее эмпирическое правило для факторов безопасности составляет 10 процентов. Младший инженер обычно предполагает определенное количество требуемой энергии на основе ожидаемых элементов трубопровода, процесса и управления, а затем добавляет к этому числу 10 процентов.
Старший инженер может проверить работу и добавить дополнительные 10 процентов. Ситуация продолжает усложняться, поскольку конечные пользователи могут иметь нереалистичные ожидания в отношении производственных мощностей с учетом желаемых высоких показателей или могут захотеть иметь инфраструктуру для потенциального расширения через несколько лет. Когда насос, наконец, заказан, производитель'Представитель компании поможет выбрать насос, который достаточно велик, чтобы справиться с этими операциями, а затем и с некоторыми другими.
Эти факторы безопасности в конечном итоге накладываются друг на друга, в результате чего фактический процесс отличается от того, что требовалось.
Конечный пользователь может быть обременен неэффективным насосом и возможностью получения сотен тысяч долларов на дополнительную энергию и техническое обслуживание. Вот почему настоятельно рекомендуется использовать программное обеспечение для моделирования ожидаемых условий потока в различных рабочих точках.
Реальные результаты
По данным Гидравлического института'с"Оптимизация насосной системы,"оценка 1690 насосов на 20 технологических предприятиях выявила некоторые тревожные результаты. Они обнаружили, что средний КПД насоса составляет менее 40 процентов. Вдобавок ко всему, более 10 процентов насосов из этого исследования имели КПД менее 10 процентов.
Было установлено, что основной причиной является неправильный выбор насоса. Общее правило состоит в том, что комбинация насоса и двигателя будет стоить около 1 доллара в день за лошадиную силу двигателя. Хотя затраты на электроэнергию варьируются в зависимости от местоположения, это хорошая отправная точка, чтобы начать понимать, с какими потенциальными затратами вы сталкиваетесь.
Для насосов большей мощности, работающих неэффективно, потраченный впустую капитал ошеломляет. Сами по себе затраты на энергию редко являются причиной изменений, тем более трансформации отрасли.
После того, как насосы установлены и запущены, затраты на электроэнергию выпадают из поля зрения. На промышленных объектах есть много других затрат, и определение истинной стоимости насоса
трудно, когда она погребена в промышленных счетах за электроэнергию наряду с высокими затратами на отопление, охлаждение и эксплуатацию оборудования.
Оптимизированная система дает дополнительные преимущества, помимо экономии энергии.—качество и количество процесса для начала. Во многих случаях системы остаются в покое, потому что они работают, а менеджеры не хотят подвергать процесс опасности.
Это работает, если вас устраивает статус-кво. Однако небольшие изменения в системе могут привести к значительному увеличению производства. Если рассматривать эти изменения в течение многих лет, они дают впечатляющие результаты.
Надежность системы и меньшее техническое обслуживание обеспечивают наибольшую экономию, когда насосная система работает правильно.
Из кривой Барринджера видно, что мы должны работать рядом с насосом.'s BEP, чтобы максимизировать нашу эффективность и среднее время наработки на отказ насоса.
Авторитетные производители насосов проектируют свои насосы так, чтобы они работали в течение 20 и более лет, если все сделано правильно, но конечные пользователи часто довольствуются всего пятью годами. Затраты также легче отслеживать по запчастям и трудозатратам. Одна только возможность экономии за счет более качественного обслуживания и надежности требует еще одного взгляда на ваши насосы и системы.
https://www.pumpsandsystems.com/