Плюсы и минусы вертикальных насосов | Журнал обработки

Вертикальные насосы: виды, конструкция, особенности применения и обслуживания

Введение

Конструкции вертикальных насосов аналогичны обычным насосам, но с некоторыми уникальными отличиями в их применении. Насосы используют центробежную силу для преобразования механической энергии в кинетическую и повышения давления жидкости. Вертикальные насосы перемещают жидкости в вертикальном направлении вверх по трубе. Все насосы нагнетают жидкости, которые в основном несжимаемы. В отличие от сжимаемых газов, жидкости сжать невозможно, поэтому нельзя уменьшить объемный расход. Поэтому жидкости транспортируются насосами, и объемный расход на входе равен объемному расходу на выходе.

Вертикальные центробежные насосы имеют простую конструкцию и имеют сходство с горизонтальными аналогами. Корпус, называемый улиткой, содержит рабочее колесо, установленное перпендикулярно на вертикальном (вертикальном) вращающемся валу. Электродвигатель привода использует свою механическую энергию для вращения крыльчатки насоса с лопастями и сообщает кинетическую энергию жидкости, когда она начинает вращаться. Эти насосы могут быть одноступенчатыми или многоступенчатыми с несколькими ступенями, установленными последовательно.

Центробежная сила, действующая на ротор крыльчатки, заставляет жидкость и любые частицы внутри жидкости двигаться радиально наружу, от центра вращения крыльчатки с высокой тангенциальной скоростью. Закрученный поток на выходе из рабочего колеса затем направляется в диффузионную систему, которая может представлять собой улитку или коллектор, рассеивающий высокоскоростной поток и преобразующий скорость в высокое давление. В вертикальных насосах высокое давление на выходе позволяет перекачивать жидкость в высокие вертикальные точки. Таким образом, сила давления на выходе насоса используется для подъема жидкости на высокие уровни и, как правило, при высоком остаточном давлении даже на выходе из трубы.

Применение вертикальных насосов

«Встроенный» вертикальный насос показан на рис. 1 (ссылка 1), где поток входит и выходит горизонтально, и может быть установлен таким образом, чтобы центральные линии впускной и выпускной труб находились на одной линии друг с другом. Это центробежный насос с тангенциальной спиралью на входе, которая перенаправляет поток на 90 градусов и распределяет его по окружности и в осевом направлении в проушину рабочего колеса. Нагнетание представляет собой простую улитку, которая собирает тангенциальный поток с выхода рабочего колеса и перенаправляет его в радиальном направлении.

Читайте также:
Как делают бассейн - материал, история, использование, компоненты, структура, история, сырье, дизайн

линейный насос — рис. 1

На рис. 2 показан вертикальный насос с вертикальным входом, который направляет поток прямо в проушину ротора насоса. На выходе из рабочего колеса тангенциальный поток собирается улиткой и рассеивается в выходном конусе. Колено после выходного конуса перенаправляет поток в вертикальном направлении, чтобы поднять жидкость на нужную высоту. (Ссылка 2).

Многоступенчатый вертикальный насос, также называемый турбинным насосом, показан на рисунке 3 (ссылка 3). Вертикальные турбинные насосы могут быть радиальными или осевыми, многоступенчатыми с двойным корпусом. Ступени расположены в линию и могут быть штабелированы в зависимости от требуемого давления подъема или напора. Они могут использоваться для непрерывной работы в различных условиях высокого давления, при экстремальных температурах и работе с трудными жидкостями. Они используются в следующих отраслях промышленности: горнодобывающая промышленность, водные ресурсы, производство электроэнергии, нефть и газ. Некоторые области применения вертикальных турбинных насосов включают сельское хозяйство, извлечение конденсата, трубопровод сырой нефти, продукта и CO2, обезвоживание и водоснабжение (добыча полезных ископаемых), очистка газа и извлечение серы, разработка и ирригация грунтовых вод, закачка воды и CO2, ядерная служба, удаленные объекты и отходы. Очистка, оснежение, водоснабжение и распределение (вода), водоподготовка и перекачка СПГ.

Турбинный вертикальный насос

Существует широкий спектр применений вертикальных насосов, от бытового до промышленного (ссылка 4). Вертикальные насосы могут быть изготовлены из нержавеющей стали, алюминия или чугуна и должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать внутреннее и внешнее давление. Эти насосы чаще всего используются для подъема и транспортировки воды, применение, которое находит множество применений в жилых, общих, промышленных и коммерческих условиях. Вертикальные центробежные насосы используются на очистных сооружениях и очистных сооружениях для удаления мусора и мусора; абразивные шламы. Некоторые модели для тяжелых условий эксплуатации могут перекачивать смеси твердых частиц, взвешенных в жидкости. В качестве водяных насосов вертикальные насосы используются для откачки воды из глубоких скважин и перемещения воды из подземного источника в здания для использования людьми или для предотвращения затопления или дренажа. Если вертикальные насосы изготовлены из прочных коррозионно-стойких материалов, они могут перекачивать химикаты и кислоты, что является полезным способом транспортировки опасных жидкостей по перерабатывающему заводу. Вертикальные насосы также могут использоваться в фармацевтической, пищевой промышленности и производстве напитков, а также в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Читайте также:
11 лучших дешевых матрасов 2022 года

В зависимости от области применения вертикальные насосы могут иметь несколько различных типов уплотнений, влияющих на их конструкцию. Некоторые насосы являются «бессальниковыми», с герметичным валом или с магнитным приводом, где требуется отсутствие утечек.

Проектирование вертикальных насосов с помощью AxSTREAM

AxSTREAM® можно использовать для проектирования рабочих колес и диффузионных систем одноступенчатых или многоступенчатых вертикальных насосов. На рис. 4 показан одноступенчатый вертикальный насос с центробежным рабочим колесом, лопаточно-радиальным диффузором и улиткой. Обратите внимание, что эта конструкция аналогична конфигурациям вертикальных насосов, показанным на рисунках 1 и 2.

Центробежный насос

AxSTREAM® также можно использовать для проектирования вертикальных турбинных насосов (VTP), одноступенчатых или многоступенчатых, как показано на рис. 3. Эти типы насосов могут иметь роторы рабочего колеса смешанного потока и перепускной диффузор смешанного потока — лопатки раскручивателя, которые направляют поток в следующий этап. Типичный VTP, разработанный с помощью AxSTREAM®, показан на рисунках 5 и 6.

Трехэтапный VTP в AxSTREAM

Возможности кода AxSTREAM® включают полностью интегрированную систему модулей для предварительного проектирования и анализа вертикальных насосов. Система модулей включает в себя модуль оптимизации концептуального и предварительного проектирования, модуль одномерного/двухмерного анализа потока, модуль структурного анализа для теплового, стационарного и динамического анализа лопаток и дисков, а также модуль анализа CFD и динамики ротора. Модули AxSTREAM® легко интегрируются в единую систему, которая использует общие геометрические и жидкостно-термические граничные условия и обеспечивает удобную для пользователя платформу для проектирования самых разных турбомашин.

Плюсы и минусы вертикальных насосов

Этот тип насоса может быть недорогим, более легким и компактным вариантом, если он установлен правильно.

Четыре больших вертикальных насоса. Изображение предоставлено Амином Алмаси

Вертикальные насосы представляют собой особый класс насосов, используемых во многих различных областях, от водоснабжения и коммунальных услуг до технологических и экзотических применений. Они могут использоваться в диапазоне рабочих температур от низких до высоких, с различным давлением и со многими жидкостями, от обычных систем водоснабжения до агрессивных, легковоспламеняющихся и даже сложных технологических жидкостей и химикатов.

Хотя есть области, в которых горизонтальные насосы являются лучшим вариантом, например, на нефтеперерабатывающих или нефтехимических заводах или в системах питательной воды котлов, во многих случаях вертикальные насосы могут быть недорогим, легким и более компактным вариантом. Однако во многих случаях вертикальные насосы выбираются и используются только исходя из стоимости покупки. Короче говоря, вертикальные насосы следует использовать там, где преимущества перевешивают недостатки. Это относится к широкому спектру насосных услуг.

Читайте также:
Создание глянцевой отделки стен с помощью полированной венецианской штукатурки Marmorino | Протек Краска

В данной статье рассматриваются типы и конструкции вертикальных насосов с особым вниманием к двум широко используемым насосам: вертикально-подвесным (VS) насосам и вертикальным линейным насосам (консольным, OH). Затем обсуждаются наиболее распространенные типы и модели и объясняются важные вопросы, связанные с ними.

Вертикально подвешенные насосы

Вертикально-подвесные (ВС) насосы включают в себя подгруппы мокрый колодец и вертикально-подвесной диффузорный насос (ВС1), нагнетающий жидкость через насосную колонну. Другой тип представляет собой спиральную версию насоса с вертикальной подвеской (VS2). Другие конструкции насосов VS: осевые, вертикальные версии (VS3); улитковый отстойник с приводом от линейного вала (VS4), который имеет отдельную колонну трубопроводов (параллельную колонне основного насоса) для слива жидкости; насосы водоотливные консольные (ВС5), двухкорпусные, диффузорные, вертикально подвесные (ВС6); и двухкорпусные, спиральные, вертикально подвешенные (VS7). Для этих насосов нагнетаемая жидкость должна проходить через длинную колонну или трубопровод вертикально, чтобы достичь фактического нагнетательного фланца насосного агрегата. Следует тщательно учитывать статические потери напора и потери напора на трение в колонке, чтобы не занижать давление нагнетания.

Вертикальные линейные насосы

Вертикальные встроенные насосы используются в небольших насосных системах. Они известны как консольные насосы типа 3 или OH3. Насосы OH3 представляют собой одноступенчатые консольные насосы с всасывающим и нагнетательным патрубками, которые имеют общую осевую линию и корпус подшипника, объединенный с насосом, для поглощения нагрузок на патрубок насоса. Привод насоса обычно монтируется на опоре, являющейся неотъемлемой частью насоса, а насос и его приводы обычно гибко соединены. Этот тип насоса высокий, поэтому для устойчивости и хорошей работы отношение высоты центра тяжести агрегата к ширине контактной поверхности обычно ограничивается 2.5 или 3 (высота/ширина). Как правило, стабильность может быть достигнута за счет хорошей конструкции корпуса (низкое соотношение) или постоянной внешней стойки.

Эти насосы предлагаются в двух классах. К первому классу относятся те, которые могут плавать вместе с всасывающим и нагнетательным трубопроводом, которые используются в очень небольших приложениях и иногда рассматриваются как встроенные трубопроводы. Второй класс включает насосы, которые крепятся болтами к подушке или фундаменту. Обратите внимание, что нагрузка на фланец насоса может увеличиться, если будет выбрано крепление агрегата болтами. Этот вариант обычно выбирается, когда насос рассматривается больше как оборудование, а не как встроенный трубопровод. Тесное соединение с трубопроводом может вызвать трудности в обслуживании; часто для простоты обслуживания предусмотрено устройство, которое позволяет напрямую подвешивать или поднимать задний выдвижной узел снаружи опоры двигателя с установленным приводом. Некоторые небольшие насосы этого класса часто смазываются консистентной смазкой, а не маслом.

Читайте также:
110 лучших идей балкона Джульетты | juliette балкон, балкон, французский балкон

Температура в подшипниках может быть серьезной проблемой. Ориентировочно температура корпуса подшипника не должна превышать 80°C, и должен быть обеспечен контроль. Для этих небольших насосов привод обычно устанавливается и выравнивается в мастерской производителя, а насос доставляется на объект в собранном виде.

Другие типы вертикальных рядных насосов представляют собой жестко соединенные, вертикальные, встроенные, одноступенчатые консольные насосы, известные как OH4, и моноблочные вертикальные линейные консольные насосы (OH5). В насосах OH5 рабочие колеса установлены непосредственно на приводном валу, что делает их простыми и недорогими в эксплуатации.

Высокоскоростные линейные насосы обычно представляют собой консольные насосы со встроенным редуктором, называемые OH6. Эта конструкция насоса имеет встроенный в насос повышающий редуктор. Рабочее колесо крепится непосредственно к валу редуктора; редуктор гибко соединен с приводом электродвигателя. Боковая вибрация может быть проблемой для этих высокоскоростных насосов. Обычно насосы этого типа тщательно проверяются и проверяются в отношении всех динамических ситуаций, включая боковые и крутильные колебания. Необходим тщательный динамический баланс. Грубо говоря, вращающиеся части уравновешены до остаточного дисбаланса примерно от 4 до 7 грамм × мм или, как это обычно известно в насосной промышленности, до класса 1 (G1) или класса 2.5 (G2.5) (ISO 1940-1). Для таких высокоскоростных насосов можно использовать гидродинамические радиальные подшипники, поскольку для подачи правильно подобранного масла к подшипникам и редуктору необходима система смазки.

Выбор, эксплуатация, техническое обслуживание и производительность

Вертикальные насосы обычно плохо подбираются или имеют малый размер. Для любого центробежного насоса номинальная производительность насоса обычно должна находиться в пределах от 80 до 110 процентов от точки наилучшего КПД (BEP). Как правило, производители насосов должны предоставлять полные кривые производительности, включая дифференциальный напор, эффективность, требуемый чистый положительный напор на всасывании (NPSHr) и мощность, выраженную в зависимости от расхода. За исключением некоторых специальных насосов, таких как модели с низкой удельной скоростью, в которых это невозможно, кривые в идеале должны быть расширены как минимум до 135 процентов расхода при BEP.

Обычно вертикальные насосы, особенно с длинными валами, имеют относительно большую инерцию в приводной и насосной ступенях и подвержены некоторым крутильным возбуждениям. Часто требуется тщательная оценка скручивания. Осевая нагрузка и конфигурация упорного подшипника требуют особой осторожности из-за веса компонентов, добавляемых к рабочей нагрузке в направлении осевого усилия более хрупких и чувствительных к нагрузкам упорных подшипников. Для вертикальных насосов без встроенных упорных подшипников требуются жесткие муфты регулируемого типа.

Читайте также:
Инфракрасные нагревательные панели - TheGreenAge

Обслуживание вертикальных насосов может быть сопряжено с трудностями. Как правило, за исключением насосов VS и насосов со встроенным редуктором (например, OH6), вертикальные насосы должны позволять снимать ротор и внутренний элемент без отсоединения всасывающего или нагнетательного трубопровода или перемещения привода электродвигателя.

Высокая вибрация и мониторинг

Сообщения о высокой вибрации, включая частые отказы, являются обычным явлением, особенно для средних и больших насосов VS. Эти насосы подвержены резонансной вибрации, если их границы разделения не проверены должным образом из-за их длинных и больших корпусов, которые представляют собой гибкие конструкции. Необходима детальная динамическая оценка, и в качестве ориентира следует поддерживать 15-20-процентный запас разделения между собственными частотами и рабочими скоростями и первыми несколькими гармониками.

Средний или большой вертикальный насосный агрегат должен быть снабжен подходящим набором контрольных датчиков, таких как датчики вибрации, акселерометры, датчики температуры обмотки электродвигателя и датчики температуры сопротивления (RTD). В идеале каждый подшипник (насос и электродвигатель) должен иметь датчики вибрации XY и шпоночный фазовращатель с каждым валом. RTD необходимы для каждого подшипника. Датчики осевого смещения, в идеале по два на вал, важны для надежности и контроля состояния. Для небольших вертикальных насосов или тех, которые используются менее ответственно, следует достичь некоторого компромисса, поскольку многие из этих датчиков будут сочтены слишком дорогими или даже ненужными для таких небольших вертикальных насосов.

«Вертикальные насосы обычно плохо выбираются или имеют малый размер. Для любого центробежного насоса номинальная производительность насоса обычно должна быть в пределах от 80 до 110 процентов от BEP».

Промывочные уплотнения для вертикальных насосов

Выбор уплотнения и расположение промывочного уплотнения являются важными проблемами для любого насоса, включая вертикальные насосы. Уплотнения с двойной промывкой используются во многих насосах, в том числе в критически важных вертикальных насосах. Они обычно используются для технологических насосов или когда перекачиваемая жидкость коррозионная, грязная, трудная или проблематичная. В качестве первого варианта следует указать промывку торцового уплотнения перекачиваемой жидкостью. Однако, поскольку промывка такой жидкостью может сократить срок службы уплотнения при длительных периодах эксплуатации, обычно указывается альтернативная чистая жидкость из внешнего источника, которая используется для обычной промывки. Если внешняя подача этой чистой жидкости прервана, насос должен продолжить работу. Другими словами, насос должен быть снабжен автоматическим переключением, системой двойной промывки (с чистой жидкости на перекачиваемую) в случае потери чистой промывочной жидкости. Однократная простая промывка, при которой используется только внешний впрыск чистой жидкости, не является подходящим вариантом, поскольку в случае потери этой чистой жидкости насосы должны быть отключены и, следовательно, будет затронута вся установка, установка или объект.

Читайте также:
Как рисовать руки часть 1 – Строительство | RapidFireArt

Примером могут служить критически важные вертикальные насосы для обслуживания морской воды на многих перерабатывающих предприятиях и объектах. Работа завода или объекта обычно зависит от этих насосов морской воды. Для такого насоса забортной воды должно быть предусмотрено соединение с двойной промывкой (технической водой и забортной водой) для промывки механического уплотнения. Такая насосная система снабжена автоматическим переключением системы двойного смыва (техническая и забортная вода) в случае потери технической воды.

Этот же метод может быть использован для услуг по жидким углеводородам, химическим жидкостям и другим. Например, вместо промывки трудноперекачиваемой жидкостью для обычной промывки будет использоваться чистая жидкость с возможностью переключения на перекачиваемую жидкость при отключении внешнего источника чистой жидкости.

Подшипник и система смазки

Подшипники насосов и их смазка обычно были источником проблем. Должна быть предусмотрена сложная система смазки. Втулки вертикальных насосов обычно смазываются перекачиваемой жидкостью. Следует использовать альтернативные методы смазки, если перекачиваемая жидкость не подходит для данного применения.

Детали подшипников, такие как тип, размер и расчет срока службы, а также детали системы смазки, должны быть тщательно проверены, чтобы обеспечить надежность и долгую бесперебойную работу вертикальных насосов. Подшипники качения по-прежнему широко используются в вертикальных насосах и вертикальных двигателях, поскольку часто можно увидеть вертикальные двигатели мощностью до 600 киловатт (кВт) или даже больше, оснащенные сферическими или коническими роликоподшипниками. Таким образом, ожидаемый срок службы подшипников и расчеты обычно являются темами для обсуждения и вызовов. Любой ожидаемый срок службы подшипника менее четырех лет (скажем, 32,000 16,000 часов) в наихудших условиях часто не рекомендуется; хотя, к сожалению, многие производители по-прежнему используют традиционные значения срока службы 20,000 XNUMX часов или XNUMX XNUMX часов для определения размеров и выбора подшипников.

Практический пример: установка крупного вертикального насоса морской воды

В серии идентичных вертикальных насосов забортной воды на крупном перерабатывающем предприятии насосы имеют вертикальную подвеску (тип VS1). Производительность насоса и давление нагнетания составляют 8,300 м3/ч и 4.4 бар изб. соответственно. Три насоса работают параллельно, чтобы обеспечить потребность завода в морской воде. Номинальная гидравлическая мощность каждого насоса составляет около 1 мегаватта (МВт); номинальная мощность электродвигателя около 1.4 МВт. Электродвигатель рассчитан на конец кривой; поэтому предусмотрены подходящие запасы и коэффициенты номинальной мощности.

Читайте также:
Как укрепить двери: усиление входной двери и замка (сделай сам) | Семейный Разнорабочий

Производительность насоса BEP составляет около 8,750 м3/ч; номинальный точечный поток составляет около 95 процентов потока BEP. КПД насоса в номинальной точке оценивается примерно в 85 процентов, что является относительно высоким показателем для вертикального насоса. Подъем напора до отключения оценивается примерно в 26 процентов, что оценивается как подходящее для этой службы.

Скорость насоса составляет 750 об/мин, используется вертикальный электродвигатель с прямым приводом (без редуктора). Насос мокрый колодезный, вертикально подвесной, однокорпусный диффузорный с нагнетанием через колонну. Напорный патрубок каждого насоса представляет собой 40-дюймовый фланец ASME B16.5 150#. Общая вертикальная насосная линия имеет длину более 14 метров (м). Секция колонны изготавливается частями, не превышающей номинальной длины 3.2 м, для облегчения транспортировки и монтажа. Секции соединены фланцами, а вес каждого насосного агрегата составляет более 27 тонн (т).

Морская вода для этого места считалась грязной и загрязненной; поэтому все материалы конструкции, контактирующие с морской водой, считаются супердуплексной нержавеющей сталью. Подшипники линейных валов, упорные подшипники и торцевые уплотнения снабжены системой двойной промывки (техническая вода и морская вода); предусмотрена возможность автоматического переключения с промывки технической водой на промывку морской водой и наоборот. При нормальной работе для промывки используется чистая техническая вода, и он может автоматически переключаться на морскую воду, если подача чистой технической воды прерывается. Кроме того, оператор может переключаться с одного на другой.

Насосный агрегат снабжен двумя акселерометрами (XY) для радиальных подшипников электродвигателя (NDE и DE), тремя акселерометрами (XYZ) для упорных подшипников насоса, одним ключевым фазовращателем и одним сдвоенным RTD на каждый подшипник для эффективного контроля состояния вибрации.

Для каждого насоса предусмотрен сложный комплект для забора морской воды, фильтрующий морскую воду и защищающий каждый насос. Система забора забортной воды самоочищающаяся, вертикального типа. Это сложная и многоступенчатая система фильтрации морской воды, включающая в себя барную сетку — уровень фильтрации 50 миллиметров (мм), систему ленточных сеток и систему промывки сеток для промывки скопившегося мусора и твердых частиц. Промывка экрана осуществляется с использованием фильтрованной и очищенной морской воды.

Читайте также:
Ленивая река | Уимберли, Техас | Хилл Кантри Премьер Лоджинг

Амин Алмаси является старшим консультантом по вращающимся машинам в Австралии. Он является сертифицированным профессиональным инженером Engineers Australia и IMechE и имеет степени бакалавра и магистра в области машиностроения и RPEQ. Он является активным членом Engineers Australia, IMechE, ASME и SPE и является автором более 100 документов и статей, посвященных вращающемуся оборудованию, мониторингу состояния, морской и подводной эксплуатации, а также надежности.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: